教科版高中物理選修3-2學(xué)案第2章4電容器在交流電路中的作用5電感器在交流電路中的作用

4．電容器在交流電路中的作用5．電感器在交流電路中的作用[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解電容器對交變電流的阻礙作用及其原因．(難點)2.了解電感器對交變電流的阻礙作用及其原因．(難點)3.知道感抗和容抗以及與哪些因素有關(guān)．(重點)4.了解電容器和電感器通交流電的特性．(重點)一、電容器在交流電路中的作用1．電容器對交流電的導(dǎo)通作用(1)實驗電路(如圖所示)(2)實驗現(xiàn)象：電路中串有電容器時，接通直流電源，燈泡不亮；接通交流電源時，燈泡亮．(3)實驗結(jié)論：交變電流能夠通過電容器，直流電不能通過電容器．(4)電容器導(dǎo)通交流電的實質(zhì)：電容器接入交變電路時，使電容器反復(fù)地充電和放電，使電路中形成交變電流．2．電容器對交流電的阻礙作用(1)容抗：電容器對交流電的阻礙作用稱為容抗．(2)容抗大小的影響因素：容抗的大小跟電容和交流電的頻率有關(guān)．電容越小、頻率越低，容抗越大，容抗大小的公式是XC＝eq\f(1,2πfC).(3)電容的作用：通交流，隔直流，通高頻，阻低頻．3．電容器在電子技術(shù)中的應(yīng)用(1)隔直電容：利用了電容器通交流、隔直流的性質(zhì)．只讓交流信號通過而直流成分不能通過．如圖甲所示．(2)旁路電容：利用了電容器對高頻電流阻礙小而對低頻電流阻礙作用大的特性．低頻信號不能通過而高頻干擾信號可以通過，如圖乙所示．甲乙二、電感器在交流電路中的作用1．電感器對交流電的阻礙作用(1)感抗：表示電感器對交流電阻礙作用的大?。?2)影響感抗大小的因素線圈的電感(即自感系數(shù)L)越大，交流電的頻率越高，對交流電的阻礙作用越大，即感抗越大．感抗大小的公式是XL＝2πfL.2．電感器在電子技術(shù)中的應(yīng)用(1)低頻扼流圈特點：電感較大、電阻較小，感抗較大．對低頻交流電產(chǎn)生較大的感抗．作用：可用來“通直流、阻交流”．(2)高頻扼流圈特點：匝數(shù)較少，自感系數(shù)較小，感抗較小，對高頻交流電產(chǎn)生較大的感抗．作用：可用來“通低頻、阻高頻”．1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)對于同一個電容器，容抗可以發(fā)生變化． (√)(2)在有電容器的交流電路中，沒有電荷通過電容器． (√)(3)電氣設(shè)備和電子儀器的金屬外殼都應(yīng)該接地． (√)(4)電感器的感抗只由線圈本身決定． (×)(5)電感器對直流電的阻礙作用也較大． (×)(6)電感器對直流沒有阻礙作用，對所有交流電的阻礙作用都一樣． (×)2．(多選)如圖所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在交變電源的兩端，當(dāng)交流電源的頻率增加時()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AD[由頻率增大可知，容抗減小，電流增大，燈泡兩端電壓增大，電壓表示數(shù)變小，燈泡功率增大而變亮，故A、D兩項正確．]3．交變電流通過一段長直導(dǎo)線時，電流為I，如果把這根長直導(dǎo)線繞成線圈，再接入原電路，通過線圈的電流為I′，則()A．I′＞IB．I′＜IC．I′＝I D．無法比較B[長直導(dǎo)線的自感系數(shù)很小，其對交變電流的阻礙作用可以看作是純電阻，流經(jīng)它的交變電流只受到導(dǎo)線電阻的阻礙作用．當(dāng)導(dǎo)線繞成線圈后，電阻值未變，但自感系數(shù)增大，對交變電流的阻礙作用不但有電阻，而且有線圈的阻礙作用(感抗)，阻礙作用增大，電流減小．]電容器對交變電流的阻礙作用1.對電容器容抗的理解(1)產(chǎn)生原因電容器的極板充電帶有電荷后，會產(chǎn)生阻礙電流的反向電壓，從而對繼續(xù)充電產(chǎn)生阻礙作用．(2)相關(guān)因素①電容：電容器的電容越大，充電過程中兩極板間電壓增長越慢，對繼續(xù)充電阻礙作用越小．②頻率：交流電頻率越高，電流方向變化越快，對繼續(xù)充電的阻礙作用越?。?．電容器在電子技術(shù)中的兩種應(yīng)用(1)隔直電容器：如圖所示，作用是“通交流、隔直流”，因為直流電不能通過電容器，交流電能“通過”電容器．起這樣作用的電容器電容要大些．(2)高頻旁路電容器：如圖所示，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，即電容器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．【例1】將一平行板電容器與燈泡串聯(lián)，接在交流電源上，如圖所示，燈泡正常發(fā)光，則()A．電容器對交變電流的阻礙作用僅與交流頻率有關(guān)，與電容的大小無關(guān)B．增大電容器兩極板間的距離，燈泡亮度不變C．增大電容器兩極板間的距離，燈泡一定變暗D．