人教物理选修32 第5章 3　电感和电容对交变电流的影响 学案.doc

3电感和电容对交变电流的影响学 习 目 标知 识 脉 络1电感和电容对交变电流的影响(重点)2电感器和电容器的应用(重点)3电感和电容对交变电流阻碍作用的理解(难点)4影响感抗和容抗大小的因素(难点)自 主 预 习探 新 知知识梳理一、电感器对交变电流的阻碍作用1实验探究如图531所示，取直流电源电压与交流电源电压有效值相等图531(1)实验目的：了解并验证电感线圈对交变电流的阻碍作用(2)实验现象：接通直流电源时，灯泡亮些；接通交流电源时，灯泡暗些(3)实验结论：电感线圈对交变电流有阻碍作用2感抗(1)物理意义：表示电感对电流的阻碍作用的大小(2)影响感抗大小的因素：线圈的自感系数，交流的频率线圈的自感系数越大，交流的频率越高，感抗越大3感抗的应用低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大较小感抗大小较大较小作用通直流、阻交流通低频、通直流，阻高频二、电容器对交变电流的阻碍作用1交变电流能够通过电容器(1)实验电路(如图532所示)图532(2)实验现象电路中串有电容器时，接通直流电源，灯泡不亮；接通交流电源，灯泡亮(3)实验结论交变电流能够通过电容器，直流不能通过电容器2电容器对交变电流的阻碍作用(1)容抗：表示电容器对交变电流阻碍作用的大小(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗越小(3)应用：电容器具有“隔直流、通交流”的作用基础自测1思考判断(1)交流电的频率越高，电感对交流的阻碍作用越大()(2)电感线圈之所以对交变电流有阻碍作用，是由于自感电动势总是阻碍电流的变化()(3)电容器在交变电路中，相当于一个电阻，具有分压作用()(4)电容器接到交流电源时，有自由电荷通过电容器()(5)电容器的电容越大，容抗就越大()2(多选)关于电子技术中的扼流圈，下列说法正确的是()a扼流圈是利用电感线圈对交流电的阻碍作用来工作的b高频扼流圈的作用是允许低频交流通过，而阻碍高频交流通过c低频扼流圈的作用是不仅要阻碍高频交流通过，还要阻碍低频交流通过d高频扼流圈的电感比低频扼流圈的电感大【解析】扼流圈是利用变化的电流通过线圈时，感应出自感电动势，从而来阻碍电流的变化，故a正确；高频扼流圈是“通低频，阻高频”，故b正确；低频扼流圈是“阻交流，通直流”，故c正确；高频扼流圈比低频扼流圈自感系数小，故d错误【答案】abc3有两个电容器的电容分别为c15 f和c23 f，分别加上峰值一定的交变电源，在下列各种情况下，哪一种情况下通过电容器的电流最大()【导学号：57272104】a在c1上所加交变电流的频率为50 hzb在c2上所加交变电流的频率为50 hzc在c1上所加交变电流的频率为60 hzd在c2上所加交变电流的频率为60 hz【解析】电容器对电流的阻碍作用的大小，即为容抗容抗的大小是由电容器电容c和交变电流的频率共同决定的交变电流的频率越高，电容器的电容越大，电容器的容抗就越小，电流就越大因此要使通过电容器的电流最大则必须使频率最高，电容最大【答案】c合 作 探 究攻 重 难对电感器感抗的理解1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的变化，这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用(2)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感抗的大小： xl2fl.其中f是交流电的频率，l是线圈的自感系数3低频扼流圈用来“通直流、阻交流”，因此可以用低频扼流圈来分离“直流和交流”；高频扼流圈对高频电流阻碍作用很大，对低频电流阻碍作用较小，因此可以用高频扼流圈分离“低频交流电和高频交流电”在如图533所示电路中，l为电感线圈，灯泡电阻为r，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u220sin 100t(v)若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100 hz，下列说法正确的是()a电流表示数增大b电压表示数减小c灯泡变暗d灯泡变亮图533【解析】由u220sin 100t(v)，可得电源原来的频率为f50 hz，当电源频率由原来的50 hz增为100 hz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，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pi2r减小，灯泡变暗，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，则电源两端电压的有效值为uulur，因urir，故电流i减小时，ur减小，且电源两端电压有效值保持不变，故uluur，ul增大，b错误【答案】c注意事项直流电阻不计的线圈对直流电无阻碍作用相当于短路，对交流电有阻碍作用，因而使电流减小，加在电路其他部分的电压也减小，且减小量与线圈两端电压的增加量相等.