高中物理 第五章 交變電流 3 電感和電容對交變電流的影響課件 新人教選修32

2021/8/11星期三1自主學(xué)習(xí)·基礎(chǔ)知識3電感和電容對交變電流的影響[學(xué)習(xí)目標(biāo)]

1.電感和電容對交變電流的影響．(重點)

2.電感器和電容器的應(yīng)用．(重點)

3.電感和電容對交變電流阻礙作用的理解．(難點)

4.影響感抗和容抗大小的因素．(難點)合作探究·重難疑點解題技巧·素養(yǎng)培優(yōu)2021/8/11星期三22021/8/11星期三32．感抗(1)物理意義：表示電感器對__________阻礙作用的大小的物理量．(2)影響因素：線圈的___________越大，交流的_____越高，感抗越大．(3)應(yīng)用：扼流圈低頻扼流圈：可以用來“通_____，阻______”．高頻扼流圈：可以用來“通______，通______，阻_____”．交變電流自感系數(shù)頻率直流交流直流低頻高頻2021/8/11星期三4電感線圈對交變電流的阻礙作用為什么隨線圈的自感系數(shù)、交變電流的頻率的增大而增大呢？【提示】電感線圈的阻礙作用是由交變電流通過線圈時產(chǎn)生的自感電動勢引起的，自感系數(shù)越大時產(chǎn)生的自感電動勢也越大；交變電流的頻率越高，電流的變化率也越大，感應(yīng)電動勢也就越大，所以阻礙作用就越大，感抗也就越大．2021/8/11星期三51．電感對交變電流阻礙作用越大，感抗就越小．()2．交流電的頻率越高，電感對交流的阻礙作用越大．()3．電感線圈之所以對交變電流有阻礙作用，是由于自感電動勢總是阻礙電流的變化．()√√×2021/8/11星期三61．交變電流能通過電容器(1)實驗電路(如圖5-3-1)圖5-3-12021/8/11星期三7(2)實驗?zāi)康模毫私獠Ⅱ炞C電容器對交變電流的阻礙作用．(3)實驗方法：把白熾燈和電容器串聯(lián)起來，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．把電容器從電路中取下來，使燈泡直接與交流電源相連，再觀察燈泡的發(fā)光情況．2021/8/11星期三8(4)實驗現(xiàn)象接到______上的燈泡不亮，接到______上的燈泡亮．把電容器從電路中取下來，使燈泡直接與交流電源相連，燈泡要比接有電容器時___．(5)實驗結(jié)論①_________能夠“通過”電容器，_____不能通過電容器．②電容器對_________有______作用．直流交流亮交變電流直流交變電流阻礙2021/8/11星期三92．電容器對交變電流的阻礙作用(1)容抗：表示電容器對______阻礙作用的大小．(2)影響容抗大小的因素：電容器的電容______，交流的頻率_____，容抗越?。?3)電容器特點：“通交流、隔直流；通高頻、阻低頻”．交流越大越高2021/8/11星期三10感抗的實質(zhì)是由線圈的自感現(xiàn)象引起的，那么，電容器對交變電流阻礙作用的實質(zhì)是什么呢？【提示】當(dāng)交變電流“通過”電容器時，給電容器充電或放電，形成充電或放電電流，在形成電流的過程中，對自由電荷來說，當(dāng)電源的電壓推動它們向某一方向做定向移動時，電容器兩極板上積累的電荷卻反抗它們向這個方向做定向移動，也就是說在給電容器充電或放電過程中，在電容器兩極板形成跟原電壓相反的電壓，這就對電流產(chǎn)生了阻礙作用．2021/8/11星期三111．電容器在交變電路中，相當(dāng)于一個電阻，具有分壓作用．()2．電容器接到交流電源時，有自由電荷通過電容器．()3．電容器是通直流、阻交流，通高頻、阻低頻．()××√2021/8/11星期三12預(yù)習(xí)完成后，請把你認(rèn)為難以解決的問題記錄在下面的表格中問題1問題2問題3問題42021/8/11星期三13學(xué)生分組探究一電感器和電容器對交變電流的阻礙作用第1步探究——分層設(shè)問，破解疑難1．交流電路和直流電路中阻礙電流大小的因素分別有哪些？【提示】在直流電路中，受電阻的阻礙作用，在交流電路中除了電阻外，還受電感器和電容器對交變電流的阻礙作用．2021/8/11星期三142．交變電流的頻率越高，電感器、電容器、電阻對電流的阻礙作用會怎樣變化？【提示】交變電流的頻率越高，感抗越大，容抗越小，電阻值不變．2021/8/11星期三15第2步結(jié)論——自我總結(jié)，素能培養(yǎng)1．電阻、感抗、容抗的區(qū)別電阻感抗容抗產(chǎn)生的原因定向移動的自由電荷與不動的離子間的碰撞由于電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的變化電容器兩極板上積累的電荷對向這個方向定向移動的電荷的反抗作用在電路中的特點對直流、交流均有阻礙作用對交流有阻礙作用對直流的阻礙作用無限大，對交流的阻礙作用隨頻率的降低而增大2021/8/11星期三16決定因素由導(dǎo)體本身(長短、粗細(xì)、材料)決定，與溫度有關(guān)由線圈本身的自感系數(shù)和交流的頻率f決定由電容的大小和交流的頻率f決定電能的轉(zhuǎn)化與做功電流通過電阻做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電能和磁場能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場能往復(fù)轉(zhuǎn)化2021/8/11星期三172.交變電流能夠“通過”電容器的理解當(dāng)電容器接到交流電源上時，由于兩極板間的電壓變化，電壓升高時，形成充電電流，電壓降低時，形成放電電流，充、放電交替進(jìn)行，電路中就好像交變電流“通過”了電容器，實際上，自由電荷并沒有通過兩極板間的絕緣介質(zhì)．2021/8/11星期三18第3步例證——典例印證，思維深化

