2020版高中物理人教选修3-2课件：5.3电感和电容对交变电流的影响

1、3 电感和电容对交变电流的影响 一、电感器对交变电流的阻碍作用一、电感器对交变电流的阻碍作用 1.1.实验探究实验探究: : 实验结论实验结论:_:_。 电感对交变电流有阻碍作用电感对交变电流有阻碍作用 2.2.感抗感抗: : (1)(1)定义定义: :电感器对交流的阻碍作用的大小叫电感器对交流的阻碍作用的大小叫_。 (2)(2)物理意义物理意义: :表示电感器对交流的表示电感器对交流的_的大小。的大小。 (3)(3)影响感抗大小的因素影响感抗大小的因素: :线圈的线圈的_越大越大, ,交流交流 的的_越高越高, ,感抗越大。感抗越大。 感抗感抗 阻碍作用阻碍作用 自感系数自感系数 频率频率

2、3.3.感抗器的应用感抗器的应用: : 低频扼流圈低频扼流圈高频扼流圈高频扼流圈 自感系数自感系数较大较大_ 特性特性 通通_、 阻阻_ 通直流、通通直流、通_、 阻阻_ 较小较小 直流直流 交流交流 低频低频 高频高频 二、电容器对交变电流的阻碍作用二、电容器对交变电流的阻碍作用 1.1.实验探究实验探究: : 实验现象实验现象: :接通恒定电流时接通恒定电流时, ,灯泡灯泡_(_(选填选填“发光发光” 或或“不发光不发光”););接通交流时接通交流时, ,灯泡灯泡_(_(选填选填“发光发光” 或或“不发光不发光”) )。 实验结论实验结论:_:_能够通过电容器能够通过电容器,_,_不能通不

3、能通 过电容器。过电容器。 不发光不发光 发光发光 交变电流交变电流恒定直流恒定直流 2.2.容抗容抗: : (1)(1)定义定义: :电容器对交流的阻碍作用的大小叫电容器对交流的阻碍作用的大小叫_。 (2)(2)物理意义物理意义: :表示电容器对交流的表示电容器对交流的_的大小。的大小。 (3)(3)影响容抗大小的因素影响容抗大小的因素: :电容器的电容电容器的电容_,_,交流的频交流的频 率率_,_,容抗越小。容抗越小。 容抗容抗 阻碍作用阻碍作用 越大越大 越高越高 【思考辨析【思考辨析】 (1)(1)低频扼流圈只能阻碍低频交变电流低频扼流圈只能阻碍低频交变电流, ,不能阻碍高频不能阻碍

4、高频 交变电流。交变电流。( () ) (2)(2)电感线圈的感抗的大小只取决于线圈的自感系数。电感线圈的感抗的大小只取决于线圈的自感系数。 ( () ) (3)(3)直流不能通过电容器直流不能通过电容器, ,却能通过电感器。却能通过电感器。( () ) (4)(4)交变电流的电流越大越容易通过电容器交变电流的电流越大越容易通过电容器, ,与交变电与交变电 流的频率无关。流的频率无关。 ( () ) (5)(5)交变电流通过电容器的实质是电容器不断充放电交变电流通过电容器的实质是电容器不断充放电, , 并不是电流真正流过了电容器。并不是电流真正流过了电容器。( () ) 提示提示: :(1)(

5、1)。低频扼流圈不仅对低频交变电流有阻碍。低频扼流圈不仅对低频交变电流有阻碍, , 对高频交变电流阻碍作用更大。对高频交变电流阻碍作用更大。 (2)(2)。电感线圈的感抗不只与自感系数有关。电感线圈的感抗不只与自感系数有关, ,还与交还与交 流的频率有关。线圈的自感系数越大流的频率有关。线圈的自感系数越大, ,交流的频率越高交流的频率越高, , 感抗越大。感抗越大。 (3)(3)。直流不能通过电容器。直流不能通过电容器, ,能通过电感器。能通过电感器。 (4)(4)。交变电流的电流越大越容易通过电容器。交变电流的电流越大越容易通过电容器, ,但与但与 交变电流的频率有关。交变电流的频率有关。

6、(5)(5)。交变电流通过电容器的实质是电容器不断充放。交变电流通过电容器的实质是电容器不断充放 电电, ,并不是在电容器内并不是在电容器内, ,电荷从一个极板到达另一个极电荷从一个极板到达另一个极 板。板。 一电感器对交变电流的阻碍作用一电感器对交变电流的阻碍作用 考查角度考查角度1 1 影响感抗大小的因素影响感抗大小的因素 【典例【典例1 1】 一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接, , 如图所示。一铁棒插进线圈后如图所示。一铁棒插进线圈后, ,该灯将该灯将 世纪金榜导学世纪金榜导学 号号( () ) A.A.变亮变亮 B.B.变暗变

