高中物理 5.3 电感和电容对交变电流的影响课件 新人教版选修32

1、3电感和电容对交变电流的影响,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变电路。 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,能够分析简单交变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。,1,2,1.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

2、电流有阻碍作用。,1,2,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”。,1,2,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:能不能,1,2,2.电容器对交变电流的阻碍作用 (1

3、)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。,1,2,(2)实验探究:电容器对交变电流的阻碍作用。 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。,1,2,交变电流通

4、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。,1,2,3,4,5,1.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,

5、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。,1,2,3,4,5,2.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,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。,1,2,3,4,5,(

6、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。,1,2,3,4,5,3.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。,1,2,3

7、,4,5,4.电阻、感抗、容抗的比较,1,2,3,4,5,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。,1,2,3,4,5,5.电容器与电感器的应用 (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。,1,2,3,4,5,(2)电感器的应用 低频扼流圈:

8、可起到“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。,类型一,类型二,类型三,类型一 电感器对交变电流的影响 【例题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.iib.ii

9、 c.i=id.无法比较 点拨:长直导线绕成线圈后自感系数明显增大,所以对同一交变电流的阻碍作用也增大了。 解析:长直导线的自感系数很小,其对交变电流的阻碍作用可以看作是纯电阻的阻碍作用,流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用。当导线绕成线圈后,电阻值未变,但自感系数增大,对交变电流的阻碍作用不但有电阻,而且有线圈的阻碍作用(感抗)。阻碍作用增大,电流减小。 答案:b,类型一,类型二,类型三,题后反思理解电感器对交变电流的阻碍作用即感抗的大小与什么有关,以及有什么关系,是解决这类问题的关键。 触类旁通如果将例题1中的交变电流换成恒定电流,结论将会怎样? 提示:i=i。,类型一,类型二,类型三

10、,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。,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

11、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。,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。,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,我们采用了如图装置电路,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,类型一,类型二,类型三,点拨:搞清楚a、b处元件应起的作用,是正确选择元件的关键