滬科版高中物理選修(3-2)第2章第4節(jié)《探究電阻、電感和電容的作用》學(xué)案

1、10 / 10最新滬科版高中物理選修（3-2）第2章第4節(jié)探究電阻、電感和電容的作用學(xué)案探究電阻、電感和電容的作用學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.知道電阻器對(duì)交流電的阻礙作用與對(duì)直流電的阻礙作用相同.2.能理解電感器、電容器對(duì)交變電流形成阻礙作用的原因.3.知道用感抗、容抗來(lái)表示電感器、電容器對(duì)交變電流阻礙作用的大小.4.能夠分析簡(jiǎn)單電路中的電容器、電感器的作用.知識(shí)儲(chǔ)備區(qū)溫故追本溯源 推陳方可卸新X知識(shí)接1 .線圈的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，線圈的橫截面積越大，單位長(zhǎng)度上匝數(shù)越多，線圈的自感系數(shù)越大，線 圈有鐵心比無(wú)鐵心時(shí)自感系數(shù)大得多.豆、.Q2 .平行板電容器的電容決定式C = 4；kd，電容的定義式C = Q.3 .

2、由千導(dǎo)體自身的電流發(fā)牛變化而產(chǎn)牛的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象.新知呈現(xiàn)一、電阻器對(duì)交變電流的作用電阻器對(duì)交變電流的阻礙作用跟對(duì)直流的阻礙作用相同.二、電感器對(duì)交變電流的作用1 .電感器能讓交變電流通過(guò) ,但對(duì)交變中流有阻礙作用.2 .電感器的電感量越大_,通過(guò)的交變電流頻率越高_(dá),阻礙作用越大.三、電容器對(duì)交變電流的作用1 .電容器能讓交變電流通過(guò) ，但對(duì)交變電流有阻礙作用.2.電容器的電容量越大_,通過(guò)的交變電流頻率越高，阻礙作用越小.基礎(chǔ)自學(xué)落實(shí)重點(diǎn)互動(dòng)探究學(xué)習(xí)探究區(qū)一、電阻器對(duì)交變電流的作用問(wèn)題設(shè)計(jì)閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合圖1回答下列問(wèn)題(A、B是規(guī)格相同的 燈泡)：(1)當(dāng)開(kāi)關(guān)S扳向交流電源

3、時(shí)，兩只燈泡的亮度是否相同？這說(shuō)明 什么問(wèn)題？圖1的亮度有沒(méi)有變化，這答案 B比A更亮些，這說(shuō)明電阻器對(duì)交流電有阻礙作用.(2)把開(kāi)關(guān)S扳向直流電源和交流電源，比較這兩種情況下燈泡A又說(shuō)明什么問(wèn)題？答案開(kāi)關(guān)S扳向直流電源和交流電源，兩種情況下燈泡 A的亮度相同，這說(shuō)明電阻器 對(duì)交流的阻礙作用跟對(duì)直流的阻礙作用相同.要點(diǎn)提煉1 .電阻器對(duì)交變電流和直流電的阻礙作用是相同白一2 .在交流電路中，電阻定律和歐姆定律都成五二、電感器對(duì)交變電流的作用問(wèn)題設(shè)計(jì)如圖2所示，把帶鐵心白線圈 L與小燈泡串聯(lián)起來(lái)，先把它們接到直流電源上，再把它們接到交流電源上，取直流電源的電壓與交流電壓的有效值相等.圖2(1)對(duì)

4、比兩種情況下燈泡的亮度有什么不同？說(shuō)明了什么？(2)乙圖中換用自感系數(shù)更大的線圈或調(diào)換頻率更高的交流電源，燈泡的亮度有何變化？說(shuō)明了什么？答案(1)甲圖中燈泡比乙圖中燈泡更亮，說(shuō)明電感器對(duì)交變電流有阻礙作用.(2)不論是換用自感系數(shù)更大的線圈還是調(diào)換頻率更高的交流電源，燈泡均變得更暗，說(shuō)明線圈的自感系數(shù)越大，交流電的頻率越高，線圈對(duì)交流電的阻礙作用越大.要點(diǎn)提煉1 .電感器的感抗是由變化的電流在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)引起的，與制成線圈導(dǎo)體Xl表示,Xl= 2 fL.所以感抗的兩個(gè)決定因的電阻無(wú)關(guān).2 .電感器對(duì)交流電的阻礙作用的大小用感抗素：(1)電感器的電感量(自感系數(shù));(2)交變電流的頻