7、暗 C.C.对灯的亮度没影响对灯的亮度没影响 D.D.无法判断无法判断 【正确解答【正确解答】选选B B。线圈的自感系数的大小与线圈的长。线圈的自感系数的大小与线圈的长 度、匝数以及是否有铁芯等都有关度、匝数以及是否有铁芯等都有关, ,与电流的大小、电与电流的大小、电 流变化的快慢无关流变化的快慢无关, ,同一线圈同一线圈, ,插有铁芯时线圈的自感插有铁芯时线圈的自感 系数会变大系数会变大, ,因此当铁棒插进线圈之后因此当铁棒插进线圈之后, ,对交流的阻碍对交流的阻碍 变大变大, ,则导致灯泡变暗则导致灯泡变暗, ,故故B B正确正确,A,A、C C、D D错误错误; ;故选故选B B。 考查

8、角度考查角度2 2 电感器在电路中的作用电感器在电路中的作用 【典例【典例2 2】如图所示的电路中如图所示的电路中,L,L是一个自感线圈是一个自感线圈, ,正弦正弦 交流电的电压有效值为交流电的电压有效值为220 V,220 V,则关于交流电压表的示则关于交流电压表的示 数数, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是世纪金榜导学号世纪金榜导学号( () ) A.A.等于零等于零 B.B.等于等于220 V220 V C.C.小于小于220 V,220 V,且交流电频率越高且交流电频率越高, ,电压表示数越小电压表示数越小 D.D.小于小于220 V,220 V,且交流电频率越高且交流电频率越高

9、, ,电压表示数越大电压表示数越大 【正确解答【正确解答】选选C C。自感线圈对交流有阻碍作用。自感线圈对交流有阻碍作用, ,故电故电 压表的示数小于压表的示数小于220 V;220 V;交流电的频率越高交流电的频率越高, ,自感线圈对自感线圈对 交流电的阻碍作用越大交流电的阻碍作用越大, ,则电流的有效值越小则电流的有效值越小, ,故电压故电压 表的示数越小表的示数越小, ,故故A A、B B、D D错误错误,C,C正确正确, ,故选故选C C。 【核心归纳【核心归纳】 1.1.线圈对交变电流的阻碍作用的原因线圈对交变电流的阻碍作用的原因: : 交变电流通过线圈时交变电流通过线圈时, ,由于

10、电流的变化引起通过线圈的由于电流的变化引起通过线圈的 磁通量发生变化磁通量发生变化, ,在线圈中产生自感电动势而阻碍电流在线圈中产生自感电动势而阻碍电流 的变化的变化, ,也就阻碍了交变电流的通过形成感抗。也就阻碍了交变电流的通过形成感抗。 2.2.影响感抗大小的因素影响感抗大小的因素: : (1)(1)交变电流的频率。交变电流的频率大时交变电流的频率。交变电流的频率大时, ,交变电流交变电流 变化得快变化得快, ,磁场变化得就快磁场变化得就快, ,通过线圈的磁通量变化率通过线圈的磁通量变化率 就大就大, ,自感电动势就大自感电动势就大, ,从而阻碍磁通量的变化的能力从而阻碍磁通量的变化的能力

11、 也大也大, ,也就是阻碍交变电流的通过的作用就大也就是阻碍交变电流的通过的作用就大, ,则感抗则感抗 也就大。也就大。 (2)(2)线圈的自感系数。线圈的自感系数大时线圈的自感系数。线圈的自感系数大时, ,同样的交同样的交 变电流和磁通量的变化率变电流和磁通量的变化率, ,产生的自感电动势大产生的自感电动势大, ,也就也就 是阻碍交变电流的通过的作用就大是阻碍交变电流的通过的作用就大, ,则感抗也就大。则感抗也就大。 3.3.感抗大小分析思路感抗大小分析思路: : 【特别提醒【特别提醒】 (1)(1)电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗来表示, ,线线

