2019版物理人教版选修3-2课件：第五章　3　电感和电容对交变电流的影响

1、-1- 3 3电感和电容对交变电流的影响 -2- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 1.电感器对交变电流的影响 通过实验了解电感器对交变电流的阻碍和导通作用,能运用所学 知识分析含有电感器的简单交流电路。 2.电容器对交变电流的影响 通过实验了解电容器对交变电流的阻碍和导通作用,能够分析简 单交流电路中电容器的作用。简单了解电感器和电容器在电工和 电子技术中的应用。 3.感抗和容抗 知道感抗和容抗的物理意义及决定因素。 -3- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHUL

2、I 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12 1.电感器对交变电流的阻碍作用 (1)实验探究:电感器对交变电流的阻碍作用 实验电路: 实验条件:取直流电源电压与交流电源电压有效值相等。 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。 实验结论:电感线圈对交变电流有阻碍作用。 -4- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12 实验现象的本质: 交变电流通过电感线圈时,由于电流的大小和方向时刻都在变化, 所以自

3、感现象就不断地发生,而自感电动势总是要阻碍电流变化的, 这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用。 (2)感抗 物理意义:表示电感器对交变电流阻碍作用大小的物理量。 影响因素:线圈的自感系数越大,交流的频率越高,感抗越大。 应用:扼流圈。 a.低频扼流圈:可以用来“通直流,阻交流”。 b.高频扼流圈:可以用来“通直流、通低频,阻高频”。 -5- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12 同学们想一下,低频扼流圈对高频交变电流能起到较大的阻碍作 用吗?高频扼流圈对低频交变电流呢? 提示:

4、能不能 -6- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12 2.电容器对交变电流的阻碍作用 (1)实验探究:交变电流能否通过电容器。 实验电路: 实验现象:电路中串联有电容器时,接通直流电源,灯泡不亮;接 通交流电源,灯泡亮。 实验结论:交变电流能够通过电容器,直流不能通过电容器。 -7- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12 (2)实验探究:电容器对交变电流的阻碍作

5、用。 实验电路及操作:闭合S1,观察S2闭合与断开时灯泡的亮度。 实验现象:灯泡直接与交流电源相连比接有电容器时更亮。 实验结论:电容器对交变电流有阻碍作用。 实验现象的本质:对于在导线中形成电流的自由电子来说,当 电源的电动势推动它们向某一方向做定向运动时,电容器两极板上 积聚的电荷就阻碍它们向这个方向运动,这就产生了电容器对交变 电流的阻碍作用。 -8- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12 交变电流通过电容器时,自由电荷是否真正通过了两极板间的绝 缘介质? 提示:不是。电

6、路中之所以有电流是因为交流电源对电容器不断 地充、放电形成的。 (3)容抗。 物理意义:表示电容器对交变电流阻碍作用大小的物理量。 影响因素:电容器的电容越大,交变电流的频率越高,容抗越小。 作用:通交流,隔直流;通高频,阻低频。 -9- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12345 1.为什么电感器对交变电流有阻碍作用而对直流几乎没有阻碍 作用 这是因为交变电流通过电感线圈时,电流时刻都在改变,由于自 感的存在,线圈中必然产生自感电动势,自感电动势阻碍电流的变 化,这就形成了对

7、电流的阻碍作用。 而通常所讲的直流,常指恒定电流,恒定电流流过电感线圈时,电 流没有变化,因而就不会产生自感现象,因此,电感线圈对恒定电流 而言无所谓感抗。又由于线圈的电阻很小,所以对直流几乎没有阻 碍作用。 -10- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12345 2.为什么交变电流能“通过”电容器而直流却不能 (1)电容器的两极板之间是相互绝缘的,不论是恒定电流还是交变 电流,自由电荷都不能通过两极板之间的绝缘介质。通常所说的交 变电流“通过”电容器,并不是自由电荷穿过了电容器

8、,而是在交流电 源作用下,当电压升高时电容器充电,电容器极板上的电荷量增加, 形成充电电流,如图甲;当电压降低时电容器放电,电容器极板上的 电荷量减少,形成放电电流,如图乙。由于电容器反复不断地充电 和放电,使电路中有持续的交变电流。 -11- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12345 (2)当电容器与直流电源的两极相连接时,除了接通的瞬间因电容 器充电而有瞬时电流外,一旦充电完毕,电容器两极板间的电压与 电源两极的电压相等,且保持不变,电路中就没有电流了。 -12- 3 3

9、电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12345 3.为什么电容器对交变电流有阻碍作用 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。 电容越大,在同样电压下电容器聚集的电荷就越多,因此充电电 流与放电电流就越大,容抗就越小;交变电流的频率越高,电容器聚 集相同的电荷所用时间就越短,因此充电电流与放电电流就越大, 容抗就越小。 -13- 3 3电感和电容对交变电

