人教版选修32 第五章第3节　电感和电容对交变电流的影响 学案.doc

第3节电感和电容对交变电流的影响1.通过演示实验，了解电感器和电容器对交变电流的阻碍和导通作用2.知道感抗和容抗的物理意义以及与哪些因素有关3能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用一、电感器对交变电流的阻碍作用1实验探究(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)实验电路：取直流电源的电压与交流电压的有效值相等(3)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(两个空均选填“亮些”或“暗些”)(4)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：表示电感器对交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特性通直流、阻交流通直流、通低频阻高频二、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)(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容抗(1)物理意义：表示电容对交变电流的阻碍作用的大小(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小(3)特性：电容器具有“隔直流、通交流”的作用 判一判(1)绕制线圈的导线的电阻可以忽略时，线圈对交流没有阻碍作用()(2)交流电的频率越高，电感对交流的阻碍作用越大()(3)直流电流能通过电容器()(4)电容器的电容越大，容抗就越大()提示：(1)(2)(3)(4) 做一做如图所示，当交流电源的电压为220 v，频率为50 hz时，三只灯泡l1、l2、l3亮度相同若保持交流电源的电压不变，只将其频率改变为100 hz，则()al1、l2、l3亮度都比原来亮b只有l1的亮度比原来亮c只有l2的亮度比原来亮d只有l3的亮度比原来亮提示：选b.由图可知，并联电路中l3、l2、l1分别与电阻r、电感线圈l、电容器c串联，增大交流电源的频率，对电阻r的阻抗无影响，电感线圈l的感抗增大，电容器c的容抗减小，所以l1的亮度增加， l2的亮度减小， l3的亮度不变故选b.对感抗和容抗的理解1感抗的成因：交变电流通过电感器时，由于电流时刻都在变化，因此在线圈中就会产生自感电动势，而自感电动势总是阻碍原电流的变化，故电感器对交变电流产生阻碍作用2影响感抗大小的因素感抗的大小由线圈的自感系数l和交变电流的频率f共同决定用xl表示，则xl2fl.3容抗的成因(1)当接到交流电源上时，电源使导线中的自由电荷向某一方向定向移动，对电容器进行“充放电”(2)电容器在充放电的过程中，电容器两极板上聚集着等量异种电荷，从而在两极板间存在着电场，此电场的电场力阻碍着电荷的定向移动，其表现就是电容器在交变电流通过时的阻碍作用4影响容抗大小的因素(1)电容器的电容：电容器的电容越大，电容器容纳电荷的本领就越大，即在容纳相同电荷的情况下，电容大时电压小，电场力对电荷充电时的阻碍作用力就小，所以容抗就小(2)交流的频率：交流的频率越高，充电和放电的时间就短，相同电路电容器上聚集的电荷就少，电容器所达到的电压就小，排斥充电和放电的电场力就小，从而阻碍作用就小，所以容抗就小用xc表示，则xc. 命题视角1对感抗的理解(2018辽宁大连得胜中学测试)一个灯泡通过一个由粗导线绕制的线圈与一交流电源相连接，如图所示若将一铁块插进线圈之后，该灯将()a变亮b变暗c没有影响 d无法判断解析线圈和灯泡是串联的，因此加在串联电路两端的总电压一定是线圈上的电压与灯泡上的电压之和由墙上插孔所提供的220 v电压，一部分降落在线圈上，剩余的降落在灯泡上如果一个大电压降落在线圈上，则仅有一小部分电压降落在灯泡上当铁块插进线圈时，线圈的自感系数变大，线圈上分得的电压变大灯泡上电压变小，将变暗故b正确答案b 命题视角2对容抗的理解(多选)如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交流电源的频率增加时()a电流表示数增大 b电压表示数增大c灯泡变暗 d灯泡变亮思路点拨 (1)容抗与交变电流频率的关系(2)闭合电路的电压关系解析由频率增加可知，容抗减小，电流增大，灯泡两端电压增大，电压表示数变小，灯泡功率增大而变亮，故选a、d.