12、圈的自感系数越大圈的自感系数越大, ,交变电流的频率越高交变电流的频率越高, ,产生的自感产生的自感 电动势就越大电动势就越大, ,对交变电流的阻碍作用就越大对交变电流的阻碍作用就越大, ,感抗也感抗也 就越大。就越大。 (2)(2)电感在电路中的作用是电感在电路中的作用是“通直流、阻交流通直流、阻交流; ;通低频、通低频、 阻高频阻高频”。 【过关训练】【过关训练】 1.(1.(多选多选) )下列说法中正确的是下列说法中正确的是( () ) A.A.交流电的频率越高交流电的频率越高, ,电感器对电流的阻碍作用越明显电感器对电流的阻碍作用越明显 B.B.电感器对交流电没有阻碍作用电感器对交流电

13、没有阻碍作用 C.C.电感器对交流电有阻碍作用电感器对交流电有阻碍作用 D.D.以上说法都不对以上说法都不对 【解析【解析】选选A A、C C。电感器对交流电有阻碍作用。电感器对交流电有阻碍作用, ,频率越频率越 高高, ,感抗越大感抗越大, ,所以阻碍作用为所以阻碍作用为: :通低频通低频, ,阻高频。故选阻高频。故选A A、 C C。 2.2.对扼流圈的以下说法对扼流圈的以下说法, ,正确的是正确的是( () ) A.A.扼流圈是利用电感阻碍交变电流的作用制成的扼流圈是利用电感阻碍交变电流的作用制成的 B.B.低频扼流圈用来低频扼流圈用来“通低频、阻高频通低频、阻高频” C.C.高频扼流圈

14、用来高频扼流圈用来“通直流、阻交流通直流、阻交流” D.D.高频扼流圈对低频交变电流的阻碍作用大高频扼流圈对低频交变电流的阻碍作用大, ,对高频交对高频交 变电流的阻碍作用小变电流的阻碍作用小 【解析【解析】选选A A。低频扼流圈用来。低频扼流圈用来“通直流、阻交流通直流、阻交流”, , 对低频交变电流的阻碍作用也很大。高频扼流圈对高对低频交变电流的阻碍作用也很大。高频扼流圈对高 频交变电流的阻碍作用大频交变电流的阻碍作用大, ,对低频交变电流的阻碍作用对低频交变电流的阻碍作用 小小, ,故选项故选项A A正确。正确。 3.3.如图甲所示如图甲所示, ,把带铁芯的线圈把带铁芯的线圈L L与小灯

15、泡串联起来与小灯泡串联起来, ,先先 把它们接到电动势为把它们接到电动势为E(E(内阻不计内阻不计) )的直流电源上的直流电源上; ;再把再把 它们接到交流电源上它们接到交流电源上, ,如图乙所示如图乙所示, ,取直流电源的电压取直流电源的电压 与交流电压的有效值相等。下列叙述正确的是与交流电压的有效值相等。下列叙述正确的是 ( () ) A.A.接交流电时灯泡更亮些接交流电时灯泡更亮些 B.B.接直流电和接交流电时灯泡一样亮接直流电和接交流电时灯泡一样亮 C.C.减小交流电频率时图乙中灯泡变亮减小交流电频率时图乙中灯泡变亮 D.D.图甲中闭合图甲中闭合S S瞬间瞬间, ,通过灯泡的电流立即达

16、到最大值通过灯泡的电流立即达到最大值 【解析【解析】选选C C。由电感对交流电存在阻碍作用即感抗。由电感对交流电存在阻碍作用即感抗, , 电感对直流无感抗电感对直流无感抗, ,所以接直流时灯泡更亮所以接直流时灯泡更亮, ,故故A A错误错误,B,B 错误错误; ;电感对交流电存在阻碍作用即感抗电感对交流电存在阻碍作用即感抗, ,减小交流电减小交流电 频率时频率时, ,感抗减小感抗减小, ,电流变大电流变大, ,灯泡变亮灯泡变亮, ,故故C C正确正确; ;由于由于 电感线圈电感线圈, ,在闭合在闭合S S瞬间瞬间, ,线圈中的电流增大线圈中的电流增大, ,在线圈中在线圈中 产生自感电动势阻碍电

17、流的增大产生自感电动势阻碍电流的增大, ,所以灯泡中的电流逐所以灯泡中的电流逐 渐增大渐增大, ,故故D D错误错误; ;故选故选C C。 二电容器对交变电流的阻碍作用二电容器对交变电流的阻碍作用 考查角度考查角度1 1 影响容抗大小的因素影响容抗大小的因素 【典例【典例1 1】( (多选多选) )对于容抗对于容抗, ,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) ) 世纪金榜导学号世纪金榜导学号 A.A.电容器电容越大电容器电容越大, ,容抗越大容抗越大 B.B.电容器电容越大电容器电容越大, ,容抗越小容抗越小 C.C.电容器电容越大电容器电容越大, ,容抗可能越小容抗可能越小 D.D.

