高中物理第5章交變電流3電感和電容對(duì)交變電流的影響講義新人教版選修

成才之路·物理路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索人教版·選修3-2交變電流第五章第三節(jié)電感和電容對(duì)交變電流的影響第五章學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1課堂情景切入2知識(shí)自主梳理3重點(diǎn)難點(diǎn)突破4考點(diǎn)題型設(shè)計(jì)5課時(shí)作業(yè)8易錯(cuò)案例剖析6課堂知識(shí)構(gòu)建7學(xué)習(xí)目標(biāo)定位※了解電感和電容對(duì)交變電流的影響※了解感抗與哪些因素有關(guān)※知道交流電能“通過(guò)”電容器※了解容抗與哪些因素有關(guān)課堂情景切入在現(xiàn)代無(wú)線電儀器中，電容器、電感器都有廣泛的應(yīng)用，如下圖是半導(dǎo)體收音機(jī)電路板上的電子元件，其中電容器、電感器十分醒目。在交流電路中，它們對(duì)交變電流的作用是怎樣的呢？知識(shí)自主梳理1．感抗實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)電路電感對(duì)交變電流的阻礙作用

(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：取直流電源的電壓與交流電源電壓的有效值相等，接通______電源時(shí)，燈泡亮些；接通______電源時(shí)，燈泡暗些。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，電感線圈對(duì)______電流有阻礙作用。2．感抗(1)物理意義：表示電感對(duì)___________阻礙作用的大小。(2)影響感抗大小的因素：線圈的___________越大，交流的______越高，感抗越大。直流交流交變交變電流自感系數(shù)頻率3．感抗的應(yīng)用類型區(qū)別低頻扼流圈高頻扼流圈自感系數(shù)較大______感抗大小較大______作用通______、阻______通______、通直流，阻______較小較小直流交流低頻高頻電容器對(duì)交變電流的阻礙作用