5、率.3 .電感器在電路中的作用通順，阻加(2)通低頻，阻直頻.三、電容器對(duì)交變電流的作用問(wèn)題設(shè)計(jì)如圖3甲、乙所示，把燈泡和電容器串聯(lián)起來(lái)，先把它們接到直流電源上，再把它們接到交流電源上，觀察燈泡的發(fā)光情況.HI圖3(1)分析電容器能通交流的原因.(2)若把圖乙中的電容器去掉，變成圖丙所示電路，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？說(shuō)明了什么？在圖乙中，改變電容器的電容和電源頻率 ，燈泡亮度會(huì)有什么變化？答案(1)把交流電源接到電容器兩個(gè)極板上后，當(dāng)電源電壓升高時(shí)，電源給電容器充電電荷向電容器極板上聚集 ，在電路中，形成充電電流；當(dāng)電源電壓降低時(shí)，電容器放電，電荷從極板上流出，在電路中形成放電電流.電容器交替進(jìn)行充電

6、和放電，電路中就有了電流，好像是交流“通過(guò)” 了電容器，但實(shí)際上自由電荷并沒(méi)有通過(guò)電容器兩極板間的絕緣介質(zhì).(2)燈泡變得比乙中亮，說(shuō)明電容器對(duì)交變電流有阻礙作用.(3)電容變大時(shí)，燈泡變亮；頻率增大時(shí)，燈泡變亮.要點(diǎn)提煉1 .電容器能通交變電流，并不是電荷真的穿過(guò)了電容器.2 .電容器對(duì)交變電流的阻礙作用：電源電壓推動(dòng)自由電荷定向移動(dòng)時(shí)，電容器極板上積累的電荷會(huì)阻礙自由電荷向此方向做定向運(yùn)動(dòng)，這就產(chǎn)生了電容器對(duì)交變電流的阻礙作用.3.電容器對(duì)交變電流的阻礙作用的大小用容抗Xc表示,xc = j，,所以決定容抗的兩個(gè)2 fC因素：電容器的電容量和交變電流的頻汽4.電容器在電路中的作用：通交流，

7、阻直流，通商頻，阻低頻.X典例精析一、對(duì)感抗的理解例1 如圖4所示實(shí)驗(yàn)電路中，若直流電壓和交變電壓的有效值相等，S為雙刀雙擲開(kāi)關(guān)下面敘述正確的是（）圖4A.當(dāng)S擲向a、b時(shí)燈較亮，擲向c、d時(shí)燈較暗B.當(dāng)S擲向a、b時(shí)燈較暗,擲向c、d時(shí)燈較亮C. S擲向c、d,把電感線圈中的鐵心抽出時(shí)燈變亮D. S擲向c、d,電源電壓不變，而使頻率減小時(shí)，燈變暗解析 線圈對(duì)恒定電流無(wú)感抗，對(duì)交變電流有感抗，當(dāng)交流電頻率減小時(shí)，感抗變小，燈 變亮，并且是有鐵心時(shí)感抗更大，故鐵心抽出時(shí)燈變亮.答案 AC二、對(duì)容抗的理解【例2 如圖5所示，接在交流電源上的燈泡正常發(fā)光，以下說(shuō)法正確 ®的是（）EC二A

8、.把電介質(zhì)插入電容器，燈泡變亮：B.增大電容器兩極板間的距離 ，燈泡變亮C.減小電容器兩極板間的正對(duì)面積，燈泡變暗圖5D.使交變電流頻率減小，燈泡變暗解析 把電介質(zhì)插入電容器，電容變大，容抗變小，電容器對(duì)交變電流阻礙作用變小，所以燈泡變亮，故A正確；增大電容器兩極板間的距離，電容變小，電容器對(duì)交變電流阻礙作用變大，所以燈?變暗，故B錯(cuò)誤；減小電容器兩極板間的正對(duì)面積，電容變小，燈泡變暗，故C正確；使交變電流頻率減小，電容器對(duì)交變電流阻礙作用變大 ，燈泡變暗，故D正確.答案 ACD三、電阻、感抗、容抗的對(duì)比【例3】如圖6所示，電路中完全相同的三只燈泡Li、L2、L3分別與電阻R、電感L、電容C串

9、聯(lián),然后再并聯(lián)到220 V、50 Hz的交流電路上，三只燈泡亮度恰好相同.若保持交變電壓不變，將交變電流的頻率增大到60 Hz,則發(fā)生的現(xiàn)象是（）1圖6A.三燈亮度不變B.三燈均變亮C. Li不變、L2變亮、L3變暗D. Li不變、L2變暗、L3變亮解析當(dāng)交變電流的頻率變大時(shí)，線圈的感抗變大，電容器的容抗變小，因此L3變亮,L2變暗.又因?yàn)殡娮柙谥绷骱徒涣麟娐分衅鹣嗤淖饔?，故Li亮度不變，所以選D.答案 D課堂要點(diǎn)小結(jié)f電阻器:電阻器對(duì)交變電流和直流電的阻礙作用是相同的探究電阻、電感和電電感器感抗,電感器對(duì)交變電流阻礙作用的大小容的作用容抗:電容器對(duì)交變電流阻礙作用的大小電容器公式:Xc=2