(多選)(2020·泰安高二檢測)在如圖5-3-2所示的電路中，L為電感線圈，R為燈泡的電阻，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無限大，交流電源的電壓U＝220sin100πt(V)．若保持電源電壓有效值不變，只將電源頻率改為100Hz，下列說法正確的是(

)2021/8/11星期三19A．電流表示數(shù)增大 B．電壓表示數(shù)增大C．燈泡變暗D．燈泡變亮【思路點撥】解答本題時應(yīng)把握以下兩點：(1)感抗與交變電流的頻率的關(guān)系．(2)串聯(lián)電路的電壓關(guān)系．2021/8/11星期三20在電壓不變的情況下，電路中的電流減小，選項A錯誤；燈泡的電阻R是一定的，電流減小時，實際消耗的電功率(P＝I2R)減小，燈泡變暗，選項C正確，D錯誤；2021/8/11星期三21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，由于因UR＝IR，由于電流I減小，故UR減小，因電源電壓有效值保持不變，故UL＝(U－UR)增大，選項B正確．【答案】

BC2021/8/11星期三22如圖5-3-3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(

)A．電容器電容增大B．電容器電容減小C．電燈變暗D．電燈變亮2021/8/11星期三23【思路點撥】

(1)電容器的容抗與交變電流的頻率有關(guān)．(2)頻率增大時，容抗減?。窘馕觥侩娙萜鞯碾娙菔怯呻娙萜鞅旧淼奶匦詻Q定的，與外加的交流電源的頻率無關(guān)，故選項A和B是錯誤的．當(dāng)交流電源的頻率增加時，電容器充、放電的速度加快，電容器的容抗減小，電流增大，電燈變亮．【答案】

D2021/8/11星期三24電容器、電感器、二極管的導(dǎo)電性能它們的導(dǎo)電特性不同，接不同的電源電壓，就會產(chǎn)生不同的現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)它們的特性和所加的電壓逐一判斷發(fā)生的現(xiàn)象．2021/8/11星期三25第4步巧練——精選習(xí)題，落實強(qiáng)化圖5-3-41．(2020·曲阜師大附中高二檢測)一個燈泡通過一個粗導(dǎo)線的線圈與一交流電源相連接，如圖5-3-4所示．一鐵棒插進(jìn)線圈之后，該燈將(

)A．變亮 B．變暗C．沒有影響 D．無法判斷2021/8/11星期三26【解析】在線圈內(nèi)由于磁場變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，總是反抗電流的變化．正是這種反抗變化的特性(電惰性)，使線圈產(chǎn)生了感抗．加入鐵芯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．故B正確．【答案】

B2021/8/11星期三272.圖5-3-5(2020·徐州一中高一檢測)如圖5-3-5所示的電路中，正弦式電流源電壓的有效值為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220V B．大于220VC．小于220V D．等于零2021/8/11星期三28【解析】雖然交變電流能通過電容器，但也受到阻礙作用，電容器與電阻串聯(lián)，根據(jù)分壓原理可知電阻兩端的電壓小于電源電壓，電壓表測的是電阻兩端的電壓，C正確．【答案】

C2021/8/11星期三29學(xué)生分組探究二電感器、電容器在交變電路中的應(yīng)用第1步探究——分層設(shè)問，破解疑難1．使用220V交流電源的電氣設(shè)備和電子儀器，金屬外殼和電源之間都有良好的絕緣，但是有時用手觸摸外殼時會有“麻手”的感覺，用試電筆測試時氖管也會發(fā)光，這是為什么呢？采用什么措施可解決這一問題？2021/8/11星期三30【提示】與電源連接的機(jī)芯和金屬外殼構(gòu)成一個電容器，交變電流能夠通過這個電容器，也就是說機(jī)芯、外殼間始終在進(jìn)行著充放電，所以能感覺到“漏電”．解決方案就是金屬外殼接地，其實現(xiàn)在生產(chǎn)的電氣設(shè)備都增加了接地線．2021/8/11星期三312．試分析電容器的電容C與容抗的定性關(guān)系，若要通高頻阻低頻，應(yīng)選用電容C大些的還是小些的電容器？【提示】電容器的電容C越大，充放電顯示的容抗越小，若要通高頻阻低頻，則電容器的容抗在低頻時應(yīng)表現(xiàn)很大，應(yīng)選用電容C較小的電容器．2021/8/11星期三32第2步結(jié)論——自我總結(jié)，素能培養(yǎng)1．電感器的作用

