高二物理人教版选修3-2课件：第五章 4 电感和电容对交变电流的影响

,第五章,交变电流,学案4电感和电容对交变电流的影响,目标定位,1.通过演示实验，了解电感器和电容器对交变电流的阻碍和导通作用.2.知道感抗和容抗的物理意义以及与哪些因素有关.3.能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用.,知识探究,自我检测,一、电感器对交变电流的阻碍作用,问题设计,如图1所示，把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，取直流电源的电压与交流电压的有效值相等.,知识探究,图1,(1)对比两种情况下灯泡的亮度有什么不同？说明了什么？,答案甲图中灯泡比乙图中灯泡更亮，说明电感器对交变电流有阻碍作用.,(2)乙图中换用自感系数更大的线圈或调换频率更高的交流电源，灯泡的亮度有何变化？说明了什么？,答案不论是换用自感系数更大的线圈还是调换频率更高的交流电源，灯泡均变得更暗，说明线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，线圈对交流电的阻碍作用越大.,要点提炼,1.感抗：对交变电流的阻碍作用的大小.2.影响感抗的因素：线圈的自感系数越，交流的频率越，感抗越大.3.注意：电感器的感抗是由的电流在线圈中产生的感应电动势引起的，与制成线圈导体的电阻无关.,电感器,大,高,变化,4.扼流圈是利用对交变电流的阻碍作用制成的电感线圈.(1)高频扼流圈高频扼流圈的自感系数很小，只对高频交变电流有较大的阻碍作用，对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流的阻碍作用更小.它具有“通流，通频、阻频”的作用.(2)低频扼流圈低频扼流圈的自感系数很大，即使交流的频率较低，它产生的感抗也很大.它具有“通流，阻流”的作用.,电感,直,低,高,直,交,二、电容器对交变电流的阻碍作用,问题设计,如图2甲、乙所示，把灯泡和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，观察灯泡的发光情况.,图2,(1)分析电容器能通交流的原因.,答案把交流电源接到电容器两个极板上后，当电源电压升高时，电源给电容器充电，电荷向电容器极板上聚集，在电路中，形成充电电流；当电源电压降低时，电容器放电，电荷从极板上流出，在电路中形成放电电流.电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流“通过”了电容器，但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质.,(2)若把图乙中的电容器去掉，变成图丙所示电路，会发生什么现象？说明了什么？,答案灯泡变得比乙中亮，说明电容器对交变电流有阻碍作用.,(3)在图乙中，改变电容器的电容和电源频率，灯泡亮度会有什么变化？,答案电容变大时，灯泡变亮；频率增大时，灯泡变亮.,要点提炼,1.容抗：对交变电流的阻碍作用的大小.2.影响容抗的因素：电容器的电容越，交流的频率越，容抗越小.3.注意：电容器能通交变电流，并不是电荷真的穿过了电容器.4.电容器在电路中的作用：通流，阻流，通频，阻频.,电容器,大,高,交,直,高,低,三、电阻、感抗、容抗的对比,1.容抗的大小除了与电容自身的性质有关，还与交变电流的频率有关.频率越高，容抗越(填“大”或“小”).2.感抗的大小除了与电感线圈自身的性质有关外，还与交变电流的频率有关，频率越高，感抗越(填“大”或“小”).3.电阻无论对直流还是交流，阻碍作用相同，只取决于电阻本身.,小,大,典例精析,一、对感抗的理解,例1如图3所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下面叙述正确的是(),图3,A.当S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗B.当S掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮C.S掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮D.S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗解析线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮，并且是有铁芯时感抗更大，故铁芯抽出时灯变亮.答案AC,二、对容抗的理解,例2如图4所示，接在交流电源上的灯泡正常发光，以下说法正确的是()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,图4,解析把电介质插入电容器，电容变大，容抗变小，电容器对交变电流阻碍作用变小，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，电容器对交变电流阻碍作用变大，所以灯泡变暗，故B错误；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；使交变电流频率减小，电容器对交变电流阻碍作用变大，灯泡变暗，故D正确.答案ACD,三、电阻、感抗、容抗的对比,例3如图5所示，电路中完全相同的三只灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联，然后再并联到220V、50Hz的交流电路上，三只灯泡亮度恰好相同.若保持交变电压不变，将交变电流的频率增大到60Hz，则发生的现象是()A.三灯亮度不变B.三灯均变亮C.L1不变、L2变亮、L3变暗D.L1不变、L2变暗、L3变亮,图5,解析当交变电流的频率变大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，因此L3变亮，L2变暗.又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故L1亮度不变，所以选D.答案D,四、电感器、电容器在电路中的应用,例4在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分，又有低频成分，经放大后送到下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输送到再下一级，可以采用如图6所示电路，其中a、b应选择的元件是()A.a是电容较大的电容器，b是低频扼流圈B.a是电容较大的电容器，b是高频扼流圈C.a是电容较小的电容器，b是低频扼流圈D.a是电容较小的电容器，b是高频扼流圈,图6,解析电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容较小，所以a处放电容较小的电容器，电感线圈在该电路中要求起到通低频、阻高频的作用，b处接一个高频扼流圈，D对.答案D,课堂要点小结,1.(对感抗的理解)在如图7所示的电路中，L为电感线圈，R为灯泡的电阻值，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u220sin(100t)V.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,1,2,3,自我检测,图7,1,2,3,灯泡的电阻值R是一定的，电流减小时，实际消耗的电功率(PI2R)减小，灯泡变暗，选项C正确，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，设灯泡两端电压为UR，则电源电压的有效值为UULUR，因URIR，故电流I减小时，UR减小.因电源电压的有效值保持不变，故ULUUR增大，选项B正确.答案BC,1,2,3,1,2,3,2.(对容抗的理解)如图8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大时()A.电容器电容增大B.电容器电容减小C.灯变暗D.灯变亮,图8,1,2,3,解析电容器的电容是由电容器本身的特性决定的，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大时，电容器充、放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，灯变亮.答案D,3.(电阻、感抗、容抗的对比)如图9所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略.单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那么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