高中物理第五章交变电流第3课时电感和电容对交变电流的影响学案新人教版.docx

第3课时电感和电容对交变电流的影响研究选考把握考情知识内容电感和电容对交变电流的影响考试要求加试b教学要求1.知道电感器对交变电流有阻碍作用2.知道电感器对交变电流的阻碍作用与电感器的自感系数、交变电流的频率有关3.知道电感器具有“阻交流、通直流”和“阻高频、通低频”的特点4.知道交变电流能“通过”电容器的本质是电容器交替地进行充、放电5.知道电容器对交变电流的阻碍作用与电容器的电容、交变电流的频率有关6.知道电容器具有“隔直流、通交流”和“阻低频、通高频”的特点7.能利用电感器、电容器的特点定性分析简单的问题8.进一步认识交变电流与直流的区别说明不要求知道感抗、容抗的概念知识点一电感器对交变电流的阻碍作用基 础 梳 理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.影响电感对交变电流阻碍作用强弱的因素线圈的自感系数越大，交流的频率越高，对交变电流的阻碍作用越强。3.电感线圈的类型及应用类型区别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、阻高频要 点 精 讲1.阻碍作用产生的原因：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.影响阻碍作用大小的因素阻碍作用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。【例1】 在如图1所示的电路中，L为电感线圈，D为灯泡，电流表的内阻为0，电压表的内阻无限大，交流电源的电压为u220sin (100t) V。若保持电压的有效值不变，只将电源的频率改为100 Hz，下列说法中正确的是()图1A.电流表的示数增大 B.电压表的示数增大C.灯泡变暗 D.灯泡变亮解析由u220sin 100t V，可得电源原来的频率为f Hz50 Hz，当电源的频率由原来的50 Hz增大为100 Hz时，线圈的阻碍作用增大，在电压不变的情况下，电路中的电流减小，选项A错误；灯泡D的电阻是一定的，电流减小时，灯泡D实际消耗的电功率PI2R减小，灯泡D变暗，选项C正确，选项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D两端的电压为UD，则电源电压的有效值为UULUD，因UDIR，故电流I减小时，UD减小，因电源电压的有效值保持不变，故ULUUD增大，选项B正确。答案BC【跟踪训练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2所示，一块铁插进线圈之后，该灯将()图2A.变亮 B.变暗C.没有影响 D.无法判断解析在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势总是反抗电流变化。正是这种反抗变化的特性(电惰性)使线圈产生了对交变电流的阻碍作用。加入铁芯改变了电感的自感系数，自感系数增大，对交变电流的阻碍作用增大，线圈的电压增大，灯泡上的电压减小，所以灯变暗，B项正确。答案B【跟踪训练2】 如图3是可调灯泡亮度的台灯电路示意图，其中电路更合理的是_。图3解析乙中调节L可达到调节台灯两端电压的作用，从而调节台灯的亮度。甲图也可调节台灯的亮度，但变阻器要消耗电能，故甲图不合理。答案乙知识点二电容器对交变电流的阻碍作用基 础 梳 理1.交变电流能够通过电容器：(1)实验电路(如图4)：图4(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.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越大，交流的频率越高，阻碍作用越小。3.电容器在电路中的作用特性：电容器具有“隔直流、通交流”的作用。要 点 精 讲1.交变电流“通过”电容器的原因及阻碍的成因(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”。即交变电流“通过”电容器。(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。2.对影响阻碍作用大小因素的理解(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，所以阻碍作用就小。(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，所以阻碍作用就小。【例2】 如图5所示，电路由交流电源供电，最大电压保持不变，如果交变电流的频率升高，则下列说法中正确的是()图5A.电容器上的电荷量最大值增大B.电容器的容抗增大C.