2012届高考物理一轮复习 10.2电感和电容器对交变电流的影响学案

用心 爱心 专心1 第第 2 2 课时课时 电感和电容器对交变电流的影响电感和电容器对交变电流的影响 基础知识归纳 1 电感对交变电流的阻碍作用 1 电感对交变电流的阻碍作用叫感抗 原理 将交变电流通入电感线圈 由于线圈中的电流大小和方向都时刻变化 根据电磁感应 原理 电感线圈中必产生自感电动势 以阻碍电流的变化 因此交变电路的电感线圈对交变 电流有阻碍作用 2 影响电感对交变电流阻碍作用大小的因素 感抗的大小与线圈的自感系数和交流电的频 率 感抗用RL表示 RL 2 fL 单位是欧姆 类似于一个电阻 3 电感器在电路中的作用 通直流 阻交流 通低频 阻高频 通直流 阻交流 这是对两种不同类型的电流而言的 因为 恒定 直流电的电流不变化 不能 引起自感现象 交流电的电流时刻改变 必有自感电动势产生来阻碍电流的变化 通低频 阻高频 这是对不同频率的交流而言的 因为交变电流的频率越高 电流的变化越快 自感 作用越强 感抗也就越大 4 应用 低频扼流线圈的自感系数 很大 有 通直流 阻交流 的作用 高频扼流 线圈的自感系数 很小 有 通低频 通直流 阻高频 的作用 2 电容器对交变电流的阻碍作用 1 电容对交变电流的阻碍作用叫容抗 原理 当电源电压推动电路中形成电流的自由电荷向这个方向做定向移动 因此交流电路中 的电容对交变电流有阻碍作用 2 影响电容器对交变电流阻碍作用大小的因素 电容器的电容和交流的频率 频率一定 则电容器充 放 电时间一定 又因电压一定 根据Q CU可知 C大的电容充入 或放出 的电荷量多 因此充电 或放电 的速率就大 所以电流也就越大 容抗越小 而C 一定时 电容器充入 或放出 的电荷量一定 频率越高 电容器充 放 电的时间越短 充电 或放电 的速率越大 容抗也越小 容抗用xC表示 xC fC 2 1 单位是欧姆 类似于一个 电阻 3 电容器在电路中的作用 通交流 隔直流 通高频 阻低频 信号和交流信号 如图 1 所示 该电路就 起到 隔直流 通交流 的作用 在电子 技术中 从某一装置输出的电流常常既有 高频成分 又有低频成分 若在下一级电 路的输入端并联一个电容器 就可只把低 频成分的交流信号输送到下一级装置 如 图 2 所示 具有这种 通高频 阻低频 用途的电容器叫高频旁路电容器 重点难点突破 一 为什么交变电流能够通过电容器 电容器的两极板之间是绝缘的 不论是恒定电流还是交变电流 自由电荷都不能通过两极板 之间的绝缘体 电介质 通常所说的交变电流 通过 电容 器 并非有自由电荷穿过了电容器 而是在交流电源的作用 下 当电压升高时 电容器充电 电容器极板上的电荷量增 用心 爱心 专心2 多 形成充电电流 当电压降低时 电容器放电 电容器极板上的电荷量减少 形成放电电 流 由于电容器反复地充电和放电 使电路中有持续的交 变电流 表现为交变电流 通过 了电容器 如右图 二 电阻 电感器 电容器对交变电流阻碍作用的区别与联系 电阻电感器电容器 产生的 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阻碍作用 在电路 中的 特点 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 对直流的阻碍作用无限大 对交流 的阻碍作用随频率的降低而增大 决定 因素 由导体本身 长短 粗细 材料 决定 与温度有关 由导体本身的自 感系数和交流的 频率f决定 由电容的大小和交流的频率f决定 电能的 转化与 做功 电流表通过电阻 做功 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 三 如何应用和防止感抗和容抗 根据电感线圈 通直流 阻交流 电容器 通交流 隔直流 的特点 可以将二者结合并与 电阻组合到一起来完成一定的任务 如在变压器并整流后的直流电中仍含有交流的成分 这 时可以用一个电容器与负载并联在一起 或将一个电感线圈串联在电路中 把电流中的交流 成分滤掉 又如在无线电的接收方面 接收到的是直流和交流的复合成分 而我们只需要其 中的交流的信号成分 这时就可以把一个电容器串联在电路中 将其中的直流成分滤掉 典例精析 1 电感与电容对交流电的阻碍作用 例 1 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 对灯没影响D 无法判断 解析 线圈和灯泡是串联的 当铁插进线圈后 电感线圈的自感系数增大 所以电感线圈对交变电流阻碍作用增大 因此电路中的电流变小 