10、流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12345 4.电阻、感抗、容抗的比较 -14- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12345 由上表看出三种阻碍作用的形成原因和决定因素等是完全不同 的,因此应用上也有区别。 -15- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12345 5.电容

11、器与电感器的应用 (1)电容器的应用 隔直电容器,如图甲,作用是“通交流,隔直流”,因为直流电不能 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 一般很大。 高频旁路电容器,如图乙,作用是“通高频,阻低频”,因为对不同 频率的交变电流来说,频率越高,容抗越小,频率越低,容抗越大,即电 容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一般很小。 -16- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 12345 (2)电感器的应用 低频扼流圈:可起

12、到“通直流,阻交流”的作用。 高频扼流圈:可起到“通直流、通低频,阻高频”的作用。 (3)电感器和电容器的组合应用 根据电感器、电容器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。 如果将电容器与负载并联,然后与电感器串联,就能更好地起 到滤掉电流中交流成分或高频成分的作用,如图甲。 如果将电感器与负载并联,然后与电容器串联,就能更好地起 到滤掉电流中直流成分和低频成分的作用,如图乙。 -17- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 类型一 电

13、感器对交变电流的影响 【例题1】 (多选)如图所示的电路中,L为电感线圈,D为灯泡,交 流电流表内阻为零,交流电压表内阻无限大,交流电源的电压 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 -18- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 点拨首先要明确灯泡和电感器的串联关系,其次要知道电感器的 感抗随交变电流的频率的增大而增大,再次,要明确电压表测量的 是电压的有效值,最后,明确串联电路的电压分配关系。 解析:由交流电源的电压表达式可得=100

14、rad/s,而=2f,则 f=50 Hz。 当频率变为100 Hz,即频率增大时,电感的感抗增大,即相当于它 由一个小电阻变成了一个大电阻。 在频率变大时,线圈对电流的阻碍作用变大,通过线圈的电流变 小,则电流表示数变小,灯泡变暗,故A、D错误,C正确; 由于频率增大,电流表示数变小,且电源电压的有效值不变,因此 灯泡两端电压减小,所以电压表示数增大,故B正确。 答案:BC -19- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 题后反思直流电阻不计的线圈对直流无阻碍作用

15、,相当于导线; 对交变电流有阻碍作用,且交变电流的频率越高,阻碍作用越强。 -20- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 类型二 电容器对交变电流的影响 【例题2】 如图所示,甲、乙两电路是电容器的两种不同连接方 式,它们各在什么情况下采用?应该怎样选用电容器? 点拨:交流电路中常同时包含有直流成分和交流成分,电容器在 电路中有“通交流,隔直流”或“通高频,阻低频”的作用。 -21- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLI

16、TOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 解析:题图甲中的C1串联在电路中,它的作用是“通交流,隔直流”, 为了使交流成分都能顺利地通过,容抗必须较小,应选用电容较大 的电容器。 题图乙中的C2并联在电路中,如果输入端输入的电流中包含有高 频和低频两种交流成分,该电容器的作用是“通高频,阻低频”,即对 高频电流起旁路作用,而让需要的低频信号输入到下一级,一般取 电容较小的电容器;如果输入的电流是直流和交流两种成分,该电 容器的作用是滤去交流成分,把直流成分输入到下一级,这时要选 用电容较大的电容器。 另外,选用电容器还须注意它的耐压值,以防被击

17、穿。 答案:图甲中C1起隔直的作用,对下级输出的是交流。图乙中C2 起过滤高频的作用:若对下级输出直流,C2选用电容较大的;若对下 级输出低频,C2选用电容较小的。 -22- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 题后反思理解电容器对交变电流的阻碍作用与哪些因素有关,以 及有什么关系,是解决这类问题的关键。 -23- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHISHISHULI 知识梳理 DIANLITOUXI 典例透析 ZHONGNANJUJIAO 重难聚焦 目标导航 类型一类型二类型三 类型三 电感器和电容器在交变电路中的应用 【例题3】在收音机线路中,经天线接收到的电信号既有高频成 分又有低频成分,经放大后送给下一级,需要把低频成分和高频成 分分开,只让低频成分输入给下一级,我们采用了如图所示的电路, 其中a、b处应选择的元件是() A.a是电容较大的电容器,b是低频扼流线圈 B.a是电容较大的电容器,b是高频扼流线圈 C.a是电容较小的电容器,b是高频扼流线圈 D.a是电容较小的电容器,b是低频扼流线圈 -24- 3 3电感和电容对交变电流的影响ZHIS