第三章第3节交流电路中的电容和电感.doc

第三章第3节交流电路中的电容和电感 结束首页末页下一页上一页1电阻对直流电和交流电的阻碍作用相同，其大小由导体本身(材料、粗细、长度)决决定，与温度有关。 2电容器“通交流、隔直流，通高频、阻低频”，容抗反映了电容器对交变电流的阻碍作用的大小，容抗的大小由电容器的电容及交流电的频率决定。 3电感器“通直流、阻交流，通低频、阻高频”，感抗反映了电感器对交变电流的阻碍作用的大小，感抗的大小由线圈的自感系数及交流电的频率决定。 第第3节交流电路中的电容和电感结束首页末页下一页上一页 一、电容、电感对直流和交流的影响1实验过程实验电路如图3-3-1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)。 图图3-3-1结束首页末页下一页上一页2实验现象L1L2L3直流电源(S2断开)亮亮_最亮交流电源(S2断开)亮亮_交流电源(S2闭合)_不亮亮亮最亮较亮暗暗暗暗3实验结论电阻器对和的影响是相同的。 电容器不能让直流通过，却能让交流通过，但对有一定的阻碍作用。 电感器既能让直流通过，也能让交流通过，但对有一定的阻碍作用。 直流交流交流交流结束首页末页下一页上一页 二、电容器的容抗及其应用1实质交变电流能够通过电容器的实质是在交变电压的作用下，电容器交替进行和，电路中就有了电流，自由电荷并未通过极板间的绝缘介质。 充电放电2容抗电容器对交流电的阻碍作用的大小用来表示。 电容器的_越大，交变电流的越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越，即越小，反之越大。 容抗电容频率小小容抗容抗3特点电容器具有“隔直流、，通高频、”的特点。 通交流阻低频4应用隔直电容器、电容器。 高频旁路结束首页末页下一页上一页 三、电感器的感抗及其应用1感抗电感对交流的作用。 阻碍2影响感抗的因素电感器的和交变电流的。 自感系数越大、交变电流的频率，感抗越大。 自感系数频率越高3实际应用低频扼流圈“阻阻，通直流”。 高频扼流圈“阻阻，通低频”。 交流高频结束首页末页下一页上一页1自主思考判一判 (1)交流电的频率越低，电容器对其的阻碍作用越强。 () (2)交流电的频率越低，电感器对其的阻碍作用越弱。 () (3)高频扼流圈比低频扼流圈的匝数多，自感系数大。 ()结束首页末页下一页上一页2合作探究议一议 (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。 (2)交变电流“通过”电容器时，自由电荷是否真正通过了两极板间的绝缘介质？提示不是。 电路中之所以有电流是因为交变电流的电源对电容器不断地充电、放电。 结束首页末页下一页上一页 (3)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3-3-2所示。 一条形铁块插进线圈之后，该灯明亮程度是否会发生变化？提示灯泡亮度会变暗。 线圈和灯泡是串联的，因此加在串联电路两端的总电压等于线圈上的电势差与灯泡上的电势差之和。 墙上插孔所提供的220V电压，一部分降落在线圈上，剩余的部分降落在灯泡上，把条形铁块插进线圈后，线圈的自感系数增大，感抗增大，线圈分得的电压增大，灯泡上的电压减小，故灯泡变暗。 图图3-3-2结束首页末页下一页上一页电容器对交变电流的作用1交变电流“通过”电容器的原因分析直流不能通过电容器是因为电容器两极被绝缘介质隔开，自由电荷不能通过绝缘介质。 结束首页末页下一页上一页把电容器接在交流电源两端，在交变电压作用下，当电源电压升高时，电容器充电，电路中形成充电电流，如图3-3-3甲所示；当电源电压降低时，电容器放电，电路中形成放电电流，如图乙所示。 在交变电压变化的一个周期内电容器要交替进行充电、放电，反向充电、放电，电路中就有了持续的交变电流，好像电流通过了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器两极间的绝缘介质。 图图3-3-3结束首页末页下一页上一页2电容器对交变电流的阻碍作用 (1)容抗本质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，电容器两板上积累的电荷却阻碍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的过程中，在电容器两极形成跟原电压相反的电压，这就对交变电流产生了阻碍作用。 结束首页末页下一页上一页 (2)影响容抗大小的因素X C12fC，X C表示容抗大小，f表示交流电变化的频率，C表示电容大小。 电容器的电容越大，同样电压下电容器容纳的电荷越多，充电和放电电流越大，因而容抗越小；交变电流频率越高，充电和放电进行得越快，充电和放电电流越大，容抗越小。 容抗X C12fC，表示容抗与f和C都成反比。 结束首页末页下一页上一页3电容器的应用 (1)隔直电容器如图3-3-4所示，其作用是“隔直流、通交流”，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。 图图3-3-4结束首页末页下一页上一页 (2)高频旁路电容器如图3-3-5所示，其作用是“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。 图图3-3-5结束首页末页下一页上一页1(多选)对交变电流通过电容器的正确理解是()A交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体B交变电流定向移动的电荷能够通过电容器两板间的绝缘介质C交变电流能够使电容器交替进行充电、放电，电路中就有了电流，表现为交变电流通过了电容器D交变电流通过了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器极板间的绝缘介质(击穿除外)解析交变电流的大小和方向都做周期性变化，电容器在交流电路中就会不断地进行充电、放电，因此电路中仍有电荷的定向移动而形成电流，所以说交变电流能通过电容器，但自由电荷没有通过电容器极板间的绝缘介质，C、D正确，A、B错误。 答案CD结束首页末页下一页上一页2.如图3-3-6所示，平行板电容器与灯泡串联，接在交流电源上的灯泡正常发光，则()A把电介质插入电容器，灯泡一定变亮B把电容器两极板距离增大，灯泡一定变亮C使电容器两极板正对面积减小，灯泡一定变亮D使交流电频率增加，灯泡变暗图图3-3-6解析由电容器电容的决定式CS4kd可知插入电介质，电容C增大；极板间距离d增大，C减小；减小两极板正对面积，C减减小。 