18、对于同一个电容器对于同一个电容器, ,容抗可以变化容抗可以变化 【正确解答【正确解答】选选C C、D D。交变电流电路中的电容将对电。交变电流电路中的电容将对电 流产生阻碍作用流产生阻碍作用, ,电容对电流的阻碍作用叫做容抗电容对电流的阻碍作用叫做容抗, ,通通 过电容器的交流电的频率会影响电容对交流电的阻碍过电容器的交流电的频率会影响电容对交流电的阻碍 作用作用, ,电流周期越小电流周期越小, ,频率越大频率越大, ,阻碍越小阻碍越小, ,所以所以C C、D D正正 确确; ;故选故选C C、D D。 考查角度考查角度2 2 电容器在电路中的作用电容器在电路中的作用 【典例【典例2 2】如图

19、所示如图所示, ,接在交流电源上的灯泡正常发光接在交流电源上的灯泡正常发光, , 以下说法不正确的是以下说法不正确的是世纪金榜导学号世纪金榜导学号( () ) A.A.把电介质插入电容器中把电介质插入电容器中, ,灯泡变亮灯泡变亮 B.B.增大电容器两极板间的距离增大电容器两极板间的距离, ,灯泡变亮灯泡变亮 C.C.减小电容器两极板间的正对面积减小电容器两极板间的正对面积, ,灯泡变暗灯泡变暗 D.D.使交变电流频率减小使交变电流频率减小, ,灯泡变暗灯泡变暗 【正确解答【正确解答】选选B B。把电介质插入电容器中。把电介质插入电容器中, ,根据根据C=C= 知电容增大知电容增大, ,容抗变

20、小容抗变小, ,灯泡变亮灯泡变亮, ,故故A A正确正确; ;增大电增大电 容器两板间的距离容器两板间的距离, ,根据根据C= C= 知电容减小知电容减小, ,容抗增大容抗增大, ,灯灯 泡变暗泡变暗, ,故故B B错误错误; ;减少电容器两板间的正对面积减少电容器两板间的正对面积, ,根据根据 C= C= 知电容减小知电容减小, ,容抗变大容抗变大, ,灯泡变暗灯泡变暗, ,故故C C正确正确; ;使交变使交变 电流频率减小电流频率减小, ,容抗变大容抗变大, ,灯泡变暗灯泡变暗, ,故故D D正确。故选正确。故选B B。 S 4 kd S 4 kd S 4 kd 【核心归纳【核心归纳】 1

21、.1.交变电流交变电流“通过通过”电容器的分析电容器的分析: : 电容器两极板间是绝缘材料电容器两极板间是绝缘材料, ,当电容器接到交流电源上当电容器接到交流电源上 时时, ,自由电荷不会通过两极板间的绝缘电介质自由电荷不会通过两极板间的绝缘电介质, ,只不过只不过 在交变电压的作用下在交变电压的作用下, ,电容器交替进行充电和放电电容器交替进行充电和放电, ,电电 路中就有电流了路中就有电流了, ,表现为交变电流表现为交变电流“通过通过”了电容器。了电容器。 2.2.电容器对交变电流有阻碍作用的原因电容器对交变电流有阻碍作用的原因: : 电容器充电的过程中电容器充电的过程中, ,电容器两极板

22、上聚集着等量异种电容器两极板上聚集着等量异种 电荷电荷, ,从而在两极板间存在着电场从而在两极板间存在着电场, ,此电场的电场力阻此电场的电场力阻 碍着电荷的充电和放电碍着电荷的充电和放电, ,其表现就是电容器在交变电流其表现就是电容器在交变电流 “通过通过”中的阻碍作用。中的阻碍作用。 3.3.电阻、电感和电容的对比分析电阻、电感和电容的对比分析: : 电阻电阻感抗感抗容抗容抗 产生产生 原因原因 定向移动的自由定向移动的自由 电荷与不动的离电荷与不动的离 子间的碰撞子间的碰撞 电感线圈的自感电感线圈的自感 现象阻碍电流的现象阻碍电流的 变化变化 电容器两极板上电容器两极板上 积累的电荷对向

