2017-2018學(xué)年高中物理第二章交變電流4-5電容器、電感器在交流電路中的作用學(xué)案教科

1、4-5 電容器、電感器在 交流電路中的作用目標(biāo)定位1.通過實(shí)驗(yàn)了解電容、電感對交變電流的阻礙，能夠分析簡單電路中的電容、電感的作用 2 知道感抗、容抗，了解感抗、容抗與哪些因素有關(guān)一、電容器在交流電路中的作用知識梳理-1.電容器對交流電的導(dǎo)通作用(1)實(shí)驗(yàn)電路(如圖 1):圖 1(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：電路中串有電容器時，接通直流電源，燈泡不亮；接通交流電源，燈泡亮實(shí)驗(yàn)結(jié)論：交變電流能夠通過電容器，直流不能通過電容器2.電容器對交流電的阻礙作用的信號的信號圖 2(1)容抗定義：電容器對交變電流阻礙作用的大小影響因素：電容器的電容越大，這流的頻率越高，容抗越小2應(yīng)用隔直電容：如圖 2,直流不能通過電容器

2、C,只能經(jīng)電阻R形成回路旁路電容：如圖 3，C的電容較小，低頻信號不能通過，但高頻干擾信號可以通過【深度思考】(1)交變電流為什么能“通過”電容器?(2)電容器為什么會對交變電流有阻礙作用?電流，好像是交變電流“通過”了電容器，但實(shí)際自由電荷并沒有通過電容器兩極板間的絕(2)對于在導(dǎo)線中形成電流的自由電子來說，當(dāng)電源的電動勢推動它們向某一方向做定向運(yùn)動 時，電容器兩極板上積聚的電荷就阻礙它們向這個方向運(yùn)動，這就產(chǎn)生了電容器對交變電流 的阻礙作用.典例精析-【例 1】如圖 4 所示，電路由交流電源供電，最大電壓保持不變，如果交變電流的頻率升高 則下列說法中正確的是()A. 電容器上的電荷量最大值

3、增大B. 電容器的容抗增大C. 電路中燈泡的亮度變亮D. 電路中燈泡的亮度變暗解析 當(dāng)交變電流的頻率升高時，電容器的容抗減小，燈泡的亮度變亮，燈泡兩端的電壓變 大，故選項(xiàng) C正確，選項(xiàng) B、D 錯誤；由Q= CU可知，選項(xiàng) A 錯誤.曲纏輸出后級輸人的信號答案(1)把交流電源接到電容器兩個極板,電容器交替進(jìn)行充電和放電， 于是電路中就有了圖 63答案 C交變電流不同于直流， 交變電流能“通過”電容器， 所以燈泡會亮.交變電流的頻率改變， 電 容器的容抗改變，電容器兩端的電壓變化，燈泡兩端的電壓也隨著變化.例 2 如圖 5 甲、乙兩圖是電子技術(shù)中的常用電路，a、b是各部分電路的輸入端，其中輸入的

4、交流高頻成分用“- ”表示，交流低頻成分用“”表示，直流成分用“一”表示關(guān)于兩圖中負(fù)載電阻R上得到的電流特征是（）屮乙圖 5A. 圖甲中R得到的是交流成分B. 圖甲中R得到的是直流成分C. 圖乙中R得到的是低頻成分D. 圖乙中R得到的是高頻成分解析 當(dāng)交變電流加在電容器上時，有“通交流，隔直流，通高頻、阻低頻”的特性，甲圖中電容器隔直流，R得到的是交流成分，A 正確，B 錯誤；乙圖中電容器能通過交流高頻成分, 阻礙交流低頻成分，R得到的是低頻成分， C 正確，D 錯誤.答案 AC廠I總結(jié)提升I-1電容器對交流電的阻礙作用概括為“通交流、隔直流；通高頻，阻低頻”二、電感器在交流電路中的作用知識梳