答案ad 命题视角3对电阻、感抗、容抗的比较(2018甘肃兰州一中测试)在频率为f的交变电路中，如图所示，把开关s依次分别接通r、c、l支路，这时通过各支路的电流的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，则下列几种说法中不正确的是()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的电流有效值变小d通过r、c、l的电流有效值都不变解析电阻对交变电流阻碍作用的大小与电流的频率无关，因此，通过电阻的电流的有效值不变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，电流的频率越高，自感电动势就越大，即线圈对电流的阻碍作用就越大，感抗也就越大，因此，通过电感的电流有效值变小电容器对交变电流阻碍作用的大小用容抗表示，电容一定时，在相同的电压下电容器容纳的电荷一定，频率越高，充、放电的时间越短，充、放电的电流越大，容抗越小，因此，通过电容器的电流有效值变大答案d (1)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(2)电容器和电感器的容抗和感抗，在交变电流的电路中的分压和分流关系，符合恒定电流电路的规律，都可以看成电阻 【通关练习】1.(多选)如图所示实验电路，直流电源电压与交流电源电压的有效值均为220 v，s为双刀双掷开关，下列哪个叙述正确()a当s掷向a、b时，电阻r的电压为220 vb当s掷向a、b时，电阻r的电压为0c当s掷向c、d时，电阻r的电压为0d当s掷向c、d时，电阻r的电压小于220 v解析：选bd.接直流电源时，电路稳定后没有电流，电阻两端电压为0，故a错，b对；接交流电源时，电路中有电流，r两端电压不为零，故c错；由于电容对交流电有容抗，与电阻r分压，因此r的电压小于220 v，d对2(多选)如图所示，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三个灯亮度不再相同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，乙灯最亮解析：选ad.s接a时，为交流电源，此时r、l、c对交变电流的阻碍作用相同；s接b时，变为直流电源，故三灯亮度不再相同，其中乙灯最亮，而丙灯不亮，故a、d正确电感器和电容器的应用1电容器的应用(1)隔直电容器：如图甲所示，作用是“通交流、隔直流”，即直流不能通过电容器，交变电流能“通过”电容器起这样作用的电容器的电容要大些(2)高频旁路电容器：如图乙所示，作用是“通高频、阻低频”，即对不同频率的交变电流，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大，即电容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的电容要小些2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电感和电容的组合应用根据电感、电容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)如果将电容与负载并联，然后与电感串联，就能更好地起到滤掉电路中交流成分或高频成分的作用如图甲所示(2)如果将电感与负载并联，然后与电容串联，就能更好地起到滤掉电路中直流成分或低频成分的作用如图乙所示在收音机线路中，经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，我们采用如图所示的装置电路，其中代号a、b应选择的元件是()aa是电容较大的电容器，b是低频扼流圈ba是电容较大的电容器，b是高频扼流圈ca是电容较小的电容器，b是低频扼流圈da是电容较小的电容器，b是高频扼流圈思路点拨 搞清a、b处元件应起的作用，是正确选择元件的关键解析电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容较小，所以a处接电容较小的电容器，电感线圈在该电路中要求起到通低频、阻高频的作用，b处接一个高频扼流圈，d对答案d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、交流阻碍作用相同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，r由线圈本身的自感系数和交流电的频率f决定，xl2fl由电容的大小和交流电的频率f决定，xc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音箱中有高音扬声器和低音扬声器，为了让特定扬声器得到较为纯粹的高频或低频信号，常常借助由电容器与电感器组成的分频器电路，信号通过图甲和乙所示的分频电路时，则关于扬声器发出的声音，下列说法中正确的是()a甲图发出低音，乙图发出高音b甲图发出高音，乙图发出低音c甲图同时发出高音和低音d乙图同时发出高音和低音解析：选a.