高中物理 3.3 交流电路中的电容和电感课件 鲁科版选修32.ppt

第3节交流电路中的电容和电感 1 2 3 1 电容 电感对直流和交流的影响 1 实验电路 1 2 3 2 实验现象 3 实验结论 电阻器对直流和交流的影响是相同的 电容器不让直流通过却让交流通过 对交流有一定的阻碍作用 电感器让直流和交流都通过 但对交流有一定的阻碍作用 1 2 3 2 电容器的容抗及其应用 1 2 3 练一练 多选 对于交变电流能通过电容器的原因 下列说法正确的是 a 当电容器接到交流电源上时 因为有自由电荷通过电容器 电路中才有电流b 当电容器接到交流电源中 电容器将交替进行充电和放电 电路中才有电流c 在有电容器的交流电路中 没有电荷定向移动d 在有电容器的交流电路时中 没有电荷通过电容器解析 电容器实质上是通过反复充 放电来实现通交流的 并无电荷通过电容器 故选项a c错误 选项b d正确 答案 bd 1 2 3 3 电感器的感抗及其应用 1 2 3 练一练电感对交变电流的影响 以下说法中不正确的是 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叫容抗c 电感对某一频率的交变电流的阻碍作用跟线圈的自感系数有关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 这种阻碍作用叫做感抗 与线圈的自感系数有关 自感系数越大 交变电流的频率越高 这种阻碍作用就越大 故选项a c d均正确 选项b错误 答案 b 探究一 探究二 探究三 探究一电容器对交变电流的作用问题导引 如图所示的电路 当双刀双掷开关接通直流电源时 灯泡不亮 当双刀双掷开关接通交流电源 电压有效值与直流电源相等 时 灯泡亮了 说明交变电流 通过 了电容器 那么既然电容器让电流 通过 了 为什么还有阻碍作用呢 提示对于导线中形成电流的自由电荷来说 当电源的电压推动它们向某一方向做定向运动时 电容器两极板上积累的电荷却反抗它们在这个方向的定向运动 这就产生了电容器对交变电流的阻碍作用 探究一 探究二 探究三 名师精讲1 对交变电流能够 通过 电容器的理解当电容器接到交流电源上时 由于两极板间的电压变化 电压升高时 电容器极板上的电荷量增加 形成充电电流 电压降低时 电容器极板上的电荷量减少 形成放电电流 充 放电交替进行 电路中就好像交变电流 通过 了电容器 实际上 自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质 2 电容对交变电流的阻碍作用当交变电流 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 电容器两极板上积累的电荷却反抗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过程中 在电容器两极形成跟原电压相反的电压 这就对电流产生了阻碍作用 探究一 探究二 探究三 3 电容器对交变电流阻碍作用的大小电容器对交变电流的阻碍作用大小用 容抗 来表示 用符号xc表示 且 电容越大 频率越高 电容器对交变电流的阻碍作用越小 容抗越小 4 电容器的应用 1 隔直电容器 如图甲所示 作用是 通交流 隔直流 因为直流不能通过电容器 交变电流能 通过 电容器 起这样作用的电容器电容要大些 探究一 探究二 探究三 2 高频旁路电容器 如图乙所示 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 起这样作用的电容器电容要小些 特别提醒当电容器与直流电源的两极相连接时 接通的瞬间因电容器充电产生瞬时电流 充电完毕后 电容器两极板间电压与电源两极间电压相等 电路中没有电流 探究一 探究二 探究三 例题1如图所示 白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端 当交流电源的频率增加时 a 电容器电容增加b 电容器电容减小c 电灯变暗d 电灯变亮解析 电容器的电容是由电容器本身的特性所决定的 与外加的交流电源的频率无关 选项a b错误 当交流电源的频率增加时 电容器的容抗减小 电流增大 电灯变亮 选项d正确 答案 d反思容抗与交变电流的频率和电容器的电容成反比 在交变电路中对电流有阻碍作用 探究一 探究二 探究三 探究二电感器对交变电流的作用问题导引请思考分析下图中开关分别接直流 交流时看到的现象及原因 提示接通直流电源时 灯泡亮些 接通交流电源时 灯泡变暗 电感器对交变电流有阻碍作用 探究一 探究二 探究三 名师精讲1 电感器对交变电流阻碍作用的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 2 电感器对交变电流的阻碍作用的大小自感电动势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 产生的自感电动势就越大 对交变电流的阻碍作用就越大 描述电感对交变电流的阻碍作用大小的物理量叫做感抗 用xl表示 且xl 2 fl 感抗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 3 电感器的应用 1 低频扼流圈 