(1)低頻扼流圈：可起到“通直流、阻交流”的作用．

(2)高頻扼流圈：可起到“通直流、通低頻，阻高頻”的作用．2021/8/11星期三332．電容器的作用圖5-3-6(1)隔直電容器，如圖5-3-6所示．作用是“通交流、隔直流”，因為直流不能通過電容器，交流能“通過”電容器．起這樣作用的電容器電容要大些．2021/8/11星期三34圖5-3-7(2)高頻旁路電容器，如圖5-3-7所示，作用是“通高頻、阻低頻”，因為對不同頻率的交流電，頻率越高，容抗越小，頻率越低，容抗越大，即電容對低頻交變電流阻礙作用大，對高頻交變電流阻礙作用小，起這樣作用的電容器電容要小些．2021/8/11星期三353．電感器和電容器的組合作用圖5-3-8(1)如果將電容器與負(fù)載并聯(lián)，然后與電感線圈串聯(lián)，就能更好地起到濾掉電流中交流成分或高頻成分的作用，如圖5-3-8所示．2021/8/11星期三36圖5-3-9(2)如果將電感線圈與負(fù)載并聯(lián)，然后與電容器串聯(lián)，就能更好地起到濾掉電流中直流成分或低頻成分的作用，如圖5-3-9所示．2021/8/11星期三37第3步例證——典例印證，思維深化圖5-3-10

(2020·廣東中山中學(xué)期中)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5-3-10所示的裝置電路，其中代號a、b應(yīng)選擇的元件是(

)2021/8/11星期三38A．a(chǎn)是電容較大的電容器，b是低頻扼流圈B．a(chǎn)是電容較大的電容器，b是高頻扼流圈C．a(chǎn)是電容較小的電容器，b是低頻扼流圈D．a(chǎn)是電容較小的電容器，b是高頻扼流圈【思路點撥】搞清a、b處元件應(yīng)起的作用，是正確選擇元件的關(guān)鍵．2021/8/11星期三39【解析】電容器具有“通高頻、阻低頻”作用，這樣的電容器電容應(yīng)較小，故a處是電容較小的電容器．電感線圈在該電路中要求做到“通低頻、阻高頻”，所以b處應(yīng)接一個高頻扼流線圈．【答案】

D2021/8/11星期三40第4步巧練——精選習(xí)題，落實強(qiáng)化圖5-3-11如圖5-3-11所示的電路中，當(dāng)在a、b兩端加上直流電壓時，L1正常發(fā)光，L2不亮；當(dāng)在a、b兩端加上同樣的交變電壓時，L1發(fā)光亮度變暗，L2正常發(fā)光，則A、B分別為________和________．2021/8/11星期三41【解析】本題考查電感器、電容器對交變電流的作用的逆向推導(dǎo)．在a、b兩端加上直流電壓時，L2不亮，說明B中元件不讓直流通過，故B中元件應(yīng)為電容器；在a、b兩端加上直流電壓時，L1正常發(fā)光，當(dāng)在a、b兩端加上同樣的交流電壓時，L1發(fā)光亮度變暗，說明A中元件對交變電流的阻礙作用大于對直流的阻礙作用，所以應(yīng)為電感線圈．【答案】電感線圈電容器2021/8/11星期三42電感器和電容器的組合電路問題1．電感器、電容器接到交流電源上時，電能與磁場能或電場能往復(fù)轉(zhuǎn)化，所以電感器、電容器上不會消耗電能，而電流通過電阻時，必然會產(chǎn)生焦耳熱，使部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，從而造成電能的損耗．2021/8/11星期三432．在直流電路中，電流的大小由電壓和電阻決定，而在交流電路中，決定電流大小的除了電壓和電阻，還與電感器和電容器對交變電流的阻礙作用有關(guān)，電路中的電感器和電容器兩端均有電壓，在交流的頻率不變時，純電感器電路和純電容器電路中，電流大小跟電壓成正比．2021/8/11星期三44在頻率為f的交變電流電路中，如圖5-3-12所示，當(dāng)開關(guān)S依次分別接通R、C、L支路，這時通過各支路的電流有效值相等．若將交變電流的頻率提高到2f，維持其他條件不變，則下列幾種情況不可能的是(

)A．通過R的電流有效值不變B．通過C的電流