电容器具有“通交流，阻直流”及电感器“通直流，阻交流”的特性，图甲中高频的信号电流被电容器短路，也被电感阻隔，所以甲发出的是低音；图乙中，低频信号电流被电感短路，只有高频信号通过扬声器，故a正确，b、c、d错误随堂检测1直流电源的电压与交流电压的有效值相同，电感线圈的直流电阻不计，则下列图中灯泡最亮的是()解析：选d.电容器c、电感l都对交变电流有阻碍作用，故a、b两图中灯不是最亮的；c图中灯被短路，灯泡不亮；d图中电容器c有隔直流作用，所以d中灯泡最亮2(多选)关于如图所示电路，以下结论正确的是()aa、b若接直流电，灯泡不亮ba、b若接直流电，灯泡也可发光ca、b若接交流电，灯泡发光，灯泡和电容器都有电荷通过da、b若接交流电，灯泡发光，电容器中无电荷通过解析：选ad.电容器有“通交流，隔直流”的作用，故a、b接直流电时，灯泡不亮，a正确，b错误；接交流电时，灯泡亮，但电路中电流的形成源于电容器的不断充电、放电，并没有电荷通过电容器，故c错误，d正确3.如图所示，甲、乙是规格相同的灯泡，接线柱a、b接电压为u的直流电源时，无论电源的正极与哪一个接线柱相连，甲灯均能正常发光，乙灯完全不亮当a、b接电压的有效值为u的交流电源时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光，则下列判断正确的是 ()a与甲灯串联的元件x是电容器，与乙灯串联的元件y是电感线圈b与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是电容器c与甲灯串联的元件x是二极管，与乙灯串联的元件y是电容器d与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是二极管解析：选b.由a、b接直流电源时的现象可知，元件x“通直流”，元件y“隔直流”，由a、b接交流电源时的现象可知，元件x“阻交流”，元件y“通交流”，根据电容器和电感线圈的特点，元件x是电感线圈，元件y是电容器，b正确课时作业一、单项选择题1对低频扼流圈的说法正确的是()a自感系数很小，对直流有很大的阻碍作用b自感系数很大，对低频交流有很大的阻碍作用c自感系数很大，对高频交流有很小的阻碍作用d自感系数很大，对直流无阻碍作用解析：选b.低频扼流圈的自感系数较大，它对电流的阻碍作用是“通直流，阻交流”，即对低频交流有较大的阻碍作用，由于线圈本身有电阻，所以对直流也有阻碍作用，应选b.2(2018石家庄高二检测)关于电容对交变电流的影响，下列说法正确的是()a对一只给定的电容器来说它对任何频率的交变电流的阻碍作用都相同 b同一只电容器对高频交变电流的容抗大于对低频交变电流的容抗 c同一只电容器对高频交变电流的容抗小于对低频交变电流的容抗 d同一只电容器对高频交变电流的容抗等于对低频交变电流的容抗解析：选c.电容器的容抗跟交流电的频率成反比，频率越大，容抗越小，对交变电流的阻碍作用就越小3某实验电路如图所示，电路接入交流电，灯亮，保持电压不变使频率逐渐增大，观察到灯逐渐变亮，则x接入的是()a电容器 b电感器c电阻器 d保险丝解析：选a.电路接入交流电，灯亮，保持电压不变使频率逐渐增大，观察到灯逐渐变亮，说明电路的电流变大，根据xc，知频率越高，容抗越小，所以电容器对于高频交变电流的阻碍作用小于它对低频交变电流的阻碍作用，电路中电流就会变大，故a正确；根据xl2lf知，频率越高，感抗越大，所以电感器对于高频交变电流的阻碍作用大于对低频交变电流的阻碍作用，故b错误；接电阻丝和保险丝均不会影响亮度，故c、d错误4某信号源中有直流成分、交流高频成分和交流低频成分，为使放大器仅得到交流低频成分，下列电路中可行的是()解析：选d.信号中含有三种成分，去掉直流成分用隔直电容器即可，因此排除选项b；而选项a中交流高、低频成分均进入了放大器，需加入另一旁路电容器，所以选项d正确，a错误；对选项c，电容器隔直后，低频部分从电感中通过，而高频部分进入放大器，故c错误5.