5、理-1.實(shí)驗(yàn)探究：（如圖 6 所示）該實(shí)驗(yàn)中直流電源的電壓與交流電電壓的有效值相等 _L4(1) 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：接通直流電源時，燈泡亮些;接通交流電源時，燈泡暗些(填“亮些”或“暗 些”)(2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電感線圈對交變電流有阻礙作用.2.感抗：(1)定義：電感器對交變電流阻礙作用的大小影響因素：線圈的自感系數(shù)越大，吏流的頻率越高，感抗越大感抗的應(yīng)用、類型 區(qū)另別、低頻扼流圈高頻扼流圈自感系數(shù)較大較小感抗大小較大較小作用通直流、阻交流通直流、通低頻、阻高頻【深度思考】電感器為什么對交變電流有阻礙作用？答案 電感器的阻礙作用是由交變電流通過線圈時的自感電動勢引起的，自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，

6、自感電動勢越大，對電流的阻礙作用越大典例精析-【例 3 在如圖 7 所示的電路中，L為電感線圈，D 為燈泡，電流表的內(nèi)阻為 0，電壓表的內(nèi)阻無限大，交流電源的電壓為u= 220 2sin (100nt)V.若保持電壓的有效值不變，只將電源的頻率改為 100Hz,下列說法中正確的是()D圖 7A. 電流表的示數(shù)增大B. 電壓表的示數(shù)增大C. 燈泡變暗D. 燈泡變亮解析 由u= 220 2sin (100nt) V,可得電源原來的頻率為f=畀=耳丄 Hz= 50Hz,當(dāng)電2n2n源的頻率由原來的 50Hz 增大為 100Hz 時，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 錯誤

7、.燈泡 D 的電阻是一定的，電流減小時，燈泡D 實(shí)際消耗的電功率P=I2R減小，燈泡 D 變暗，選項(xiàng) C 正確，選項(xiàng) D 錯誤.電壓表與電感線圈并聯(lián)，其示數(shù)為線圈兩 端的電壓U;5設(shè)燈泡 D 兩端的電壓為UD,則電源電壓的有效值為U=UL+UD,因UD=IR，故電 流I減小時，UD減小，因電源電壓的有效值保持不變，故U=U- UD增大，選項(xiàng) B 正確.答案 BC廠I總結(jié)提升I-1線圈對交變電流感抗的大小不僅與線圈自身（自感系數(shù)）有關(guān)，還與交變電流的頻率有關(guān).交流電的頻率越大，感抗越大.三、電阻、感抗、容抗的作用及區(qū)別知識梳理-1. 容抗的大小除了與電容自身的性質(zhì)有關(guān)外，還與交變電流的頻率有關(guān).

8、若用XC表示容抗，小1貝yXc= 2fc.2nfC2. 感抗的大小除了與電感線圈自身的性質(zhì)有關(guān)外，還與交變電流的頻率有關(guān)，若用XL表示感抗，貝UXL= 2nfL.3. 電阻無論對直流還是交流，阻礙作用相同，只取決于電阻本身典例精析-【例 4 如圖 8 所示，當(dāng)交流電源電壓恒為220V,頻率為 50Hz 時，三只燈泡A B D的亮度相同，若將交流電的頻率改為100Hz,則（）圖 8A.A燈最暗B.B燈最暗C.D燈最暗D. 三只燈泡的亮度依然相同解析 當(dāng)交變電流的頻率增大時，線圈的感抗變大，電容器的容抗變小，所以A燈變暗，B燈變亮，D燈亮度不變，故 A 正確.6答案 A廠I總結(jié)提升I-電感器、電容

9、器對交變電流的阻礙作用與交變電流的頻率有關(guān)，而電阻對交變電流的阻礙作用和交變電流的頻率無關(guān)I_ ）對點(diǎn)檢測自查自糾1 .（容抗及其應(yīng)用）在如圖 9 所示電路中，交變電源是有效值為220 V 的電源，C是電容器,R是電阻，關(guān)于交流電壓表的示數(shù)，下列說法中正確的是（）解析 雖然交變電流能通過電容器，但對交流有阻礙作用，電容器的容抗與電阻串聯(lián)，根據(jù) 串聯(lián)分壓原理可知電阻兩端電壓應(yīng)小于電源電壓，而電壓表測的是電阻兩端的電壓，故選項(xiàng) C 正確.2.（感抗及其應(yīng)用）（多選）如圖 10 所示的實(shí)驗(yàn)電路中，若交流電壓的有效值與直流電壓相等,S 為雙刀雙擲開關(guān)，下列敘述中正確的是（）圖 10A. 當(dāng) S 擲向a