23、积累的电荷对向 这个方向定向移这个方向定向移 动的电荷的反抗动的电荷的反抗 作用作用 电阻电阻感抗感抗容抗容抗 在电在电 路中路中 的的 特点特点 对直流、交流均对直流、交流均 有阻碍作用有阻碍作用 只对变化的电只对变化的电 流流, ,如交流有如交流有 阻碍作用阻碍作用 不能通直流不能通直流, ,只只 能通交变电流。能通交变电流。 对交流的阻碍对交流的阻碍 作用随频率的作用随频率的 降低而增大降低而增大 决定决定 因素因素 由导体本身由导体本身( (长长 短、粗细、材料短、粗细、材料) ) 决定决定, ,与温度有关与温度有关 由线圈本身的自由线圈本身的自 感系数和交流电感系数和交流电 的频率决

24、定的频率决定( (成成 正比正比)X)XL L=2fL=2fL 由电容的大小由电容的大小 和交流电频率和交流电频率 决定决定( (成反比成反比) ) X XC C= = 1 2 fL 电阻电阻感抗感抗容抗容抗 能量能量 转化转化 电流通过电阻做功电流通过电阻做功, , 电能转化为内能电能转化为内能 电能和磁场能往电能和磁场能往 复转化复转化 电能与电场能往电能与电场能往 复转化复转化 【过关训练【过关训练】 1.1.对交流电对交流电“通过通过”电容器的正确理解是电容器的正确理解是( () ) A.A.交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体 B.

25、B.交流电路中定向移动的电荷通过了电容器两极板间交流电路中定向移动的电荷通过了电容器两极板间 的绝缘介质的绝缘介质 C.C.交变电流能够使电容器交替进行充放电交变电流能够使电容器交替进行充放电, ,电路中就有电路中就有 了持续的电流了持续的电流, ,表现为交变电流通过了电容器表现为交变电流通过了电容器 D.D.电容器是导体电容器是导体, ,电流可以通过电容器电流可以通过电容器 【解析】【解析】选选C C。电容器能让交变电流通过。电容器能让交变电流通过, ,实际上是通实际上是通 过充放电来完成的过充放电来完成的, ,定向移动的电荷并没有从一个极板定向移动的电荷并没有从一个极板 到另一极板到另一极

26、板, ,故故A A、B B错误错误; ;但它的充放电完成了交流电但它的充放电完成了交流电 通过的任务通过的任务, ,就好像电流真的通过了电容器一样就好像电流真的通过了电容器一样, ,故选故选 项项C C正确正确; ;电容器两个极板间是绝缘的电容器两个极板间是绝缘的,D,D项错。故选项错。故选C C。 2.2.如图所示的电路如图所示的电路,F,F为一交流发电机为一交流发电机,C,C为平行板电容为平行板电容 器器, ,为使电流表为使电流表A A的示数增加的示数增加, ,可行的办法是可行的办法是( () ) A.A.使发电机使发电机F F的转速增加的转速增加 B.B.使发电机使发电机F F的转速减小

27、的转速减小 C.C.在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质 D.D.使电容器两极板间距离增大使电容器两极板间距离增大 【解析【解析】选选A A。当发电机转速增加时。当发电机转速增加时, ,交变电流的频率交变电流的频率 增大增大, ,容抗减小容抗减小, ,电流表电流表A A的读数增大的读数增大, ,故故A A正确正确,B,B错误错误; ; 在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时, ,电容电容 器的电容减小器的电容减小, ,使电容器两极板间距离增大时电容也减使电容器两极板间距离增大时电容也减 小小, ,当电容减

28、小时当电容减小时, ,容抗增大容抗增大, ,对交变电流的阻碍作用增对交变电流的阻碍作用增 大大, ,电流表电流表A A示数减小示数减小, ,故故C C、D D错误。所以错误。所以A A正确正确,B,B、C C、 D D错误错误; ;故选故选A A。 3.(3.(多选多选) )如图所示为某电器中电路的一部分如图所示为某电器中电路的一部分, ,当输入有当输入有 直流成分、交流低频成分和交流高频成分的电流后直流成分、交流低频成分和交流高频成分的电流后, ,在在 其输出端得到可调大小的交流低频成分其输出端得到可调大小的交流低频成分, ,那么下列有关那么下列有关 各元器件的作用的说法中各元器件的作用的说法中, ,正确的是正确的是( () ) A.CA.C1 1为高频旁路电容器为高频旁路电容器, ,交流高频成分被该电容器短路交流高频成分被该电容器短路 B.RB.R为滑动变阻器为滑动变阻器, ,它的滑片上下移动可以改变输出端它的滑片上下移动可以改变输出端 电压的大小电压的大小 C.CC.C2 2为隔直