鲁科版选修32 第3章第3节交流电路中的电容和电感 课件（29张）.ppt

第3节交流电路中的电容和电感 第3章交变电流 学习目标1 了解电感对交变电流有阻碍作用 2 知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小 知道感抗与哪些因素有关 3 知道交变电流能通过电容器 知道电容器对交变电流有阻碍作用 4 知道用容抗来表示电容对交变电流的阻碍作用的大小 知道容抗与哪些因素有关 第3章交变电流 一 电容 电感对直流和交流的影响1 实验电路如图所示 将双刀双掷开关s分别接到电压相等的直流电源和交流电源上 观察灯泡的亮暗 三灯泡相同 2 实验现象 亮 不亮 亮 更亮 较暗 较暗 3 实验结论 1 电阻器对直流和交流的影响是 的 2 电容器不能让 通过却能让 通过 但对交流有一定的 3 既能让直流通过也能让交流通过 但对交流有一定的 作用 想一想 1 直流电路和交流电路中影响电压和电流关系的因素一样吗 提示 不完全一样 直流电路中影响电压和电流关系的是电阻 而交流电路中影响电压和电流关系的不仅有电阻 还有线圈的感抗与电容器的容抗 它们对交变电流表现出不同的行为 存在着不同的作用 有着本质的区别 相同 直流 交流 阻碍作用 电感器 阻碍 二 容抗 感抗及其应用1 容抗 感抗的比较 频率 自感系数 直流 交流 低频 高频 2 电容器 电感器的分类按对交变电流的作用电容器分为隔直电容器 扼流圈分为低频扼流圈 想一想 2 电风扇的转动速度是可以控制的 你知道控制电风扇转动速度的原理吗 提示 改变电感线圈的匝数 使感抗发生变化 控制通过电风扇中的电流 达到控制电风扇转动快慢的目的 高频旁路电容 高频扼流圈 1 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 电容对交变电流的阻碍作用 2 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 3 容抗的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 4 电容器在电路中常见的作用有两种 隔直电容器 通交流 隔直流 旁路电容器 通高频 阻低频 实际应用的电路如图所示 如图电路中 u是有效值为220v的交流电源 c是电容器 r是电阻 关于交流电压表的示数 下列说法正确的是 a 等于220vb 大于220vc 小于220vd 等于零 解析 电容器与电阻串联 根据串联分压原理可知电阻的两端电压应小于电源电压 而电压表测的是电阻两端的电压 c 易错警示交变电流不同于直流 交变电流能 通过 电容器 所以电压表有示数 1 如图所示 白炽灯和电容器串联后接入交流电源两端 当交流电的频率增大时 a 电容器电容增大b 电容器电容减小c 电灯变亮d 电灯变暗 c 解析 由于电容器的电容是由本身结构及特性决定的 与电源的频率无关 故a b两项错误 当电源频率增大时 容抗减小 故整个电路中的电流增大 所以电灯变亮 故c正确 d错误 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 2 电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示 线圈的自感系数越大 交变电流的频率越高 产生的自感电动势越大 电感对交变电流的阻碍作用就越大 感抗就越大 电感器对交变电流的阻碍作用 4 根据电感线圈的匝数的不同 扼流圈可分为两种 低频扼流圈 通直流 阻交流 高频扼流圈 通低频 阻高频 ac 2 一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接 如图所示 一块铁插进线圈之后 该灯将 a 变亮b 变暗c 没有影响d 无法判断解析 在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势 总是反抗电流变化 正是这种反抗变化的特性 电惰性 使线圈产生了感抗 加入铁芯改变了电感的自感系数 自感系数增大 感抗增大 降落的电压增大 灯泡上的电压减小 所以灯变暗 故答案为b b 电阻 感抗 容抗的比较 定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞 由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化 电容器两极板上积累的电荷对这个方向定向移动的电荷的反抗作用 对直流 交流均有阻碍作用 只对变化的电流 如交流 有阻碍作用 不能通直流 只能通变化的电流 由导体本身 长短 粗细 材料 决定 与温度有关 由线圈的自感系数和交流电的频率决定 成正比 由电容的大小和交流电的频率决定 成反比 电流通过电阻做功 电能转化为内能 电能与磁场能往复转化 电能与电场能往复转化 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反复转化 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 三种阻碍 其本质不同 特点不同 2014 东北师大附中高二检测 如图所示 电路中完全相同的三只灯泡l1 l2 l3分别与电阻r 电感l 电容c串联 然后再并联到220v 50hz的交流电路上 三只灯泡亮度恰好相同 若保持交变电压不变 将交变电流的频率提高到60hz 则发生的现象是 a 三灯亮度不变b 三灯均变亮c l1不变 l2变暗 l3变亮d l1不变 l2变亮 l3变暗 c 思路探究 电阻 感抗 容抗在交变电路中的作用有哪些特点 解析 当交变电流的频率增大时 线圈对交变电流的阻碍作用增大 通过灯泡l2的电流将因此而减小 所以灯泡l2的亮度将变暗 而电容对交变电流的阻碍作用则随交变电流频率的增大而减小 即流过灯泡l3的电流增大 所以灯泡l3将变亮 由于电阻的大小与交变电流的频率无关 流过灯泡l1的电流不变 因此其亮度也不变 因此c正确 规律总结电阻 电感 电容对交变电流的阻碍作用与交变电流频率的关系 电阻对交变电流的阻碍作用不随频率的变化而变化 电感对交变电流的阻碍作用随频率的增大而增大 电容对交变电流的阻碍作用随频率的增大而减小 3 2014 福州高二检测 如图所示 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 c 解析 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 方法技巧 含电容 电感电路的分析技巧把握电感 电容在电路中的 阻碍 实质是正确解题的关键 电感器对交变电流的阻碍作用表现在自感电动势阻碍线圈中的电流变化 在这个过程中 一部分电能转变为磁场能储存在线圈的磁场中 随着电流的变化 这些磁场能又可以转化为电能 不会消耗电能 电容器对交变电流的阻碍作用表现在电容器充电过程中极板上电荷产生的电场阻碍电荷向极板上聚集 范例 如图所示 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 a l的作用是 通低频 阻高频 b c的作用是 隔直流 通交流 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大于高频交流所占的百分比 acd 解析 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 选项a正确 c是一个电容很小的电容器