使交流頻率減小，燈泡變亮思路點撥：(1)容抗的大小與交流電的頻率和電容器的電容大小有關(guān)．(2)電源電壓一定時，容抗越大，燈泡越暗．C[影響容抗大小的因素有電容C和交流的頻率f，故A錯誤；將電容器的兩極板間距增大，電容器的電容變小，容抗變大，對電流的阻礙作用變大，電流變小，則燈泡變暗，故B錯誤，C正確；當(dāng)交流頻率減小時，容抗變大，則燈泡變暗，D錯誤．](1)電容器通交變電流的實質(zhì)是充放電．(2)決定容抗大小的因素：電容器電容的大小和電源的頻率．交變電流的頻率越高，容抗越??；交變電流的頻率越低，容抗越大．[跟進訓(xùn)練]訓(xùn)練角度1：電容器對交流電的導(dǎo)通作用1．(多選)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，其中輸入的交流高頻成分用“～～～”表示，交流低頻成分用“～”表示，直流成分用“－”表示．關(guān)于兩圖中負(fù)載電阻R上得到的電流特征是()甲乙A．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AC[當(dāng)交變電流加在電容器上時，電容器有“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；乙圖中交流高頻成分能通過電容器，電容器阻礙交流低頻成分，R得到的是低頻成分，C正確，D錯誤．]訓(xùn)練角度2：電容器對交流電的阻礙作用2.如圖所示的電路中，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220V B．大于220VC．小于220V D．等于零C[雖然交變電流能通過電容器，但也要受到阻礙作用，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．]電感器對交變電流的阻礙作用1.電感器由導(dǎo)線繞成的各種形狀的線圈，電感器用字母“L”及電路符號“”表示．2．電感對交變電流的阻礙作用的成因交變電流通過電感器時，由于電流時刻都在變化，所以自感現(xiàn)象就不斷地發(fā)生，而自感電動勢總是要阻礙電流的變化，故電感器表現(xiàn)出對交變電流的阻礙作用．3．扼流圈及其作用(1)低頻扼流圈，線圈繞在鐵芯上，匝數(shù)為幾千甚至超過一萬，自感系數(shù)較大，對低頻電流感抗也較大，所以有“通直流、阻交流”的作用．(2)高頻扼流圈，線圈繞在鐵氧體芯上，匝數(shù)有幾百或幾十，自感系數(shù)較小，只對高頻電流有較大的阻礙作用，對低頻電流和直流阻礙都很小，所以有“通直流、通低頻，阻高頻”的作用．【例2】(多選)在如圖所示的電路中，L為電感線圈，L1為燈泡，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無窮大，交流電源的電壓u＝220eq\r(2)sin100πtV．若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為60Hz，下列說法正確的有()A．電流表示數(shù)增大 B．電壓表示數(shù)增大C．燈泡變亮 D．燈泡變暗BD[由u＝220eq\r(2)sin100πtV，可知電源原來的頻率為f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz.當(dāng)電源頻率由原來的50Hz增為60Hz時，線圈的感抗增大，在電源電壓有效值不變的情況下，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D正確，C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UL，設(shè)燈泡兩端電壓為UL1，則電源電壓的有效值為U＝UL＋UL1.因UL1＝IR，故電流I減小時，UL1減小，因電源電壓有效值保持不變，故UL＝U－UL1增大，選項B正確．](1)電感器的感抗，是由于變化的電流在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢引起的，與制成線圈導(dǎo)體的電阻無關(guān)．(2)電感器的感抗不僅與線圈本身的自感系數(shù)有關(guān)，還與電流的頻率有關(guān)，電流的頻率越大感抗就越大．[跟進訓(xùn)練]訓(xùn)練角度1：對感抗的理解3．(多選)關(guān)于對感抗的理解，下面說法正確的有()A．感抗是由于電流變化時在線圈中產(chǎn)生了自感電動勢而對電流的變化產(chǎn)生的阻礙作用B．感抗僅與電源的頻率有關(guān)，與線圈自感系數(shù)無關(guān)C．電感產(chǎn)生的感抗對交變電流有阻礙作用，但不會因此消耗電能D．感抗和電阻等效，對任何交變電流都是一個確定值A(chǔ)C[感抗產(chǎn)生的機理就是通過電感的電流發(fā)生變化，電感中會產(chǎn)生自感電動勢阻礙原電流的變化，這種對變化電流的阻礙作用就是感抗．