高二物理人教选修3～2课件5.3电感和电容对交变电流的影响2

1、3电感和电容对交变电流的影响,填一填,练一练,一、电感器对交变电流的阻碍作用(见课本第37页) 1.实验探究:电感器对交变电流的阻碍作用 (1)实验电路(如图) (2)实验方法:把线圈L与白炽灯串联起来,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源电压的有效值相等。观察两种情况下灯泡的亮度。 (3)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。 (4)实验结论:电感线圈对交变电流有阻碍作用。,填一填,练一练,2.感抗 (1)物理意义:表示电感对交变电流阻碍作用的大小。 (2)影响感抗大小的因素:线圈的自感系数越大、交流的频率越高,感抗越大。 3.感

2、抗的应用,填一填,练一练,二、交变电流能够通过电容器(见课本第38页) 1.实验探究:交变电流能够通过电容器 (1)实验电路(如图) (2)实验方法:把电容器C与灯泡串联起来,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源电压的有效值相等,再观察灯泡的发光情况。 (3)实验现象:电路中串有电容器时,接通直流电源,灯泡不亮;接通交流电源,灯泡亮。 (4)实验结论:交变电流能够通过电容器,直流不能通过电容器。,填一填,练一练,2.交变电流“通过”电容器的本质 电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,好像是交变电流“通过”了电容器,但实际上自由电荷没有通过电容器两极板

3、间的绝缘介质。,填一填,练一练,三、电容器对交变电流的阻碍作用(见课本第39页) 1.实验探究:电容器对交变电流的阻碍作用 (1)实验电路(如图) (2)实验方法:把电容器C与灯泡串联起来,先把它们接到交流电源上,再把电容器换成直导线,观察灯泡的发光情况。在甲图中,若保持交流电源不变,而改用电容大的电容器,或保持电容器的电容不变,而改用频率更高的交流电源,观察灯泡的发光情况。,填一填,练一练,(3)实验现象:灯泡直接接到交流电源上,灯泡要比有电容器时更亮。电容器的电容增大或者交变电流的频率更高时,灯泡比原来更亮。 (4)实验结论:电容器对交变电流有阻碍作用。 2.容抗 (1)物理意义:表示电容

4、对交变电流阻碍作用的大小。 (2)影响容抗大小的因素:电容器的电容越大,交流的频率 越高,容抗越小。 3.应用 电容器具有“通交流、隔直流,通高频、阻低频”的作用。,填一填,练一练,关于容抗,下列说法中正确的是() A.电容充电时,容抗小 B.电容充电时,容抗大 C.电容和频率一定时,容抗相同,与充、放电无关 D.以上都不对 解析:容抗只与电容大小和交变电流的频率有关。 答案:C,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,电感对交变电流的阻碍作用 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,然后再将一铁芯插进线圈,灯泡的亮度会怎样变化?如果是在直流电路中情况又如何?,问题导引

5、,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.电感器对交变电流的阻碍作用的成因 通过线圈的电流大小和方向变化,都会引起通过线圈的磁通量发生变化,从而产生感应电动势,这种现象就是自感现象。根据楞次定律,自感电动势所引起的感应电流总是要使它产生的磁场阻碍线圈内原有磁场的变化,所以自感电动势对线圈中电流的变化有阻碍作用,这样就形成了对交变电流的阻碍作用,电感对交变电流阻碍作用的大小就称为感抗。 2.感抗的两个决定因素 决定感抗大小的因素有两个:一是交变电流的频率,二是自感系数L。L决定于线圈本身的性质,即线圈匝数、横截面积、有无铁芯等因素。,探究一,探究二,

6、问题导引,名师精讲,典例剖析,3.低频扼流圈和高频扼流圈的结构和特性比较,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题1】(多选)在如图所示的电路中,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=220sin(100t)V。若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为100 Hz,下列说法正确的有() 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,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析:由u=220 sin(100t) V可知电源原来的频率 Hz=50 Hz,当频率增大时,线圈的感抗增大,电路中的干路电流将减小,因此A、D错,C正

7、确。题图中电灯与电感线圈串联,所以总电压(有效值)U=UL+UL,因UL减小,而总电压的有效值不变,所以UL增大,因此选项B也正确。 答案:BC,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练1导学号01150074(多选)如图所示实验电路中,若直流电压和交流电压的有效值相等,S为双刀双掷开关,下面叙述正确的有() 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来时灯变亮 D.S掷向c、d,电源电压不变,而使频率减小时,灯变暗,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析:线圈对恒定电流无感

8、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,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,正确理解电容器对交变电流的阻碍作用 如图所示,使用220 V交流电源的电气设备,其金属外壳和电源之间绝缘性良好(即外壳不与电源连接)。但是有时候用手触摸外壳时仍会感到“手麻”,这是什么原因?应如何改进电器设备以避免这种情况?,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.交变电流“通过”电容器的实质 交变电流加到电容器上后,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,

