高中物理 2.4电感器对交变电流的作用、2.5电容器对交变电流的作用课件 粤教版选修32.ppt

2020 2 9 第四节电感器对交变电流的作用第五节电容器对交变电流的作用 2020 2 9 课标定位 学习目标 1 通过实验了解电感对交变电流的阻碍作用 能够运用所学知识分析含有电感的简单交变电路 2 通过实验了解电容对交变电流的阻碍作用 能够分析简单交变电路中电容器的作用 3 简单了解电感器和电容器在电工和电子技术中的应用 2020 2 9 重点难点 1 电感和电容对交变电流的阻碍作用及原因 2 能够利用电感和电容对交变电流的影响分析交变电流及相关现象 2020 2 9 第四五节 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 课标定位 2020 2 9 课前自主学案 一 电感器对交变电流的作用1 认识电感器电感器由 一圈紧靠一圈地绕制而成 又被称为 电感器用字母 及电路符号 表示 绝缘导线 电感线圈 l 2020 2 9 2 电感器对交变电流的作用 1 实验探究 图2 4 1 2020 2 9 将两个规格完全相同的小灯泡 可拆变压器 滑动变阻器 双刀双掷开关 学生电源按照如图2 4 1所示的电路图连接起来 从可拆变压器中取出线圈接入电路 由于线圈的电感很小 可看做纯电阻电路 把开关s先接到直流电源 调节滑动变阻器使两灯泡亮度相同 然后再将开关s接到交流电源上 比较两个灯泡的亮度 实验现象 l1和l2 一样亮 2020 2 9 将线圈套入可拆变压器的u臂端 把开关s接到直流电源 调节滑动变阻器使两灯泡亮度相同 然后再将开关s接到交流电源 比较两个灯泡的亮度 实验现象 l1灯较l2灯 将可拆变压器的条形铁轭放上后 把开关s接通直流电源 调节滑动变阻器使两灯泡亮度相同 然后再将开关s接到交流电源 比较两个灯泡的亮度 实验现象 l1灯较l2灯 暗一些 很暗 2020 2 9 2 实验结论电感器对恒定电流是 的 对交变电流有 作用 电感线圈的自感系数 感抗 对交变电流的阻碍作用越明显 3 感抗 定义 电感器对 的阻碍作用的大小叫做感抗 影响因素 实验表明 感抗与线圈的 和交流电的 有关 l f越大 感抗也就越 导通 阻碍 越大 越大 交变电流 自感系数l 频率f 大 2020 2 9 3 低频扼流圈和高频扼流圈 1 低频扼流圈 匝数 自感系数 线圈电阻 这种线圈对低频交变电流有很大的阻碍作用 对直流的阻碍作用较小 作用 通 阻 2 高频扼流圈 匝数 自感系数 这种线圈对低频交变电流的阻碍作用较小 对高频交变电流的阻碍作用较大 作用 通 阻 多 大 直流 交流 少 小 低频 高频 小 2020 2 9 二 电容器对交变电流的作用1 电容器仅让交变电流通过将两个规格完全相同的小灯泡 电容器 双刀双掷开关 学生电源按照如图2 4 2所示的电路图连接起来 图2 4 2 2020 2 9 1 把开关s接到直流电源上 观察两灯泡的发光情况 实验现象 l1灯 l2灯 2 将开关s接到交流电源上 观察两灯泡的发光情况 实验现象 两灯泡亮度 3 实验结论 电容器具有 隔 通 的特性 不亮 亮 相同 直流 交流 2020 2 9 4 本质解释 将交变电流加到电容器上后 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 在电路中形成 电流 当电源电压降低时 电容器放电 电容器极板上电荷 电路中形成 电流 电容器交替进行充电和放电 电路中就有了电流 好像是交流电 通过 了电容器 聚集 充电 减少 放电 2020 2 9 2 电容器对交变电流的作用 1 电容器的特性 隔 通 实验还证明 交流电的频率越高 电容器对交变电流的阻碍作用就 2 容抗 定义 电容器对交变电流的阻碍作用的大小叫做容抗 影响因素 实验表明 容抗与电容器电容的大小和交流电的 有关 电容器电容c越 