如图所示，电感器l的自感系数和电容器c的电容都很小(如l100 h，c100 pf)，此电路的主要作用是()a阻直流、通交流，输出交流电b阻交流、通直流，输出直流电c阻低频、通高频，输出高频交流电d阻高频、通低频，输出低频交流电和直流电解析：选d.因电感器l的自感系数很小，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电感器电容器c为一旁路电容器，对高频交流的阻碍作用很小，这样部分通过电感器的高频交流又经电容器c形成回路，最终输出的应为低频交流电和直流电故选项d正确6.两只相同的白炽灯l1、l2接到如图所示的电路中，灯l1与电容器串联，灯l2与电感器串联，当a、b处接电压最大值为um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同更换一个新的正弦交流电源后灯l1的亮度大于灯l2的亮度，新电源的电压最大值和频率可能是()a最大值仍为um，而频率大于fb最大值仍为um，而频率小于fc最大值小于um，而频率仍为fd最大值大于um，而频率仍为f解析：选a.灯l1的亮度大于灯l2的亮度，这是因为交变电流频率增大，容抗减小，灯l1变亮，又频率增大，感抗增大，灯l2变暗7.如图所示的电路，m为一交流发电机，c为一平行板电容器，为使电流表示数增大，可行的办法是()a使发电机的转速增大b使发电机的转速减小c在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质d使电容器两板间距离增大解析：选a.由容抗xc知，电流表示数增大，可以是f、c增大，由c，c增大可以是增大，d减小，故c、d均错误；发电机转速增大，可使电压增大，f增大，电流表示数增大，故a正确，b错误8如图所示，输入端ab的输入电压既有直流成分，又有交流成分，以下说法中正确的是(l的直流电阻与r相同)()a直流成分只能从l通过b交流成分只能从r通过c通过r的既有直流成分又有交流成分d通过l的交流成分比通过r的交流成分必定要多解析：选c.线圈具有通直流阻交流的作用，l的直流电阻与r相同，对交流的阻碍作用要大于电阻r，多数交流成分通过r，故选c.二、多项选择题9如图所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，s为双刀双掷开关，下面哪个叙述正确()a当s掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗b当s掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮cs掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出来时灯变亮ds掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗解析：选ac.线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮，并且是有铁芯时感抗更大，故铁芯抽出时灯变亮10.(2018大连高二检测)如图所示，接在交流电源上的电灯泡正常发光，以下说法正确的是()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使交变电流频率减小，灯泡变暗解析：选acd.把电介质插入电容器，c变大，容抗变小，灯泡变亮；增大电容器两板间的距离，c变小，容抗变大，灯泡变暗；减小电容器两板间的正对面积，c变小，容抗变大，灯泡变暗；频率减小，电容对交变电流的阻碍作用变大，灯泡变暗电容器在电路中特点为“通交流，隔直流；通高频，阻低频”11.(2018沈阳高二检测)如图所示的电路中，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25 mh的高频扼流圈，c是一个100 pf的电容器，r是负载电阻，下列说法中正确的是()al的作用是“通低频，阻高频”bc的作用是“通交流，隔直流”cc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解析：选acd.高频扼流圈l的自感系数小，对高频有明显的阻碍作用，起到“通低频，阻高频”的作用，选项a正确；交流能够“通过”电容器，频率越高，容抗越小，因交流电源既含高频交流，又含低频交流，所以电容器c的作用是“通高频，阻低频”，选项b错误，c正确；由于l和c的作用，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，选项d正确12如图所示的电路中，当a、b端加直流电压时，l1灯发光，