高中物理 第5章第3节《电感和电容对交变电流的影响》新人教版选修32.ppt

第3节电感和电容对交变电流的影响 交变电流 试电笔为什么会发亮 为什么人站在绝缘物体上 例如桌 凳 手接触试电笔笔尾的金属部分 笔尖接触火线时氖管会发亮 有人这样解释 由于试电笔接触的是交流电源 虽然人站在绝缘物体上 但人与地 面 之间形成了一个电容器 而且这个电容器的容量是比较大的 因此 它对交流电的阻碍作用 即容抗 很小 相当于短路 也就是说相当于将试电笔的两端金属直接接在火线与地线之间 故试电笔中的氖管发亮 这种解释是否正确 将试电笔的笔尖接触220v交流电的火线上 在电笔尾部的金属部分和地线间串接一个电容器c 实验结果表明 当c 20pf时 试电笔氖管的亮度很弱 只有当c 200pf时 试电笔氖管的亮度才能与人站在绝缘物体上用试电笔去测火线的亮度相当 然而 人站在绝缘物体上与地面形成的电容器的电容c是远达不到20pf的 故上述解释欠妥当 较正确的解释是 当人站在离地面较高的绝缘物体上用试电笔试电时 人与地面间形成的电容容量极小 人与地面间的电阻值极大 故可以把人当做孤立导体来处理 即 认为人本身就是一个电容器 由于人与电源的火线间经过试电笔而沟通 因此人与火线上的电势始终应该相同 当火线的电势升高或降低时 人体的电势也会随之升高或降低 人体电势的变化过程就是人体这个电容的充放电过程 伴随着人体的充放电 就形成了通过试电笔的充放电电流 因此氖管发亮 1 在直流电路中 当电压一定时 影响电流强弱的只是 但在交流电路中 对交变电流也有阻碍作用 阻碍作用的大小用 来表示 2 线圈的 越大 交流电的 越高 电感对交流的阻碍作用就越大 也就是说 线圈的 就越大 3 扼流圈分为两种 一种是低频扼流圈 可以用来 另一种是高频扼流圈 可以用来 1 电阻电感感抗2 自感系数频率感抗3 通直流 阻交流通低频 通直流 阻高频 4 当电容器接到交流电源的两端时 电容器两极板交替进行 电路中就有了电流 表现为交流 通过 了电容器 5 电容对交流阻碍作用的大小用 表示 理论和实验都表明 电容器的 越大 交流的 越高 电容器对交流的阻碍作用就越小 也就是说 电容器的 越小 4 充电和放电5 容抗电容频率容抗 一 电感对交变电流的阻碍作用1 电感线圈对交变电流的作用 阻碍交变电流 2 电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质 1 交变电流通过线圈时 由于电流时刻都在变化 所以自感现象就不断地发生 而自感电动势总是要阻碍电流变化的 这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用 2 电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗来表示 线圈的自感系数越大 交变电流的频率越高 产生的自感电动势就越大 对交变电流的阻碍作用越大 感抗就越大 3 电感线圈按匝数的不同 可分为两种 1 低频扼流圈 通直流 阻交流 2 高频扼流圈 通低频 阻高频 2011年陕西西安 如图所示电路中 a b为两相同的小灯泡 l为直流电阻为零的电感线圈 下列说法正确的是 a 电源为稳恒直流电源时 灯泡a b亮度相同b 电源为稳恒直流电源时 灯泡a比b亮度大c 电源为交流电源时 灯泡a b亮度相同d 电源为交流电源时 灯泡a比b亮度大 解析 当电源为稳恒直流电源时 电感线圈相当于导线 则两灯泡电压相同 所以亮度相同 当电源为交流电源时 电感线圈对电流有阻碍作用 故灯泡a比灯泡b亮 并且交流电的频率越高 灯泡的亮度相差越明显 答案 ad 变式迁移 1 在如下图所示的电路中 l为电感线圈 r为灯泡的电阻 