因电容越大，容抗越小，对交变电流的阻碍作用越小，故A正确，B、C错；电容器具有“通高频、阻低频”的作用，交流电频率越高，对电流阻碍作用越小，故D错误。 答案A结束首页末页下一页上一页3如图3-3-7所示为一低频滤波电路。 已知电源电压包含的电流直流成分是240V，此外还含有一些低频的交流成分。 为了在输出电压中尽量减少低频交流成分，试说明电路中电容器的作用和特点。 图图3-3-7结束首页末页下一页上一页解析电容器对恒定电流(直流成分)来说，相当于一个始终断开的开关，因此电源输出的直流成分不能通过电容器，所以输出的电压中直流成分与输入端比较，没有变化。 但交变电流却可以“通过”电容器，而且交流频率越高、电容越大，电容器的容抗就越小，在电容器上输出的电压中交流成分就越小。 所以在本题的电路中，频率稍高的交流成分会通过电容器，而频率较低的成分会留在输出端，为了在输出的电压中尽量减少低频交流成分，应取电容较大的电容器。 答案见解析结束首页末页下一页上一页电感器对交变电流的作用1电感器对交变电流的阻碍作用 (1)感抗本质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。 结束首页末页下一页上一页 (2)影响感抗大小的因素X L2fL，X L表示感抗大小，f表表示交流电变化的频率，L表示自感系数。 感抗的大小与线圈的自感系数及电流变化的快慢有关，自感系数越大，交变电流的频率越高，产生的感抗就越大，电感器对交变电流的阻碍作用就越大，反之则就越小。 结束首页末页下一页上一页2电感器的应用两种扼流圈 (1)低频扼流圈构造闭合铁芯、绕在铁芯上的线圈。 特点匝数多，自感系数较大、电阻很小。 它对低频交流会产生很大的阻碍作用，而对直流的阻碍作用则较小。 (2)高频扼流圈构造它的线圈有的是绕在圆柱形的铁氧体芯上。 特点匝数少，自感系数较小。 它只对频率很高的交流产生很大的阻碍作用，而对低频交流的阻碍作用较小。 结束首页末页下一页上一页1(多选)关于电感对交变电流的影响，以下说法中正确的是()A电感对交变电流有阻碍作用B电感对交变电流的阻碍作用越大，感抗就越小C电感具有“通交流、阻直流，通高频、阻低频”的性质D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解析电感对交变电流有阻碍作用，阻碍作用越大，感抗越大，感抗与自感系数、交变电流的频率成正比，电感具有“通直流、阻交流，通低频、阻高频”的性质，故本题选项A、D正确。 答案AD结束首页末页下一页上一页2(多选)在如图3-3-8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u2202sin100t V。 若保持电源电压有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的是()A电流表示数增大B电压表示数增大C灯泡变暗D灯泡变亮图图3-3-8结束首页末页下一页上一页解析由由u2202sin100t V，可得电源原来的频率为f210020Hz50Hz。 当电源频率由原来的50Hz增大为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(PI2R)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U L，设灯泡两端电压为U R，则电源电压的有效值为UU LU R。 因U RIR，故电流I减小时，U R减小。 因电源电压有效值保持不变，可知U L增大，选项B正确。 答案BC结束首页末页下一页上一页3.如图3-3-9所示，交流电源的电压有效值跟直流电源的电压相等，当将双刀双掷开关接到直流电源上时，灯泡的实际功率为P1，而将双刀双掷开关接到交流电源上时，灯泡的实际功率为P2，则()AP1P2BP1P2CP1 因此，P1P2。 B正确。 答案B结束首页末页下一页上一页电容和电感的综合应用典例如图3-3-10所示，线圈的自感系数L和电容器的电容C都很小(如L1mH，C200pF)，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图3-3-10结束首页末页下一页上一页思路点拨解答本题时，应把握以下两点 (1)弄清楚电路中包含哪些元件及电路的连接方式； (2)明确电感器、电容器对交变电流的阻碍作用的特点。 解析因线圈自感系数L很小，所以对低频成分的阻碍作用很小，这样直流和低频成分能顺利通过线圈，电容器并联在电路中，起旁路作用，因电容C很小，对低频成分的阻碍作用很大，而对部分通过线圈的高频成分阻碍作用很小，被它旁路，最终输出的是低频交流和直流。 答案D结束首页末页下一页上一页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结束首页末页下一页上一页1.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3-3-11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是低频扼流线圈图图3-3-11结束首页末页下一页上一页解析电容器具有“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结束首页末页下一页上一页2(多选)从某一装置输出的交流常常既有高频成分，又有低频成分。 如果只需要把低频成分输送到下一级装置，可采用的电路是是()解析由于只需将低频成分输送到下一级装置，可将高频成分分流，但低频成分不能通过，即需要高频旁路电容器，选项A正确。 也可以直接阻碍高频成分通过，即阻高频、通低频，可以采用高频扼流圈，选项D正确。 答案AD结束首页末页下一页上一页3.“二分频”音箱内有两个不同口径的扬声器，它们的固有频率分别处于高音、低音频段，分别称为高音扬声器和低音扬声器。 音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频的机械振动。 图3-3-12所示为音箱的电路图，高、低频混合电流由a、b端输入，L1和和L2是线圈，C1和和C2是电容器，则()A甲扬声器是高音扬声器BC2的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器CL1的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器DL