电路中灯泡的亮度变亮D.电路中灯泡的亮度变暗解析当交变电流的频率升高时，电容器的阻碍作用减小，灯泡的亮度变亮，灯泡两端的电压变大，故选项C正确，选项B、D错误；由QCU可知，选项A错误。答案C名师点睛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，电容器的阻碍作用改变，电容器两端的电压变化，灯泡两端的电压也随着变化。【跟踪训练3】 在如图6所示电路中，u是有效值为220 V的交流电源，C是电容器，R是电阻，关于交流电压表的示数，下列说法中正确的是()图6A.等于220 V B.大于220 VC.小于220 V D.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【跟踪训练4】 在如图7所示电路中，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()图7A.L的作用是“通低频，阻高频”B.C的作用是“通交流，隔直流”C.C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所占的百分比解析L是一个自感系数很小的高频扼流圈，其作用是“通低频，阻高频”，选项A正确；C是一个电容很小的电容器，在题图所示电路中，对高频交流的容抗远小于对低频交流的容抗，其作用是“通高频，阻低频”，选项C正确；因电路中无直流电流，选项B错误；由于L对高频交流的阻碍作用和C对高频交流的旁路作用，使得通过R的电流中，低频交流所占的百分比远大于高频交流所占的百分比，选项D正确。答案 ACD1.直流电源的电压与交流电源电压的有效值相同，自感线圈的直流电阻不计，则灯泡发光最亮的是图中的()解析电容器、电感线圈都对交变电流有阻碍作用，故A、B两图中灯不是最亮的；C图中灯泡被短路，不亮；D图中电容器C有隔直流作用，所以D中灯泡最亮，故选项D正确。答案D2.关于电阻、电感器、电容器对电流阻碍作用的说法正确的是()A.电阻对直流和交变电流的阻碍作用相同B.电感对直流和交变电流均有阻碍作用C.电容器两极板间是绝缘的，故电容器支路上没有电流通过D.交变电流的频率增加时，电阻、电感器、电容器的阻碍作用变化情况相同解析电阻的阻碍作用对直流电和交变电流相同，选项A正确；纯电感线圈对直流电没有阻碍作用，对交变电流有阻碍作用，选项B错误；由于电容器不断地充放电，电路中存在充电电流和放电电流，选项C错误；电阻的阻值与交变电流的频率无关，电感器对交流的阻碍作用随交变电流频率的增大而增大，电容器对交流的阻碍作用随交变电流频率的增大而减小，选项D错误。答案A3.如图8所示，A、B两灯泡完全相同，两自感线圈(电阻不计)也完全相同，直流电源电压与交流电源电压的有效值相等，且与灯泡的额定电压相等，闭合开关S后()图8A.A比B亮B.A比B暗C.A、B亮度相同D.实验表明电感对交变电流有阻碍作用解析实验结果是A比B亮，选项A正确，选项B、C错误；该实验表明电感对交变电流有阻碍作用，选项D正确。答案AD4.如图9所示，A、B两灯泡完全相同，两电容器也完全相同，直流电源电压与交流电源电压有效值相等，且与灯泡的额定电压相等，闭合开关S后()图9A.A正常发光B.直流电不能通过电容器C.B灯发光表明交变电流能够通过电容器D.交变电流通过电容器的实质是电容器不断充电、放电，并不是真正流过电容器解析含有电容器的直流电路为断路，故A灯不亮，选项A错误；直流电不能通过电容器，选项B正确；B灯发光表明交变电流能够通过电容器，选项C正确；交变电流通过电容器的实质是电容器不断充电、放电，并不是真正流过电容器，选项D正确。答案BCD5.如图10所示，三只完全相同的灯泡a、b、c分别与电阻R、电感L、电容C串联，再将三者并联，接在“220 V100 Hz”的交变电压两端，三只灯泡亮度相同。若将交变电压改为“220 V50 Hz”，则()图10A.三只灯泡亮度不变B.三只灯泡都将变亮C.a亮度不变，b变亮，c变暗D.a亮度不变，b变暗，c变亮解析当交变电流的频率变小时，线圈的感抗变小，电容器的容抗变大，因此b变亮，c变暗，又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故a灯亮度不变，C正确。答案 C选择题(在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。)1.有关电感对交变电流的影响的以下说法中，正确的是()A.电感对交变电流有阻碍作用B.电感对交变电流阻碍作用的大小与交变电流的频率无关C.电感对某一交变电流的阻碍作用跟线圈的自感系数无关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，A项正确；其阻碍作用的大小与交流的频率有关，与线圈的自感系数有关，自感系数越大，频率越高，对交变电流的阻碍作用越大，B、C项错误，D项正确。