10、nyC檢測(cè)學(xué)習(xí)效果體臉成功快樂(lè)自我"檢測(cè)區(qū)1 .（對(duì)感抗白理解）在如圖7所示的電路中，L為電感線圈，R為燈泡的電阻值，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無(wú)限大，交流電源的電壓u=220V2sin （100疝）V.若保 持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為100 Hz,下列說(shuō)法正確的是（）A.電流表示數(shù)增大B.電壓表示數(shù)增大圖7C.燈泡變暗D.燈泡變亮答案 BC解析 由u=220，2sin （100兀t） V,可得電源原來(lái)的頻率 f = 2=與:4z = 50 Hz,當(dāng)電源頻 率由原來(lái)的50 Hz增為100 Hz時(shí)，線圈的感抗增大，在電壓不變的情況下，電路中的電流減小， 選項(xiàng)A錯(cuò)誤；燈泡的電阻

11、值 R是一定的，電流減小時(shí)，實(shí)際消耗的電功率（P=I2R）減小,燈泡變 暗,選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤；電壓表與電感線圈并聯(lián)，其示數(shù)為線圈兩端的電壓Ul,設(shè)燈泡兩端電壓為Ur,則電源電壓的有效值為U = Ul + Ur,因Ur=IR,故電流I減小時(shí)，Ur減小.因電源電壓的有效值保持不變，故Ul=U Ur增大，選項(xiàng)B正確.2 .（對(duì)容抗白理解）如圖8所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在交流電源 的兩端，當(dāng)交流電源的頻率增大時(shí)（）丁匚A.電容器電容增大B.電容器電容減小口C.燈變暗D.燈變亮答案 D圖8解析 電容器的電容是由電容器本身的特性決定的 ，與外加的交流電源的頻率無(wú)關(guān) ，選項(xiàng) A、B錯(cuò)誤.當(dāng)交流電源的頻

12、率增大時(shí) ，電容器充、放電的速度加快 ，電容器的容抗減小，電流 增大，燈變亮.3 .（電阻、感抗、容抗的對(duì)比）如圖9所示，三個(gè)燈泡相同，而且足夠耐壓，電源內(nèi)阻忽略.單刀雙擲開(kāi)關(guān) S接A時(shí)，三個(gè)燈亮度相同，那么S接8時(shí)（）圖9A.三個(gè)燈亮度相同B.甲燈最鳧，丙燈不鳧C.甲燈和乙燈亮度相同，丙燈不亮D.只有丙燈不鳧，乙燈最鳧答案 D解析 開(kāi)關(guān)S接A時(shí)，甲、乙、丙三個(gè)支路均有交流電通過(guò)，開(kāi)關(guān)S接B時(shí)，電路處于直流工作狀態(tài)，電容C “隔直、通交"；電感L “阻交、通直” ；R對(duì)交流、直流有相同的阻 抗.可判斷此時(shí)電路中I丙= 0,1甲不變,1乙增大；又因?yàn)闊襞萘炼扰c功率 （P=I2R）成正比

13、，所以 只有丙燈不亮，乙燈最亮.40分鐘課時(shí)作業(yè)題組一對(duì)感抗的理解，如圖i所示.一鐵棒插進(jìn)線1 . 一個(gè)燈泡通過(guò)一個(gè)粗導(dǎo)線的線圈與一交流電源相連接圈后該燈將（）圖iA.變亮B.變暗C.對(duì)燈的亮度沒(méi)影響D.無(wú)法判斷答案 B解析 在線圈內(nèi)由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，總是阻礙電流變化，正是這種阻礙變化的特性，使線圈產(chǎn)生了感抗.加入鐵心改變了電感線圈的自感系數(shù)，使自感系數(shù)增大，感抗增大，降落的電壓增大，燈泡兩端的電壓減小，所以燈變暗.2 .如圖2所示,輸入端ab的輸入電壓既有直流成分，又有交流成分，以下 說(shuō)法中正確的是（L的直流電阻不為零）（）A.直流成分只能從 L通過(guò)8 .交流成分只能從 R通過(guò)