此過程中電感存儲的電能沒有消耗，交變電流頻率越大，自感電動勢越大，產(chǎn)生的阻礙作用越強；線圈自感系數(shù)越大，感抗越大，產(chǎn)生的自感電動勢也越大，阻礙作用也越大，所以只有A、C對．]訓(xùn)練角度2：電感線圈對交流電的阻礙作用4.(多選)如圖所示，是由交流電源供電的線路，如果交變電流的頻率增大，則()A．線圈L的自感系數(shù)增大B．線圈L的感抗增大C．電路中的電流增大D．燈泡變暗BD[自感系數(shù)由線圈本身決定，與交變電流頻率無關(guān)，A項錯誤；當(dāng)交變電流頻率增大時，線圈L的感抗增大，B項正確；感抗增大對交變電流的阻礙作用增大，使電路中電流減小，燈泡變暗，C項錯誤，D項正確．]電阻、感抗、容抗的比較電阻感抗容抗產(chǎn)生的原因定向移動的自由電荷與不動離子間的碰撞電感線圈的自感現(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、交流有相同的阻礙作用“阻交流、通直流”“阻高頻、通低頻”“隔直流、通交流”“阻低頻、通高頻”決定公式R＝ρeq\f(l,S)XL＝2πfLXC＝eq\f(1,2πfC)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)能電能和磁場能反復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場能反復(fù)轉(zhuǎn)化[特別提醒]雖然不要求應(yīng)用容抗、感抗的公式進行計算，但熟記感抗及容抗公式XL＝2πfL和XC＝eq\f(1,2πfC)可快速判定感抗、容抗大小變化．【例3】如圖所示，完全相同的三只燈泡a、b、c分別與電阻R、電感器L、電容器C串聯(lián)，然后并聯(lián)到220V、50Hz的交流電路中，三只燈泡的亮度恰好相同．若保持交變電壓的最大值不變，將交變電流的頻率增大到60Hz，則發(fā)生的現(xiàn)象是()A．三燈亮度不變B．三燈均變亮C．a(chǎn)不變、b變亮、c變暗D．a(chǎn)不變、b變暗、c變亮思路點撥：交變電流的頻率增大到60Hz，根據(jù)電阻、電感器、電容器對交變電流的阻礙作用的不同，來判斷通過三只燈泡的電流如何變化．D[根據(jù)電阻、感抗、容抗與交變電流頻率大小的關(guān)系，可按如下思維流程分析：(1)電阻對交流、直流有相同的阻礙作用，交流電頻率變化時，阻礙作用不變．(2)電容器通交流、隔直流，通高頻、阻低頻．(3)電感器通直流、阻交流，通低頻、阻高頻．(4)在分析電流變化時，把感抗、容抗類比于導(dǎo)體的電阻，再用歐姆定律分析．[跟進訓(xùn)練]5.(多選)如圖所示，三個燈泡相同，而且足夠耐壓，電源內(nèi)阻忽略．單刀雙擲開關(guān)S接A時，三個燈亮度相同，那么S接B時()A．三個燈亮度不再相同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AD[S接A時，為交流電源，此時R、L、C對交變電流的阻礙作用相同；S接B時，變?yōu)橹绷麟娫?，故三燈亮度不再相同，其中乙燈最亮，而丙燈不亮，故A、D正確．]1．兩個概念——感抗、容抗2．兩個規(guī)律——電容器對交流電的阻礙規(guī)律電感器對交流電的阻礙規(guī)律3．兩個應(yīng)用——電容器在電子技術(shù)中的應(yīng)用電感器在電子技術(shù)中的應(yīng)用1．(多選)如圖所示實驗電路中，若直流電壓和交變電壓的有效值相等，S為雙刀雙擲開關(guān)，下面敘述正確的是()A．當(dāng)S擲向a、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A(chǔ)C[電感線圈對直流無感抗，對交變電流有感抗，當(dāng)交流電頻率減小時，感抗變小，燈變亮，并且是有鐵芯時感抗更大，故鐵芯抽出時燈變亮．]2.如圖所示的電路，F(xiàn)為一交流發(fā)電機，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F的轉(zhuǎn)速增大B．使發(fā)電機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A[當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速增大時，交變電流的頻率增大，電容器容抗減小，電流表A的示數(shù)增大，A項正確，B項錯誤；在平行板電容器間換用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)時，電容器的電容減小，電容器兩極板間距離增大時電容也減小，當(dāng)電容減小時，容抗增大，對交變電流的阻礙作用增大，電流表A的示數(shù)減小，C、D項錯誤．]3．某電源輸出的電流中既有交流成分又有直流成分，如果需要在R上得到直流成分，應(yīng)在如圖所示電路中的A、B兩處連接合適的元件．合理的連接方式是()A．A、B處均接電感線圈B．A、B處均接電容器C．A處接電感線圈，B處接電容器D．A處接電容器，B處接電感線圈C[電感線圈能通直流，阻交流，電容器能使交流電通過，直流電不能通過；而題中需要