1．交變電流能夠通過(guò)電容器(1)實(shí)驗(yàn)電路(如圖)(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：電路中串有電容器時(shí)，接通______電源，燈泡不亮；接通______電源，燈泡亮。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論______電流能夠通過(guò)電容器，______不能通過(guò)電容器。直流交流直流交變2．電容器對(duì)交變電流的作用(1)容抗：表示電容對(duì)____________阻礙作用的大小。(2)影響容抗大小的因素：電容器的電容______，交變電流的頻率______，容抗越小。(3)應(yīng)用：電容器具有“隔______，通______”的作用。交變電流越大越高直流交流重點(diǎn)難點(diǎn)突破一、電感對(duì)交變電流的阻礙作用的成因分析1．電感對(duì)交變電流的阻礙作用的成因通過(guò)線圈的電流大小和方向變化，都會(huì)引起通過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象就是自感現(xiàn)象。根據(jù)楞次定律，自感電動(dòng)勢(shì)所引起的感應(yīng)電流總是要使它產(chǎn)生的磁場(chǎng)阻礙線圈內(nèi)原有磁場(chǎng)的變化，所以自感電動(dòng)勢(shì)對(duì)線圈中電流的變化有阻礙作用，這樣就形成了對(duì)交變電流的阻礙作用，電感對(duì)交變電流阻礙作用的大小就稱為感抗。2．感抗的兩個(gè)決定因素決定感抗大小的因素有兩個(gè)：一是交變電流的頻率，二是自感系數(shù)L。L決定于線圈本身的性質(zhì)，即線圈匝數(shù)、橫截面積、有無(wú)鐵芯等因素。3．電感線圈在電路中的作用(1)通直流、阻交流。這是對(duì)兩種不同類型的電流而言的，因?yàn)楹愣娏鞑蛔兓?，不能引起自感現(xiàn)象，所以對(duì)恒定電流沒(méi)有阻礙作用。交變電流時(shí)刻改變，必有自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生以阻礙電流的變化，所以對(duì)交流有阻礙作用。(2)通低頻、阻高頻。這是對(duì)不同頻率的交變電流而言的因?yàn)榻蛔冸娏鞯念l率越高，電流變化越快，感抗也就越大，對(duì)電流的阻礙作用越大。(3)扼流圈：利用電感阻礙交變電流的作用制成的電感線圈。低頻扼流圈：線圈繞在鐵芯上，匝數(shù)多，自感系數(shù)大，銅線繞制電阻較小，具有“通直流、阻交流”的作用。高頻扼流圈：線圈有的繞在鐵氧體芯上，有的是空心的，匝數(shù)少，自感系數(shù)小具有“通直流、通低頻、阻高頻”的作用。A．變亮B．變暗C．對(duì)燈沒(méi)影響D．無(wú)法判斷答案：B解析：在線圈內(nèi)由磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，總是反抗電流變化的，正是這種反抗變化的特性(電惰性)，使線圈產(chǎn)生了感抗。加入鐵芯改變了線圈的自感系數(shù)，自感系數(shù)增大，感抗增大，故答案為B。二、電容對(duì)交變電流的阻礙作用的成因分析1．交變電流“通過(guò)”電容器電容器兩極板間是絕緣材料，當(dāng)電容器接到交流電源上時(shí)，自由電荷不會(huì)通過(guò)兩板間的絕緣電介質(zhì)，只不過(guò)在交變電壓的作用下，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有電流了，表現(xiàn)為交變電流“通過(guò)”了電容器。2．電容器對(duì)交變電流有阻礙作用的原因我們知道，恒定電流不能通過(guò)電容器，原因是電容器的兩個(gè)極板被絕緣介質(zhì)隔開(kāi)了。當(dāng)接到交流電源上時(shí)，電源使導(dǎo)線中的自由電荷向某一方向定向移動(dòng)，對(duì)電容器進(jìn)行“充、放電”，電容器兩極板在此過(guò)程中由于電荷積累(或減少)而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而反抗電荷繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，就形成了電容器對(duì)交變電流的阻礙作用。3．決定容抗的兩個(gè)因素交流電的頻率和電容器的電容4．電容器在電路中的作用(1)通交流、隔直流。用來(lái)“通交流、隔直流”的電容器叫耦合電容器。其電容一般較大，常串接在兩級(jí)電路之間，以使電流中的交流成分通過(guò)，如圖所示。(2)通高頻，阻低頻。在電子技術(shù)中，從某一裝置輸出的交流常常既有高頻成分，又有低頻成分。若在下一級(jí)電路的輸入端并聯(lián)一個(gè)電容器，就可只把低頻成分的交流信號(hào)輸送到下一級(jí)裝置。具有這種“通高頻、阻低頻”用途的電容器叫高頻旁路電容器，如圖所示。A．電容器電容增加B．電容器電容減小C．電燈變暗D．電燈變亮答案：AD解析：將介質(zhì)板插入電容器中，平行板電容器的電容增大，容抗減小，對(duì)交變電流的阻礙作用減小，所以燈泡將變亮，故A、D正確。三、電阻、感抗、容抗的比較電阻感抗容抗產(chǎn)生的原因定向移動(dòng)的自由電荷與不動(dòng)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(duì)這個(gè)方向定向移動(dòng)的電荷的反抗作用在電路中的特點(diǎn)對(duì)直流、交流均有阻礙作用只對(duì)變化的電流(如交流)有阻礙作用不能通直流，只能通變化的電流決定因素由導(dǎo)體本身(長(zhǎng)短、粗細(xì)、材料)決定，與溫度有關(guān)由線圈的自感系數(shù)和交流的頻率決定(成正比)由電容的大小和交流的頻率決定(成反比)電能的轉(zhuǎn)化與做功電流通過(guò)電阻做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電能和磁場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化特別提醒：電感、電容接到交流電源上時(shí)，電能與磁場(chǎng)能或電能與電場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化，所以電感、電容上不會(huì)消耗電能，而電流通過(guò)電阻時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，從而造成電能的損耗。A．三個(gè)燈亮度相同B．甲燈最亮，丙燈不亮C．甲燈和乙燈亮度相同，丙燈不亮D．只有丙燈不亮，乙燈最亮答案：D解析：開(kāi)關(guān)S接A時(shí)，甲、乙、丙三條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)，電容器C“隔直流、通交流”；電感線圈L“阻交流、通直流”；電阻R對(duì)交流和直流有相同的阻礙作用?？膳袛啻藭r(shí)電路中I丙＝0，I甲不變，I乙增大；又因?yàn)闊襞萘炼扰c電功率(P＝I2R)成正比，所以只有丙燈不亮，乙燈最亮。考點(diǎn)題型設(shè)計(jì)A．電流表示數(shù)增大B．電壓表示數(shù)增大C．燈泡變暗D．燈泡變亮電感對(duì)交變電流的阻礙作用當(dāng)電源頻率由原來(lái)的50Hz增為100Hz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。因電源電壓有效值保持不變。故UL＝U－UR，UL增大，選項(xiàng)B正確。答案：BC點(diǎn)評(píng)：①電感在交流電路中有類似于直流電路中的“電阻”的作用，這種阻礙作用不是保持不變的，它的大小與交流電的頻率有關(guān)，頻率變化，阻礙作用相應(yīng)變化，做題時(shí)應(yīng)注意。②直流電路中的有關(guān)公式、規(guī)律在交流電路中同樣適用。A．直流成分只能從L通過(guò)B．交流成分只能從R通過(guò)C．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的直流成分必定要大答案：CD解析：由于線圈直流電阻不為零，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)閷?dǎo)線的直流電阻很小，所以通過(guò)線圈的直流要比通過(guò)R的大，D正確。電容對(duì)交變電流的阻礙作用