针对训练1如图534所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220 v，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是()a等于220 vb大于220 vc小于220 vd等于零图534【解析】电感线圈对交变电流产生感抗，具有“通直流、阻交流”的作用，故c正确【答案】c对电容器容抗的理解1交变电流“通过”电容器的本质(1)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；(2)当电源电压降低时，电容器放电，原来聚集在极板上的电荷又放出，在电路中形成放电电流(3)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，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容抗的大小：xc.其中f是交流电频率，c是电容器的电容如图535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()图535a电容器的电容增加b电容器的电容减小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，a、b错误；当交流电源的频率增加时，电容器充放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，电灯变亮，c错误，d正确【答案】d交变电流不同于直流，交变电流能“通过”电容器，所以灯泡会亮.交变电流的频率改变，电容器的容抗改变，电容器两端的电压变化，灯泡两端的电压也随着变化.针对训练2. (多选)如图536所示，接在交流电源上的电灯泡正常发光，以下说法正确的是()【导学号：57272105】a把电介质插入电容器，灯泡变亮b增大电容器两板间的距离，灯泡变亮c减小电容器两板间的正对面积，灯泡变暗d使交流电的频率减小，灯泡变暗图536【解析】电容器的电容与介电常数成正比，与正对面积成正比，与两板间距离成反比而容抗与电容成反比，与交流电频率成反比把介质插入电容器，电容变大，容抗减小，灯泡变亮，a正确；电容器两板间距离增大，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，b错误；减小电容器两板间的正对面积，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，c正确；交流电的频率减小，容抗增大，灯泡变暗，d正确【答案】acd电阻、感抗、容抗的比较电阻感抗容抗产生原因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向这个方向定向移动的电荷的反抗作用在电路中的特点对直流、交流均有阻碍作用阻交流、通直流，阻高频、通低频隔直流、通交流，阻低频、通高频决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定，与温度有关由线圈本身的自感系数和交流电的频率f决定由电容的大小和交流电的频率f决定电能的转化电能转化为内能电能和磁场能往复转化电能与电场能往复转化如图537所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略单刀双掷开关s接a时，三个灯亮度相同，那么s接b时()a三个灯亮度相同b甲灯最亮，丙灯不亮c甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮d只有丙灯不亮，乙灯最亮图537【解析】开关s接a时，甲、乙、丙三个支路均有交流电通过开关s接b时，电路处于直流工作状态，电容器c“隔直流、通交流”；电感线圈l“阻交流、通直流”；电阻r对交流和直流有相同的阻抗可判断此时电路中i丙0，i甲不变，i乙增大；又因为灯泡亮度与电功率(pi2r)成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮【答案】d电感器、电容器接到交流电源上时，电能与磁场能或电场能反复转化，所以电感器、电容器上不会消耗电能，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.(1)电感器对直流起“短路”作用，对交变电流起阻碍作用.(2)电容器对直流起“断路”作用，对交变电流有旁路分流作用.(3)电阻对直流、交变电流都有阻碍作用，且与交变电流的频率无关.