电流表内阻为零 电压表内阻无限大 交流电源的电压u 220sin100 t v 若保持电源电压有效值不变 只将电源频率改为100hz 下列说法正确的有 a 电流表示数增大b 电压表示数增大c 灯泡变暗d 灯泡变亮 当电源频率由原来的50hz增为100hz时 线圈的感抗增大 在电压不变的情况下 电路中的电流减小 选项a错误 灯泡的电阻r是一定的 电流减小时 实际消耗的电功率 p i2r 减小 灯泡变暗 选项c正确 d错误 电压表与电感线圈并联 其示数为线圈两端的电压ul 设灯泡两端电压为ur 则电源电压的有效值为u ul ur 因ur ir 故电流i减小时 ur减小 因电源电压有效值保持不变 故ul u ur 增大 选项b正确 答案 bc 二 电容对交变电流的阻碍作用1 交变电流 通过 电容器的本质把交流电源接到电容器两个极板上后 当电源电压升高时 电源给电容器充电 电荷向电容器极板上聚集 在电路中 形成充电电流 当电源电压降低时 电容器放电 原来极板上聚集的电荷又放出 在电路中形成放电电流 电容器交替进行充电和放电 电路中就有了电流 好像是交流 通过 了电容器 但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质 2 电容器对交变电流的阻碍作用 1 容抗 表示电容对交变电流阻碍作用的大小 大小由电容器的电容和交变电流的频率决定 电容越大 交变电流的频率越高 容抗越小 2 电容对交变电流阻碍作用的实质当交变电流 通过 电容器时 给电容器充电或放电 使电容器两极板形成跟原电压相反的电压 阻碍电流形成容抗 如下图所示 白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端 当交流电源的频率增加时 a 电容器电容增加b 电容器电容减少c 电灯变暗d 电灯变亮解析 电容器的电容是由电容器本身的特性所决定的 与外加的交流电源的频率无关 故选项a和b是错误的 当交流电源的频率增加时 电容器充 放电的步伐加快 电容器的容抗减小 电流增大 电灯变亮 故选项c错误 d正确 答案 d 变式迁移 2 下图中甲 乙两电路是电容器的两种不同连接方式 它们各在什么情况下采用 应该怎样选用电容器 解析 交流电路中常包含有直流成分和交流成分 电容器在电路中有 通交流 隔直流 或 通高频 阻低频 的作用 甲图中的c1串联在电路中 它的作用是 通交流 隔直流 为了使交流成分都能顺利地通过 容抗必须较小 应选用电容较大的电容器 乙图中的c2并联在电路中 如果输入端输入的电流中包含有高频和低频两种交流成分 该电容器的作用是 通高频 阻低频 即对高频电流起旁路作用 而让需要的低频信号输入到下一级 一般取电容较小的电容器 如果输入的电流是直流和交流两种成分 该电容器的作用是滤去交流成分 把直流成分输入到下一级 这时要选用电容较大的电容器 另外 选用电容器还须注意它的耐压值 以防被击穿 1 如下图所示 平行板电容器与灯泡串联 接在交流电源上 灯泡正常发光 则 a 把电介质插入电容器 灯泡一定变亮b 把电容器两极板间距离增大 灯泡一定变亮c 把电容器两极板间距离减小 灯泡一定变亮d 使交流电频率增大 灯泡变暗 基础巩固 解析 在电容器中插入电介质 电容c增加 容抗减小 电流增加 灯泡变亮 当频率增加时 容抗减小 灯泡也变亮 把电容器两板间的距离增大 将使电容器c减小 容抗增加 灯泡将变暗 答案 ac 能力提升 7 如下图所示 线圈的自感系数l和电容器的电容c都很小 如l 1mh c 200pf 此电路的重要作用是 a 阻直流通交流 输出交流b 阻交流通直流 输出直流c 阻低频通高频 输出高频交流d 阻高频通低频 输出低频交流和直流 解析 线圈的作用是 通直流 阻直流