交流电的频率f越 容抗越小 直流 交流 越小 频率 大 高 2020 2 9 3 隔直电容器和高频旁路电容器 1 隔直电容器 隔 通 2 高频旁路电容器 通 阻 实际应用电路如图2 4 3所示 图中 为电路中的直流成分 为电路中的交流低频成分 为电路中的交流高频成分 直流 交流 高频 低频 2020 2 9 图2 4 3 2020 2 9 思考感悟 电容器接到交流电源两端时 自由电荷是否真正通过了两极板间的绝缘介质 提示 电容器接到交流电源的两端时 自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质 只是因为加在两极板上电压的大小和正负不断变化时 电容器交替地进行充电和放电 电路中就有了电流 表现为交流 通过 了电容器 2020 2 9 核心要点突破 一 电感 电容对交变电流作用的成因分析1 电感对交变电流的阻碍作用交变电流通过线圈时 由于电流时刻在变化 线圈中产生自感电动势 自感电动势阻碍电流的变化 就形成了对交变电流的阻碍作用 因此 感抗的实质是由线圈的自感现象引起的 直流电通过线圈时 电流的大小 方向都不变 线圈中不产生自感电动势 也就没有感抗 2020 2 9 2 交变电流能够 通过 电容器当电容器接到交流电源上时 由于两极板间的电压变化 电压升高时 电容器极板上的电荷量增加 形成充电电流 电压降低时 电容器极板上的电荷量减少 形成放电电流 充放电交替进行 电路中就好像交变电流 通过 了电容器 实际上 自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质 2020 2 9 3 电容对交变电流的阻碍作用当交变电流 通过 电容器时 给电容器充电或放电 形成充电或放电电流 在形成电流的过程中 对自由电荷来说 当电源的电压推动它们向某一方向做定向移动的时候 电容器两极板上积累的电荷却反抗它们向这个方向做定向移动 也就是说在给电容器充电或放电过程中 在电容器两极形成跟原电压相反的电压 这就对电流产生了阻碍作用 2020 2 9 特别提醒 当电容器与直流电源的两极相连接时 接通的瞬间因电容器充电产生瞬时电流 充电完毕后 电容器两极板间电压与电源两极间电压相等 电路中没有电流 2020 2 9 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 单选 在交流电路中 如果电源电动势的最大值不变 频率可以改变 在如图2 4 4所示电路a b两点间逐次将图中的电路元件单独接入 当使交变电流频率增加时 可以观察到下列所述的哪种情况 图2 4 4 2020 2 9 a a1读数不变 a2增大 a3减小b a1读数减小 a2不变 a3增大c a1读数增大 a2不变 a3减小d a1 a2 a3的读数均不变解析 选c 在交流电路中 当频率增加时 容抗减小 感抗增大 而电阻是与频率无关的 在电路中电源的电动势最大值不变 即a b间的电压不变 所以当频率增加时 a1读数增大 a2不变 a3读数要变小 故正确选项为c 2020 2 9 二 电阻 感抗 容抗的比较 2020 2 9 2020 2 9 特别提醒 电感 电容接到交流电源上时 电能与磁场能或电场能往复转化 所以电感 电容上不会消耗电能 而电流通过电阻时 必然会产生焦耳热 从而造成电能的损耗 2020 2 9 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 双选 2011年潮州高二检测 如图2 4 5所示的电路中 a b两端连接的交流电源既含高频交流 又含低频交流 l是一个25mh的高频扼流圈 c是一个100pf的电容器 r是负载电阻 下列说法正确的是 图2 4 5 2020 2 9 a l的作用是 通低频 阻高频 b c的作用是 通交流 隔直流 c c的作用是 通高频 阻低频 