14、圖2C.通過(guò)R的既有直流成分又有交流成分D.通過(guò)L的直流成分比通過(guò) R的直流成分要大答案 CD解析 由于線圈L直流電阻不為零，所以有直流通過(guò) R,而線圈對(duì)交流有阻礙作用，因此 也有交流成分通過(guò) R,B錯(cuò),C正確；由于R對(duì)交流也有阻礙作用，所以也有交流成分通過(guò) L,A 錯(cuò)；因?yàn)榫€圈的直流電阻一般都很小，所以通過(guò)線圈的直流成分比通過(guò) R的要大，D正確.題組二 對(duì)容抗的理解3.對(duì)交變電流通過(guò)電容器的理解正確的是（）A.交變電流能夠使電容器極板間的絕緣介質(zhì)變成導(dǎo)體B.交變電流定向移動(dòng)的電荷通過(guò)電容器兩極板間的絕緣介質(zhì)C.交變電流能夠使電容器交替進(jìn)行充電、放電，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交變電流通過(guò)了電容

15、器D.交變電流通過(guò)了電容器，實(shí)際上自由電荷并沒(méi)有通過(guò)電容器極板間的絕緣介質(zhì)（擊穿除外）答案 CD解析 電流能“通過(guò)”電容器，并非自由電荷真的通過(guò)電容器兩極板間的絕緣介質(zhì)，而是交變電流交替對(duì)電容器充、放電，電路中有了電流，表現(xiàn)為交變電流通過(guò)了電容器.4.有兩個(gè)電容器的電容分別為Ci= 5和C2=3 口分別加在峰值一定的交流電源上,在下列各種情況下，哪一種情況通過(guò)電容器的電流最大（）A.在Ci上所加交變電流頻率為 50 HzB.在C2上所加交變電流的頻率為 50 HzC,在Ci上所加交變電流的頻率為 100 HzD,在C2上所加交變電流的頻率為100 Hz答案 C解析 電容越大，電流頻率越大，容抗

16、越小，電流越容易通過(guò)電容器.Ci>C2,100 Hz>50 Hz,所以C正確.5 .如圖3所示的電路，F(xiàn)為一交流發(fā)電機(jī)，C為平行板電容器，為使電流表A的示數(shù)增大，可行的辦法是（）A.使發(fā)電機(jī)F的轉(zhuǎn)速增大B.使發(fā)電機(jī)F的轉(zhuǎn)速減小C.在平行板電容器間換用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)D.使電容器兩極板間的距離增大答案 A解析 當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，交變電流的頻率增大，容抗減小，電流表A的讀數(shù)增大，A項(xiàng) 正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；在平行板電容器間換用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)時(shí)，電容器的電容減小，電容器兩極板間距離增大時(shí)電容也減小 ，當(dāng)電容減小時(shí)，容抗增大，對(duì)交變電源的阻礙作用增大 ，電 流表A示數(shù)減小，C、D兩項(xiàng)

17、均錯(cuò)誤.題組三 電阻、感抗、容抗的對(duì)比6 .如圖4所示，甲、乙是規(guī)格相同的燈泡，接線柱a、b接電壓為U 的直流電源時(shí)，無(wú)論電源的正極與哪一個(gè)接線柱相連 ，甲燈均能正常發(fā)光， 乙燈完全不亮.當(dāng) a、b接電壓的有效值為 U的交流電源時(shí)，甲燈發(fā)出微 弱的光，乙燈能正常發(fā)光，則下列判斷正確的是（）A.與甲燈串聯(lián)的元件x是電容器，與乙燈串聯(lián)的元件 y是電感線圈B.與甲燈串聯(lián)的元件x是電感線圈，與乙燈串聯(lián)的元件 y是電容器C.與甲燈串聯(lián)的元件x是二極管，與乙燈串聯(lián)的元件y是電容器D.與甲燈串聯(lián)的元件x是電感線圈，與乙燈串聯(lián)的元件y是二極管答案 B解析 由a、b接直流電流時(shí)的現(xiàn)象可知，元件x “通直流”，元件y “隔直流”，由a、b 接交流電源時(shí)的現(xiàn)象可知，元件x “阻交流”，元件y “通交流”，根據(jù)電容器和電感線圈的特 點(diǎn)，元件x是電感線圈，元件y是電容器，選項(xiàng)B正確.7 .如圖5所示，在電路兩端加上正弦交流電，保持電壓有效值不變，使 頻率增大 發(fā)現(xiàn)各燈的亮暗情況是：燈 Li變亮，燈L2變暗，燈L3不變，則 M、N、L中所接元件可能是（）A. M為電阻，N為電容器，L為電感線圈B. M為電感線圈。為電容器，L為電阻C. M為電容器，N為電感線圈，L為電阻D. M為電阻，N為電感線圈人為電容器答案 C解析8.如圖6甲