可起到 通直流 阻交流 的作用 2 高频扼流圈 可起到 通直流 通低频 阻高频 的作用 探究一 探究二 探究三 4 电感和电容的组合应用根据电感 电容对交变电流阻碍作用的特点 可以将二者结合到一起来完成一定的任务 1 如果将电容与负载并联 然后与电感串联 就能更好地起到滤掉电流中交流成分或高频成分的作用 如图所示 探究一 探究二 探究三 2 如果将电感与负载并联 然后与电容串联 就能更好地起到滤掉电流中直流成分和低频成分的作用 如图所示 特别提醒电感器对恒定电流没有阻碍作用 因此电感线圈可以概括为 通直流 阻交流 同时对频率越高的交变电流 感抗越大 即所谓 通低频 阻高频 探究一 探究二 探究三 例题2 多选 如图所示电路中 l为电感线圈 l 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 220sin100 tv 若保持电压的有效值不变 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 探究一 探究二 探究三 解析 由u 220sin 100 t v可得电源原来的频率为 50hz 当电源频率由原来的50hz增为100hz时 线圈的感抗增大 在电压的有效值不变的情况下 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 实际消耗的电功率减小 灯泡变暗 选项c正确 选项d错误 电压表与电感线圈并联 电压表的示数为电感线圈两端的电压ul 设灯泡两端电压为ul 则电源电压的有效值u ul ul 因ul ir 故电流减小时 ul 减小 因电源电压保持不变 故ul增大 选项b正确 答案 bc反思感抗与线圈的自感系数及交变电流的频率有关 在交流电路中它相当于一个电阻 交变电流频率越高 感抗越大 探究一 探究二 探究三 探究三电阻 容抗 感抗的比较问题导引观察如图所示电路图的实验 试分析两个电路中在分别接直流 交流时看到的现象及原因 探究一 探究二 探究三 提示甲图中 接直流和交流时 灯的亮度一样 因为电阻对直流和交流的阻碍作用一样 乙图中 接直流时 灯较亮 接交流时 灯较暗 因为电感对直流相当于导线 而对交流则有阻碍作用 探究一 探究二 探究三 探究一 探究二 探究三 特别提醒电感线圈 电容器接到交流电源上时 电能与磁场能或电场能往复转化 所以电感 电容上不会消耗电能 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 探究一 探究二 探究三 例题3 多选 如图所示 当交流电源的电压 有效值 u 220v 频率f 50hz 3只灯泡a b c的亮度相同 l无直流电阻 若将交流电源的频率变为f 100hz 电压不变 则 a a灯比原来亮b b灯比原来亮c c灯和原来一样亮d c灯比原来亮思路 根据电容器 电感器和电阻对电流的作用 判断流过各灯电流的大小 判断各灯的亮暗 探究一 探究二 探究三 解析 当将交流电源的频率换为f 100hz时 交流电源的频率变大 根据电容器 电感和电阻对电流作用的特点可知电容器的容抗减小 对电流的阻碍作用减弱 a中的电流增大 a变亮 选项a正确 电感的感抗增大 对电流的阻碍作用增强 b中的电流减小 b变暗 选项b错误 电阻的阻值不变 通过c的电流也不变 亮度和原来一样 选项c正确 选项d错误 答案 ac反思电阻对交变电流的阻碍作用不随频率的变化而变化 电感对交变电流的阻碍作用随频率的增大而增大 电容对交变电流的阻碍作用随频率的增大而减小 12345 1 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 再接入原电路 通过线圈的电流为i 则 a i ib i ic i id 无法比较解析 当交变电流通过长直导线时 对交变电流的阻碍作用相当于一个电阻器 当导线绕成线圈后 就成了一个电感器 电流除受电阻的阻碍作用外 还受到电感器的阻碍作用 电流减小 选项b正确 答案 b 12345 2 如图所示 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在交流电源上时 灯泡的实际功率为p2 则 a p1 p2b p1 p2c p1p2 选项b正确 答案 b 12345 3 如图所示 三个灯泡是相同的 而且耐压足够 电源内阻忽略 当单刀双掷开关s接a时 三个灯亮度相同 则s接b时 a 三个灯亮度相同b 甲灯最亮 丙灯不亮c 甲灯和乙灯亮度相同 丙灯不亮d 只有丙灯不亮 乙灯最亮解析 s接b时 丙灯不亮 因为电容能够隔直流 甲灯亮度不变 由于电感对交流有感抗 对直流无阻碍作用 所以乙灯变亮 选项d正确 答案 d 12345 4 多选 如图中 将电灯与电容器串联接入通有交变电流的电路中 灯泡发光 则 a 自由电荷通过了电容器两极板间的绝缘电介质b 自由电荷没有通过电容器两极板间的绝缘电介质c 接入交变电源使电容器两极板间的绝缘电介质变成了导体d 电容器交替进行充放电 电路中就有电流 表现为交变电流 通过 电容器解析 自由电荷没有通过电容器两极板间的绝缘电介质 但是交变电流对电容器交替进行充 放电 电路中便有了电流 所以选项b d正确 答案 bd 12345 5 多选 对于扼流圈的