针对训练3(多选)在频率为f的交变电流电路中，如图538所示，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，维持其他条件不变，则下列几种情况可能的是()【导学号：57272106】a通过r的电流有效值不变b通过c的电流有效值变大c通过l的电流有效值减小d通过r、c、l的电流有效值都不变图538【解析】电阻对交变电流的阻碍作用即电阻大小，与电流的频率无关，因此通过电阻的电流有效值不变，a正确；电感对交变电流有阻碍作用，感抗随交变电流频率变大而变大，通过l的电流有效值减小，c正确；电容的容抗随交变电流频率变大而变小，通过c的有效值变大，b正确，d错误【答案】abc电感和电容的综合应用1电容器的应用(1)隔直电容器，如图539所示作用是“通交流、隔直流”，因为直流电不能通过电容器，交流电能“通过”电容器起这样作用的电容器电容要大些图539 (2)高频旁路电容器，如图5310所示作用是“通高频、阻低频”，因为对不同频率的交流电，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大，即电容器对低频交变电流阻碍作用大，对高频交变电流阻碍作用小起这样作用的电容器电容要小些图53102电感器的应用(1)低频扼流圈：可起到“通直流、阻交流”的作用(2)高频扼流圈：可起到“通直流、通低频，阻高频”的作用3电感器和电容器的组合应用根据电感器、电容器对交变电流阻碍作用的特点，可以将二者结合到一起来完成一定的任务 (1)如果将电容器与负载并联，然后与电感线圈串联，就能更好的起到滤掉电流中交流成分或高频成分的作用，如图5311所示图5311 (2)如果将电感线圈与负载并联，然后与电容器串联，就能更好的起到滤掉电流中直流成分和低频成分的作用，如图5312所示图5312如图5313所示，线圈的自感系数l和电容器的电容c都很小(如l1 mh，c200 pf)，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图5313【解析】因线圈自感系数l很小，所以对低频交流的阻碍作用很小，这样直流和低频交流能顺利通过线圈，电容器并联在电路中，起旁路作用，因电容c很小，对低频交流的阻碍作用很大，而对部分通过线圈的高频交流阻碍作用很小，被它旁路，最终输出的是低频交流和直流【答案】d电感和电容的组合应用连接方式作用能够更好地滤掉电流中的交流成分或高频成分能够更好地滤掉电流中的直流成分和低频成分针对训练4在收音机线路中，天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用了如图5314装置电路，其中代号a、b应选择的元件是()aa是电容较大的电容器，b是低频扼流线圈ba是电容较大的电容器，b是高频扼流线圈ca是电容较小的电容器，b是高频扼流线圈da是电容较小的电容器，b是低频扼流线圈图5314【解析】电容器具有“通高频、阻低频”作用，这样的电容器电容应较小，故a处接电容较小的电容器；电感线圈在该电路中要求做“通低频、阻高频”，所以b处应接一个高频扼流线圈【答案】c当 堂 达 标固 双 基1关于电感对交变电流的影响，下列说法正确的是()a电感线圈不能通直流电流，只能通交变电流b电感线圈对各种不同频率的交变电流的阻碍作用相同c同一个电感线圈对频率低的交变电流的阻碍较小d同一个电感线圈对频率高的交变电流的阻碍较小【解析】电感线圈可以通直流，a错误；电感线圈对不同频率的交变电流阻碍作用不同，b错误；同一电感线圈对高频交流电阻碍作用大，d错误，c正确【答案】c2对电容器能通交变电流的原因，下列说法中正确的有()a当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流b当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有交变电流c在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动d在有电容器的交流电路中，有电荷通过电容器【解析】电容器能让交流电通过，实际上是通过充放电来完成的，定向移动的电荷并没有从一个极板到另一个极板，故a、c、d错误，b正确【答案】b3如图5315所示的电路，一灯泡和一可变电容器串联，下列说法不正确的是()【导学号：57272107】aa、b端接恒稳直流电，灯泡发亮ba、b端接交变电流，灯泡发亮ca、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容增大时，灯泡亮度增大da、b端接交变电流，灯泡发亮，在不改变交变电流有效值的情况下增大其频率，灯泡亮度增大图5315【解析】电容器有“通交流、隔直流、通高频、阻低频”的特点，a错误，b正确；容抗大小与电容器电容成反比，电容越大，容抗越小，灯泡越亮，c正确；容抗大小与交流电的频率成反比，频率越大，容抗越小，灯泡越亮，d正确【答案】a4在电子技术中，从某一装置输出的电流既有高频成分，又有低频成分如果只需把低频成分输送到下一级装置，如图5316所示，则下列做法合理的是()a在ab间接入一个电容器b在ab间接入一个低频扼流圈c在ab间接入一个高频扼流圈d在ab间接入一个电容器或高频扼流圈或低频扼