10、、b時燈較亮，擲向c、d時燈較暗B. 當(dāng) S 擲向a、b時燈較暗，擲向c、d時燈較亮C. S 擲向c、d,把電感線圈中的鐵芯抽出來時燈變亮D. S 擲向c、d,電源電壓不變，而使頻率減小時燈變暗 答案 ACA.等于220 VC.小于 220 V答案 C圖 9B.大于 220 VD.等于零7解析 線圈對恒定電流無感抗，對交變電流有感抗，并且有鐵芯時感抗變大故選項(xiàng) A、C 正8確3.（感抗、容抗的區(qū)別）在收音機(jī)線路中，經(jīng)天線接收下來的電信號既有高頻成分又有低頻成 分，經(jīng)放大后送給下一級，需要把低頻成分和高頻成分分開，只讓低頻成分輸入給下一級， 我們采用了如圖 11 所示的裝置電路，其中代號a、b應(yīng)

11、選擇的元件是（）A.I1=I2=|3C.I2|1|3答案 C解析 在交流電路中，當(dāng)頻率減小時，電阻對交流的阻礙作用不變，電感線圈對交流的阻礙 作用（感抗）減小，電容器對交流的阻礙作用（容抗）增大.電流與電壓、電阻（感抗、容抗）的關(guān) 系符合歐姆定律.所以R支路電流|1不變，L支路電流|2增大，C支路電流13減小，選項(xiàng) C 正確.題組訓(xùn)練解疑糾偏A.a是電容較大的電容器,B.a是電容較大的電容器,C.a是電容較小的電容器,D.a是電容較小的電容器，答案 Db是低頻扼流圈b是高頻扼流圈b是低頻扼流圈b是高頻扼流圈解析a應(yīng)該將高頻成分旁路掉， 所以應(yīng)該用電容較小的電容器;以應(yīng)該用高頻扼流圈.故選項(xiàng) D

12、 正確.b應(yīng)該讓低頻成分通過，所4.（電阻、感抗、容抗的區(qū)別）如圖 12 所示，把電阻R、電感線圈L、電容器C并聯(lián)到一交流 電源上，三個電流表的示數(shù)相同.若保持電源電壓大小不變， 而將頻率降低，則三個電流表的示數(shù)|1、|2、|3的關(guān)系是（B.|1|2|3D.|3|1|2圖 11圖 129題組一容抗及其應(yīng)用1. （多選）對電容器能通交變電流的原因，下列說法正確的是（）A. 當(dāng)電容器接到交流電源上時，因?yàn)橛凶杂呻姾赏ㄟ^電容器，電路中才有交變電流B. 當(dāng)電容器接到交流電源上時，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中才有交變電流C. 在有電容器的交流電路中，沒有電荷定向移動D. 在有電容器的交流電路中，沒有

13、電荷通過電容器答案 BD解析 電容器實(shí)質(zhì)上是通過反復(fù)充、放電來實(shí)現(xiàn)通電的，并無電荷通過電容器2. 如圖 1 所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在交流電源的兩端，當(dāng)交流電的頻率增加時（）A. 電容器電容增加B. 電容器電容減小C. 燈變暗D. 燈變亮答案 D解析 由2可知，C與f無關(guān)，故C不變，A B錯誤.交變電流的頻率增加，容抗變 小，電流變大，故 D 正確.3.（多選）如圖 2 所示為某電器中電路的一部分， 當(dāng)輸入有直流成分、 交流低頻成分和交流高 頻成分的電流后，在其輸出端得到可調(diào)大小的交流低頻成分，那么有關(guān)各元器件作用的說法，正確的是（）A. C為高頻旁路電容器，交流高頻成分被該電容器大量分流

