5.3《电感和电容对交变电流的影响》学案全集1（人教版选修3-2）

5.3电感和电容对交变电流的影响【学习目标】（一）知识与技能1理解为什么电感对交变电流有阻碍作用。2知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关。3知道交变电流能通过电容器.知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用。4知道用容抗来表示电容对交变电流的阻碍作用的大小.知道容抗与哪些因素有关。（二）过程与方法1培养学生独立思考的思维习惯。2培养学生用学过的知识去理解、分析新问题的习惯。（三）情感、态度与价值观培养学生有志于把所学的物理知识应用到实际中去的学习习惯。【自主学习】想一想：在交变电路中影响电流跟电压关系的除了电阻外，还有哪些因素呢？又有怎样的规律呢？点一点：由电磁感应规律可知，线圈对交变电路中的电流有阻碍作用称为感抗，理论和实验表明：线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大。填一填：线圈在电子技术中有广泛应用，一是低频扼流圈用来“通直流、阻交流”， 另一是高频扼流圈用来“通低频、阻高频”。点一点：当把电容器接入交变电路时，由于其两端电压的周期性变化而形成周期性变化的充放电电流，从效果上看交流电通过了电容器。填一填：电容器对交变电流也有阻碍作用称为容抗，理论和实验表明：电容器的电容越大，交变电流的频率越高，电容器的容抗就越小。故电容器具有“通交流、隔直流”“通高频、阻低频”的特点。议一议：你能用感抗和容抗解释生活中哪些现象呢？【典例剖析】【例1】如图所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零。电压表内阻无限大，交流电源的电压u=220sin10t V。若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为25Hz，下列说法中正确的是 （ ）A电流表示数增大B电压表示数减小C灯泡变暗D灯泡变亮解析：由u=220sin100t，可得电源频率f= Hz=50 Hz当电源频率由原来的50 Hz改为25 Hz时，线圈的感抗减小，在电压不变的情况下，电路中的电流增大，选项A正确。灯泡的电阻R是一定的，电流增大时，实际消耗的电功率（P=I2R）变大，灯泡变暗，选项C错误，D正确。电压表与电感线圈并联，其示数为线圈两端电压UL，设灯泡两端的电压为UR，则电源电压的有效值为U=UL+UR因UR=IR，I增大，UR增大，因电源电压有效值不变，故UL=（U-UR）减小，故选项B正确.答案：ABD点评：解决该类问题时将电感和电容看成特殊“电阻”，在交变电流电路中串、并联关系仍是适用的。【例2】图所示是电视机电源部分的滤波装置，当输入端输入含有直流成分、交流低频成分的电流后，能在输出端得到较稳定的直流电，试分析其工作原理及各电容和电感的作用。解析：当含有多种成分的电流输入到C1两端，则由于C1的“通交流、隔直流”功能，电流中的交流成分被衰减，而线圈L有“通直流、阻交流”功能，直流成分电流顺利通过L.一小部分交流通过L，到达C2两端时，C2进一步滤除电流中残余的交流成分，这样就在输出端得到较稳定的直流电，这个直流电供电视机内芯正常工作。点评：本题联系电视机中的实际电路，应分别考虑L、C的作用：L对直流起“短路”作用，对交流起阻碍作用；C对直流“断路”，对交流有旁路分流作用.本题C1、C2两次对交流分流，滤波效果 更好【课堂训练】1关于低频扼流圈，下列说法正确的是 （ ）A这种线圈的自感系数很小，对直流有很大的阻碍作用B这种线圈的自感系数很大，对低频电流有很大的阻碍作用C这种线圈的自感系数很大，对高频交流的阻碍作用比低频交流的阻碍作用更大D这种线圈的自感系数很小，对高频交流的阻碍作用很大而对低频交流的阻碍作用很小答案：BC2下列说法中正确的是 （ ）A电感线圈对交流具有阻碍作用的主要原因是线圈具有电阻B电容器对交流具有阻碍作用的原因是两板间的绝缘体电阻很大C在交流电路中，电阻、感抗、容抗可以同时存在D感抗、容抗和电阻一样，交流电通过它们做功时都是电能转化为 内能解析：D选项中电流通过感抗时有一部分电能转化为磁场能，经容抗时一部分电能转化为电场能.答案：C3在图所示电路中，u是有效值为200 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，下列说法正确的是 （ ）A等于220 VB大于220 VC小于220 VD等于零解析：电容器的容抗与电阻串联，根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压.答案：C4在图所示的电路中，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 （ ）A.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，低频电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”，A正确.C是一个电容很小的电容器，在本题电路中，对高频交变电流的容抗远小于对低频交变电流的容抗，其作是“通高频、阻低频”，选项C正确.因电路中无直流电流，故B错误，由于L对高频交变电流的阻碍作用和C对高频电流的旁通作用，使得通过R的电流中低频交变电流所占的百分比远高于高频交变电流所占的百分比，选项D正确.答案：ACD5如图所示，交变电流电压的瞬时表达式u=311sin157t V时，三个电流表的示数相同，若电源电压改为u=sin314t V时，则 （ ）A电流表 的示数减小B电流表的示数增大C电流表的示数不变解析：当由u变为u时，变化的是交电流电压的频率（变大），电压的有效值不变，当频率变大，电感L的感抗变大，故的示数减小；电容C的容抗变小，故示数变大，电阻R的阻值不变，故示数不变.答案：ABC6如图所示，一平行板电容器和一个灯泡串联，接在交流电源上，灯泡正常发光，下列哪些情况中灯泡会变亮（灯不会烧毁） （ ）A电容器两极板间插入介电常数为的电介质B电容器两板间距增大C提高交变电流的频率D电容器两板正对面积减小解析：电容器对电流有阻碍作用，容抗越大则灯泡变暗，容抗小则灯泡变亮，容抗大小与电容C有关，电容大，容抗小，由C=知，A使C变大，而B、D选项中涉及因素使C变小，容抗大小与交变电流的频率有关，交变电流频率越高，容抗越小，故选项C正确.答案：AC7如图所示交流电源的电压有效值跟直流的电压相等，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在交流电源上时，灯泡的实际功率为P2，则 （ ）AP1=P2BP1P2CP1P2D不能比较解析：电感L对直流基本无阻碍作用，此时灯泡消耗的功率P1=（U为直流电压值），当接入交流电路中时，电感L对交流有感抗作用，灯泡两端电压UR小于交变电源的电压有效值U，所以P2=P1.答案：B8两位同学利用图所示装置做实验，第一位同学使金属棒ab在导轨上做匀速运动，第二位同学使金属棒ab在导轨上做变速运动（导轨处于匀强磁场中），但两位同学对ab棒做的功一样多，若第一位同学做实验时小灯泡消耗的电能为E1，第二位同学做实验时小灯泡消耗的电能为E2，则 （ ）AE1=E2BE1E2CE1E2D无法确定解析：两位同学做功一样，说明有相同多的机械能转化为电路中的电能（忽略做功时克服摩擦等因素）.第一位同学仍为匀速运动，产生电流为恒定电流，电感L消耗电能很少，绝大多数电能为小灯泡所消耗;而第二位同学仍为变速运动，电路中产生的感应电流将是变化的电流，由于L的感抗作用，有一部分电能消耗在L上（主要转化为磁场能）答案：B9电感线圈和电容器对交流电路来说都相当于一个电阻，而导体的电阻是导体本身的特性，与加在导体上的电源没有关系.因此感抗和容抗也是线圈和电容器的特性，由它们本身性质决定，与加在线圈和电容器上的电源没有关系.这种说法正确吗？解析：电感线圈和电容器在交流电路中相当于