则灯变暗 答案 B 思维提升 人们可用改变插入线圈中铁芯的长度来控制舞台灯光的亮和暗 拓展 1 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 ACD A 把电介质插入电容器 灯泡变亮 B 增大电容器两极板间的距离 灯泡变亮 C 减小电容器两极板间的正对面积 灯泡变暗 D 使交变电流频率减小 灯泡变暗 解析 把电介质插入电容器 电容增大 电容器对交变电流的阻碍作用变小 所以灯泡变 亮 故 A 正确 增大电容器两极板间的距离 电容变小 电容器对交变电流的阻碍作用变大 所以灯泡变暗 故 B 错 减小电容器两极板间的正对面积 电容变小 灯泡变暗 故 C 正确 用心 爱心 专心3 交变电流频率减小 电容器对交变电流的阻碍作用增大 灯泡变暗 故 D 正确 2 电感和电容对低频与高频电流的不同作用效果 例 2 如图所示 线圈的自感系数L和电容器的电容C都很小 L 1 mH C 200 pF 此 电路的重要作用是 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 1 线圈的作用是 通直流 阻交流 通低频 阻高频 电容器的作用是 通 交流 阻直流 通高频 阻低频 2 因为线圈自感系数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 对低频成分和直流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 被它滤掉 最终输出的是低频交流和直流 答案 D 思维提升 此电路中的电容器为旁路电容 它能将高频成分滤掉 拓展 2 如图所示 从某一装置中输出的电流既有交流成分 又有直流成分 现要把交流 成分输送给下一级 有关甲 乙两图的说法正确的是 C A 应选甲图电路 其中C的电容要大 B 应选甲图电路 其中C的电容要小 C 应选乙图电路 其中C的电容要大 D 应选乙图电路 其中C的电容要小 解析 要把交流成分输送给下一级 则电容要起到 隔直流 通交流 的作用 故应选用 乙图电路 要使交流成分都顺利通过电容器而输送到下一级 需容抗较小 容抗与电容成反 比 故应选 C 3 影响感抗 容抗的因素 例 3 如图所示 L1 L2和 L3是相同型号的白炽灯 L1与电容器C串联 L2与带铁芯的线 圈 L 串联 L3与一个定值电阻R串联 当a b间接电压有效值为U 频率为f的正弦交流电 源时 三只灯泡的亮度相同 现将a b间接另一正弦交流电源时 发现灯泡 L1变亮 L2变暗 L3亮度不变 由此可知 另一正弦交流电源可能是 A 电压有效值仍为U 而频率大于f B 电压有效值大于U 而频率大于f C 电压有效值仍为U 而频率小于f D 电压有效值小于U 而频率大于f 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 电感线圈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 电感线圈的电流的有效值变小 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 通过电容器的电流的有效值变大 答案 A 思维提升 电阻 电感线圈和电容器三者对电流均有阻碍作用 容抗 感抗受频率影响 而电阻不受交流电频率影响 理解电阻 感抗 线圈无直流电阻 和容抗的产生原因及三者的区 别是解决这类问题的关键 1 电阻 对交 直流均阻碍 2 感抗 只对变化电流有阻碍 3 容抗 只通交流 不能通直流 拓展 3 如图所示 把电阻R 电感线圈L 电容器C并联 接到一个交流电源上 三个电 流表示数相同 若保持电源电压大小不变 而将电源频率增大 则 用心 爱心 专心4 三个电流表示数I1 I2 I3的关系是 D A I1 I2 I3 B I1 I2 I3 C I2 I1 I3 D I3 I1 I2 解析 交流电频率增大 电阻R对电流的阻碍作用不变 所以A1表读数不变 频率增大 电感线圈对交变电流阻碍作用增大 对电流的阻碍作用变大 所以电流变小 A2读数变小 频 率增大 电容器对交变电流阻碍作用变小 对电流的阻碍作用变小 所以电流变大 A3读数 变大 故答案为 D 易错门诊 4 电感与电容对高频和低频电流的不同作用效果 例 4 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 如图所示为音箱的电路图 高 低频混 合电流由a b输入 L1和L2是线圈 C1和C2是电容器 则 A 甲