14、B. R為滑動變阻器，它的滑片上下移動可以改變輸出端電壓的大小C.C2為隔直電容器，交流低頻成分通過該電容器輸出D. C的電容較大，C2的電容較小答案 ABC解析 據(jù)題意，欲得到交流低頻，則高頻交流應(yīng)通過Ci濾掉，直流自然不能通過C2到達(dá)輸出 端，因此C的作用是高頻旁路，其電容應(yīng)較??；R是起調(diào)節(jié)輸出電壓的作用；C2的作用是隔4nkd圖 510直流，通低頻交流，因此其電容較大.題組二感抗及其應(yīng)用4.如圖 3 所示的電路中，正弦交流電源電壓的有效值為220V,則關(guān)于交流電壓表的示數(shù)，以下說法中正確的是（）A. 等于 220VB. 大于 220VC. 小于 220VD. 等于零答案 C解析 電感線圈

15、對交變電流產(chǎn)生感抗，具有“通直流、阻交流，通低頻、阻高頻”的作用,故 C 正確5. 一個燈泡通過一個線圈與一交流電源相連接，A.變亮C.沒有影響答案 B解析 插入鐵塊改變了電感的自感系數(shù)，自感系數(shù)增大，感抗增大，降落的電壓增大，燈泡上的電壓減小，所以燈變暗6如圖 5 所示，兩個同學(xué)利用圖示裝置做實(shí)驗(yàn)，第一位同學(xué)使ab在導(dǎo)軌上勻速運(yùn)動，第二位同學(xué)使ab在導(dǎo)軌上做變速運(yùn)動，但兩位同學(xué)對ab桿做的功一樣多.第一位同學(xué)的方法小燈泡消耗的電能為W,第二位同學(xué)的方法小燈泡消耗的電能為W,它們相比較（）圖 3D.無法判斷1112A.W=WC.WWW答案 B解析ab棒勻速運(yùn)動時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是恒定的，感應(yīng)

16、電流也是恒定的，因此在線圈上不會產(chǎn)生感抗，所以通過小燈泡的電流大，消耗的電能多；當(dāng)ab變速運(yùn)動時，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是變化的，感應(yīng)電流也是變化的，在線圈上產(chǎn)生感抗，使通過小燈泡的電流減小，因此 消耗的電能少，故選項(xiàng) B 正確.題組三 電阻、感抗和容抗的區(qū)別7.電源的電壓與交流電壓的有效值相同， 自感線圈的直流電阻不計， 則燈泡發(fā)光最亮的圖是答案 D解析 電容C電感L都對交變電流有阻礙作用，故A B兩圖中燈不是最亮的； C 圖中燈被 短路，燈泡不亮；D 圖中電容C有隔直流作用，所以 D 中燈泡最亮.8.（多選）如圖 6 所示的電路中, 下敘述中正確的是（）if/YYYcRc電源圖 6A. 改接 2

17、20V、100Hz 的交流電源時，A 燈變亮，B 燈變暗，C 燈亮度不變B. 改接 220V、100Hz 的交流電源時，A 燈變暗，B 燈變亮，C 燈變亮C. 改接 220V 的直流電源時，A 燈熄滅，B 燈變亮，C 燈亮度不變D. 改接 220V 的直流電源時，A 燈熄滅，B 燈變亮，C 燈變暗B.WWD.不能比較A、B C 三燈亮度相同，電源為 220V、50Hz 的交流電源，以LBLO13答案 AC解析 增加交流電源的頻率時，感抗增大，容抗減小，電阻的阻值不變故 A 燈變亮，B 燈變14暗，C 燈不變，故 A 正確，B 錯誤；改為直流電源時，電容斷路，A 燈熄滅，電感L無感抗,B 燈更亮

18、，電阻R阻值不變，C 燈亮度不變9.如圖 7 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，無論電源 的正極與哪一個接線柱相連，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，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（ ）答案 B解析 由a、b接直流時的現(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)可 判斷，元件x是電感線圈，元件y是電容器，選項(xiàng) B 正確10.（多選）某一電學(xué)黑箱內(nèi)可能有電容器、電感線圈、定值電阻等元件，在接線柱間以如圖8所示的“Z”字形連接（兩接線柱間只有一個元件）.為了確定各元件種類，小華同學(xué)把 DIS 計算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的電流傳感器（相當(dāng)于電流表）與一直流電源