高中物理 5.3 电感和电容对交变电流的影响课件 新人教版选修32.ppt

1 通过实验理解电感器对交流的阻碍作用 知道感抗的物理意义及影响因素 2 通过实验理解电容器对交变电流的阻碍作用 知道容抗的物理意义及影响因素 3 了解电容和电感在电工和电子技术中的应用 能够分析简单电路中的电容 电感的作用 1 电感器对交变电流的阻碍作用 1 实验探究 读教材 填要点 2 感抗 物理意义 表示电感器对交流的的大小 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 阻碍作用 越大 3 感抗的应用 交流 直流 高频 2 电容器对交变电流的作用 1 交变电流能够通过电容器 当电容器接到交流电源的两端时 由于瞬时电压在不停地变化 当电压升高时 电容器 形成电流 当电压降低时 电容器 形成电流 因此在电容器中形成了交替地和的过程 电路中就有了电流 表现为交流 通过 了电容器 充电 充电 放电 放电 充电 放电 2 电容器对电流的阻碍作用 容抗 表示电容器对交变电流阻碍作用的大小 影响容抗大小的因素 容抗的大小由电容器的和交变电流的决定 电容越大 交变电流的频率越高 容抗 电容器在电路中的作用 通交流 隔 通 阻低频 电容 频率 越小 直流 高频 关键一点 在直流电路中对电流起阻碍作用的是电阻 在交流电路中 对电流起阻碍作用的 除电阻外 还有电感和电容 试身手 夯基础 1 关于对感抗的理解 下面说法正确的有 a 感抗是由于电流变化时在线圈中产生了自感电动势而对电流的变化产生的阻碍作用b 感抗仅与线圈自感系数有关 与电源的频率无关c 电感产生的感抗对交变电流有阻碍作用 但不会因此消耗电能d 感抗和电阻等效 对任何交变电流都是一个确定值 解析 感抗产生的实质是线圈的自感 所以a正确 感抗的大小与线圈的自感系数以及电源的频率都有关系 b错误 交流通过线圈时 电感产生的感抗对交变电流有阻碍作用 但电能和磁场能相互转化 不消耗电能 c正确 感抗和电阻不同 感抗不仅与自感系数有关 还与交流电的频率有关 所以d错误 答案 ac 2 交变电流通过一段长直导线时 电流为i 如果把这根长直导线绕成线圈 如图5 3 1所示 再接入原电路 通过线圈的电流为i 则 图5 3 1a i ib i ic i id 无法比较 解析 长直导线的自感系数很小 感抗可忽略不计 其对交变电流的阻碍作用可以看做是纯电阻 流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用 当导线绕成线圈后 电阻值未变 但自感系数增大 对交变电流的阻碍作用不但有电阻 而且有感抗 阻碍作用增大 电流减小 故答案应选b 答案 b 3 如图5 3 2所示的电路中 正弦交流电源电压的有效值为220v 则关于交流电压表的示数 以下说法中正确的是 图5 3 2a 等于220vb 大于220vc 小于220vd 等于零 解析 虽然交变电流能通过电容器 但也受到阻碍作用 电容器与电阻串联 根据分压原理可知电阻两端的电压小于电源电压 电压表测的是电阻两端的电压 c正确 答案 c 4 如图5 3 3所示 接在交变电源上的电灯泡正常发光 若在两板间插入电介质 则灯泡亮度变 若增大两板图5 3 3间距 则灯泡亮度变 使交变电流频率变大 则灯泡亮度变 解析 当两板间插入电介质时 电容器的电容变大了 电容器的容抗变小了 故灯泡亮度变亮了 若增大两板间距 电容器的电容变小 容抗变大 故灯泡亮度变暗 使交变电流的频率变大 容抗变小 则灯泡亮度变亮 答案 亮暗亮 1 电感对交变电流的阻碍作用的成因通过线圈的电流大小和方向变化 都会引起通过线圈的磁通量发生变化 从而产生感应电动势 根据楞次定律 感应电流的磁场总是阻碍线圈内原有磁场的变化 所以自感电动势对线圈中电流的变化有阻碍作用 这样就形成了对交变电流的阻碍作用 4 扼流圈 1 低频扼流圈 特点 自感系数大 产生的感抗也很大 作用 通直流 阻交流 2 高频扼流圈 特点 自感系数小 对低频交流的阻碍作用小 作用 通直流 通低频 阻高频 思路点拨 解答本题时应注意以下两点 1 感抗与交变电流的频率关系 2 电阻与电感线圈的连接方式 答案 bc 1 交变电流通过电感线圈时 线圈产生自感电动势阻碍电流通过 2 低频扼流圈的自感系数大 对低频交流的阻碍作用大 对高频交流的阻碍作用更大 1 交变电流 通过 电容器电容器是由两块彼此绝缘的导体构成的 因此直流电不能通过电容器 但交变电流却能通过电容器 电容器接到交流电源上时 自由电荷实际上并没有通过电容器的电介质 只不过在交变电压的作用下 当电源电压升高时 电容器充电 电荷在电容器的极板上集聚 形成充电电流 当电源电压降低时 电容器放电 电荷从电容器的极板上放出 形成放电电流 电容器交替进行充电和放电 电路中就有了电流 表现为交变电流 通过 了电容器 2 电容器对交变电流的阻碍作用 1 产生原因 电源电压推动自由电荷定向运动 电容器两极板上积累的电荷反抗自由电荷的定向运动 从而产生了电容器对交变电流的阻碍作用 2 容抗 电容器对交流阻碍作用的大小用容抗表示 容抗的大小与电容器的电容和交变电流的频率有关 3 电阻 感抗 容抗的区别 名师点睛 电感 电容接到交流电源上时 电能与磁场能或电场能往复转化 所以不会消耗电能 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 2 如图5 3 5所示 在电路两端加上正弦式电流 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 图5 3 5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 思路点拨 解答本题应把握以下两点 1 电阻不随交变电流频率的变化而改变 2 交变电流频率增加 感抗增大而容抗减小 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 答案 c 电阻 电感线圈 电容器在交流电路中的作用不同 电阻对所有电流阻碍作用相同 阻碍的结果是电能转化为内能 纯电感线圈 电容器对交流的阻碍作用与频率有关 阻碍的结果是电能和磁场能 电场能相互转化 1 电容器对交变电流作用的应用 1 隔直电容器 如图5 3 6所示 电容器的作用是 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 这种电容器的电容一般比较大 图5 3 6图5 3 7 2 高频旁路电容器 如图5 3 7所示 电容器的作用是 通高频 阻低频 因为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 这种电容器的电容一般较小 2 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 可以将二者结合并与电图5 3 8阻组合到一起使用 1 如果将电容器与负载并联 然后与电感器串联 就能更好地起到滤掉电流中交流成分或高频成分的作用 如图5 3 8所示 2 如果将电感器与负载并联 然后与电容器串联 就能更好地起到滤掉电流中直流成分和低频成分的作用 图5 3 9如图5 3 9所示 3 如图5 3 10所示 线圈的自感系数l和电容器的电容c都很小 如l 1mh c 200pf 此电路的重要作用是 图5 3 10a 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 思路点拨 根据自感系数l和电容器的电容c的大小确定其在电路中的具体作用 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 解决这类问题应注意以下两个方面 1 l c的作用分别考虑 l对直流起 短路 作用 对交流起阻碍作用 c对直流是 断路 对交流是通路 但具有 通高频 阻低频 的特性 2