①圖甲中R得到的是交流成分②圖甲中R得到的是直流成分③圖乙中R得到的是低頻成分④圖乙中R得到的是高頻成分A．①④

B．①③

C．②③

D．②④解析：甲圖中輸入的是直流和低頻交流電。直流電不能通過(guò)電容器，R上得到的是交流成分；乙圖中輸入的是低、高頻交流電，電容器一定時(shí)，對(duì)高頻交流電阻礙作用小，因此高頻交流電更容易通過(guò)電容器，R上得到的是低頻成分，所以選項(xiàng)B正確。答案：BA．等于220V

B．大于220VC．小于220V D．等于零答案：C解析：雖然交變電流能通過(guò)電容器，但對(duì)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(cè)的是電阻兩端的電壓，故選項(xiàng)C正確。開(kāi)放·探究

解析：由圖可知，在“日”字形的軟鐵芯上，繞了數(shù)百匝線圈，每隔數(shù)十匝就將抽頭接到2至5各端鈕上。線圈與電風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，由于感抗它將分掉電源加在電風(fēng)扇上的部分電壓，使電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低。圖中端鈕0是斷路；端鈕1不經(jīng)線圈直接通電，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速最高；端鈕5經(jīng)過(guò)的線圈匝數(shù)最多，故轉(zhuǎn)速最低。解析：使用交變電流的電器設(shè)備和電子儀器，與電源相連的機(jī)芯和金屬外殼可以看做電容器的兩個(gè)極板，電源中的交變電流能夠“通過(guò)”這個(gè)“電容器”，將“漏電”導(dǎo)入大地，為了確保安全，電器設(shè)備和電子儀器的金屬外殼都應(yīng)該接地。易錯(cuò)案例剖析易錯(cuò)點(diǎn)：對(duì)電感器和電容器的導(dǎo)電特性不明確A．電阻對(duì)直流電和交流電的阻礙作用相同B．電感對(duì)直流電和交流電均有阻礙作用C．電容器兩極板間是絕緣的，故電容支路上沒(méi)有電流通過(guò)D．交變電流的頻率增加時(shí)，電阻、電感、電容的變化情況相同易錯(cuò)分析：本題易錯(cuò)選項(xiàng)及錯(cuò)誤原因分析如下：易錯(cuò)選項(xiàng)錯(cuò)誤原因B不理解電感對(duì)交變電流的阻礙作用是由于變化的電流在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)引起的，而恒定電流在線圈中的磁場(chǎng)不變，故不能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因而沒(méi)有阻礙作用C不理解電容器通過(guò)充放電