d 通过r的电流中 低频交流所占的百分比远远小于高频交流所占的百分比 2020 2 9 解析 选ac l是一个自感系数很小的高频扼流圈 其作用是 通低频 阻高频 a正确 c是一个电容很小的电容器 在题图示电路中 对高频交流的容抗远小于对低频交流的容抗 其作用是 通高频 阻低频 c正确 因电路中无直流电流 b错误 由于l对高频交流的阻碍作用和c对高频交流的旁路作用 使得通过r的电流中 低频交流所占的百分比远大于高频交流的百分比 d错误 2020 2 9 课堂互动讲练 双选 在图2 4 6所示电路中 l为电感线圈 r为灯泡 电流表内阻为零 电压表内阻无限大 交流电源的电压u 220sin100 tv 若保持电压的有效值不变 只将电源的频率改为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 2020 2 9 图2 4 6 2020 2 9 思路点拨 由于题目中所给的电源原来的频率为50hz 后来变为100hz 实质是交变电流的频率增大 则电感器的感抗也增大 再由闭合电路的欧姆定律即可解决问题 2020 2 9 2020 2 9 电压表与电感器并联 其示数为电感器两端的电压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 而电源电压有效值保持不变 故ul u ur增大 选项b正确 故正确选项为b c 答案 bc 方法总结 1 电感线圈的感抗与线圈的自感系数有关 自感系数越大 感抗越大 2 线圈的自感系数与线圈的大小 形状 圈数以及有无铁芯有关 有铁芯时自感系数更大 2020 2 9 单选 有两个电容器的电容分别为c1 5 f c2 3 f 分别加在峰值一定的交变电源上 下列哪种情况 通过 电容器的电流强度最大 a 在c1上所加交变电流的频率为50hzb 在c2上所加交变电流的频率为50hzc 在c1上所加交变电流的频率为60hzd 在c2上所加交变电流的频率为60hz 2020 2 9 精讲精析 电容器容抗与电容和交流电频率均成反比 在本题中电容和频率越大 容抗越小 电流越大 也可由容抗公式xc 可得f与c的乘积越大 电流越大 所以c正确 答案 c 2020 2 9 图2 4 7 2020 2 9 单选 2011年哈师大附中高二检测 如图2 4 7所示 在电路两端加上正弦交流电 保持电压有效值不变 使频率增大 发现各灯的亮暗情况是 灯1变亮 灯2变暗 灯3不变 则m n l中所接元件可能是 a m为电阻 n为电容器 l为电感线圈b m为电感线圈 n为电容器 l为电阻c m为电容器 n为电感线圈 l为电阻d m为电阻 n为电感线圈 l为电容器 2020 2 9 思路点拨 解答本题应把握以下两点 1 电阻不随交变电流频率的变化而改变 2 交变电流频率增加 感抗增大而容抗减小 自主解答 当交变电流的频率增大时 线圈的感抗变大 电容器的容抗变小 由灯1变亮 灯2变暗可知m为电容器 n为电感线圈 而电阻与交变电流的频率无关 故l为电阻 c正确 2020 2 9 答案 c 方法总结 1 电感对交变电流的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 电感对交变电流的阻碍作用就越大 感抗也越大 2 电容对交变电流的阻碍作用的大小用容抗来表示 电容器的电容越大 交变电流的频率越高 电容对交变电流的阻碍作用就越小 容抗也越小 2020 2 9 变式训练 单选 如图2 4 8所示 在频率为f的交流电路中 当开关s依次分别接通r c l支路 这时通过各支路的电流有效值相等 若将交变电流的频率提高到2f 保持其他条件不变 则下列说法中正确的是 a 通过r的电流有效值不变b 通过l的电流有效值最小c 通过c的电流有效值最大d 流过r c l的电流有效值都不变 2020 2 9 图2 4 8 2020 2