答案AD2.有两个电容分别为C15 F，C23 F的电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，下列情况下通过电容器的电流最大的是()A.在C1上加f50 Hz的交变电流B.在C2上加f50 Hz的交变电流C.在C1上加f60 Hz的交变电流D.在C2上加f60 Hz的交变电流解析频率越大，电容器对交变电流的阻碍作用越小，电容越大，阻碍作用越小，故C项正确。答案C3.如图1所示，甲、乙两图中用交流电源，丙、丁两图中用直流电源，各电路图中灯泡、电容器、电压表示数都相同，则下列说法正确的是()图1A.灯L1比灯L2亮B.灯L3也能发光，但亮度最暗C.灯L2和L4亮度相同D.灯L4比灯L1亮解析电压表示数相同，说明直流电压和交变电流的有效值相同。甲图中电容器与灯L1串联，电容器对电流有阻碍作用；乙图中电容器与灯L2并联，交变电流全部通过灯L2；丙图中电容器与灯L3串联且是直流电源，电容器隔直流，所以没有电流流过灯L3，灯L3不亮；丁图中电容器与灯L4并联，电流全部流过灯L4。综合以上分析，C、D两项正确。答案CD4.如图2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()图2A.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D5.如图3所示，交流电源的电压有效值跟直流电压相等，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在交流电源上时，灯泡的实际功率为P2，(线圈的直流电阻不计)则()图3A.P1P2B.P1P2C.P1P2，故B正确。答案B6.如图4所示，两个同学利用图示装置做实验，第一位同学使ab在导轨上匀速运动，第二位同学使ab在导轨上做变速运动，但两位同学对ab杆做的功一样多，第一位同学的方法使小灯泡消耗的电能为W1，第二位同学的方法使小灯泡消耗的电能为W2，它们相比较()图4A.W1W2 B.W1W2C.W1W2 D.不能比较解析匀速运动时，产生的感应电动势是恒定的，感应电流也是恒定的，线圈对恒定电流的阻碍作用几乎为零，所以通过小灯泡的电流大，消耗的电能多；当ab做变速运动时，产生的感应电动势是变化的，感应电流也是变化的，线圈对该电流有明显的阻碍作用，使通过小灯泡的电流减小，因此消耗的电能少，故选项B正确。答案B7.用电压表检查如图5所示的电路中的故障，测量Uad5.0 V，Uab0，Ubc5.0 V，Ucd0。则电路故障可能是()图5A.滑动变阻器R1断路B.电容器C被击穿C.电阻R2断路D.电感线圈L断路解析当用电压表去判断电路故障时，如果电压表的两接线柱能与电源的两极接通，而与电压表两接线柱相并联的那部分电路没有完全短路，电压表就会有示数。即当电压表有示数时，电源两极与电压表两接线柱间的电路无断点。由题意UadUbc5.0 V可知ab、cd间为通路，A、C错误；若电容器被击穿，则Ubc将为零，B错误。答案D8.(2017东阳中学选考)如图6所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使交流电流表A的示数增大，可行的办法是()图6A.使发电机F的转速增大B.使发电机F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.使电容器两极板间的距离增大解析发电机F的转速增大，电动势增大，频率增大，电容器阻碍作用减小，电流增大，选项A正确；同理分析可知选项B错误；换用介电常数较小的电介质，电容减小，阻碍作用增大，电流变小，选项C错误；两极板间的距离增大，电容减小，阻碍作用增大，电流变小，选项D错误。答案A9.(2017绍兴高二期中)如图7所示电路中，L是一个不计直流电阻的电感线圈，直流电源1的电压值与交流电源2电压有效值相等，S是单刀双掷开关，C是电容器，A、B是完全相同的小灯泡，则下列叙述正确的有()图7A.开关S与1接通时，灯B逐渐变亮B.开关S与2接通后，灯B的亮度比开关与1接通稳定后灯B的亮度高C.开关S与2接通后，B发光，而A不发光D.若将电源2换成一个既含有高频信号又含有低频信号的信号源，则当开关与2接通时，通过B灯的主要是高频信号解析开关S与1接通时，线圈阻碍电流的增大，所以灯B逐渐变亮，A项正确；开关S与2接通后，由于线圈L对交流电的阻碍始终存在，所以灯B的亮度比开关与1接通稳定后灯B的亮度暗，B项错误；开关S与2接通后，交流电也可以通过电容器，所以A也发光，C项错误；线圈对交流电有通低频阻高频的作用，所以若将电源2换成一个既含有高频信号又含有低频信号的信号源，则当开关与2接通时，通过B灯的主要是低频信号，D