9、在电路中,形成充电电流,如图甲所示;当电源电压降低时,电容器放电,原来极板上聚集的电荷又放出,在电路中形成放电电流,如图乙所示。电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,好像是交变电流“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。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,2.电容器对交变电流阻碍作用的实质 当交变电流“通过”电容器时,给电容器充电或放电,使电容器两极板形成跟原电压相反的电压,阻碍电流,形成容抗。 3.决定容抗的两个因素 交变电流的频率和电容器的电容。 4.电容器在电路中的作用 (1)“隔直流,通交流”

10、的作用 直流不能通过电容器,因此电容器有“隔直”作用。对于电容较大的电容器,容易进行充放电,因此这种电容器一般用来“隔直流,通交流”,如隔直电容器。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,(2)“通高频,阻低频”的作用 对频率不同的交流,频率越高,容抗越小,频率越低,容抗越大。电容较小的电容器,对高频交流的容抗小,阻碍小,对低频交流的容抗大,阻碍大。因此,这种电容器一般用来“通高频,阻低频”,如高频旁路电容器。 实际应用电路如图所示,图中“-”为电路中的直流成分,“”为电路中的交流低频成分,“ ”为电路中的交流高频成分。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,5.电阻、感抗、容

11、抗的区别,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题2】(多选)如图所示,接在交流电源上的电灯泡正常发光,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 点拨:把电介质插入电容器,增大电容器两极板间的距离,减小电容器两极板间的正对面积,这些方式都会引起电容大小的变化,从而引起容抗的变化。交变电流频率减小时,对确定的电容器也会使其容抗发生变化。,探究一,探究二,问题导引

12、,名师精讲,典例剖析,解析:把电介质插入电容器,电容增大,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。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。交变电流频率减小,电容器对交变电流阻碍作用增大,灯泡变暗,故D正确。 答案:ACD,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2如图所示,把电阻R,电感线圈L,电容C并联,接到一个交流电源上,三个电流表示数相同,若保持电源电压大小不变,而将电源频率增大,则三个电流表示数I1、I2、

13、I3的关系是() A.I1=I2=I3B.I1I2I3 C.I2I1I3D.I3I1I2 点拨:电阻的阻值不受交变电流频率的影响,而电感线圈的感抗将会因为频率的增大而增大,而电容的容抗则会因为频率的增大而减小。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析:交变电流频率增大,电阻R对电流的阻碍作用不变,所以A1表读数不变。频率增大,电感线圈对交变电流阻碍作用增大,所以电流变小,A2表读数变小。频率增大,电容器对交变电流阻碍作用变小,所以电流变大,A3表读数变大。 答案:D,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1 2 3 4 5,1.(多选)关于电感器对交变电流的影响,以下说法中

14、正确的是() A.电感器对交变电流有阻碍作用 B.电感器对交变电流阻碍作用越大,感抗就越小 C.电感器具有“通交流、阻直流,通高频、阻低频”的性质 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:电感器对交变电流有阻碍作用,阻碍作用越大,感抗越大,感抗与自感系数、交变电流频率成正比,本题选项A、D正确。 答案:AD,1 2 3 4 5,2.(多选)对电容器能通交流的原因,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上时,电容器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

15、中,没有电荷定向移动 D.在有电容器的交流电路中,没有电荷通过电容器 解析:电容器实质上是通过反复充、放电来实现通电的,并无电荷流过电容器。 答案:BD,1 2 3 4 5,3.如图所示的电路中,正弦交流电源电压的有效值为220 V,则关于交流电压表的示数,以下说法中正确的是() A.等于220 V B.大于220 V C.小于220 V D.等于零 解析:电感器对交变电流有阻碍作用,线圈与灯泡串联,其电压之和等于电源电压,即UL+UR=U,故交流电压表的示数小于220 V,C正确。 答案:C,1 2 3 4 5,4.下列说法中正确的是() A.电感器对交流的阻碍作用是因为电感器存在电阻 B.电容器对交流的阻碍作用是因为电容器的电阻 C.感抗、容抗和电阻一样,电流通过它们做功时都是电能转化为内能 D.在交流电路中,电阻、感抗、容抗可以同时存在 解析:交变电流通过线圈时,在线圈上产生自感电动势,对电流的变化起到阻碍作用,A错;交流电通过电容器时,电容器两极间的电压与电源电压相反,阻碍了电流的流动,B错;电流通过它们做功时,只有在电阻上产生热,在线圈上产生磁场能,在电容器上产生电场能,C错,D对。 答案:D,1 2 3 4 5,5.导学号01150075(