2024-2025學(xué)年高中物理第5章交變電流3電感和電容對(duì)交變電流的影響學(xué)案新人教版選修3-2

PAGE8-3電感和電容對(duì)交變電流的影響[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.[物理觀念]知道電感和電容對(duì)交變電流的影響．(重點(diǎn))2.[科學(xué)看法與責(zé)任]了解電感器和電容器的應(yīng)用．(重點(diǎn))．3.[物理觀念]理解電感和電容對(duì)交變電流阻礙作用．(難點(diǎn))4.[科學(xué)思維]知道影響感抗和容抗大小的因素．(難點(diǎn))一、電感器對(duì)交變電流的阻礙作用1．試驗(yàn)探究如圖所示，取直流電源電壓與溝通電源電壓有效值相等．(1)試驗(yàn)?zāi)康模毫私獠Ⅱ?yàn)證電感線圈對(duì)交變電流的阻礙作用．(2)試驗(yàn)現(xiàn)象：接通直流電源時(shí)，燈泡亮些；接通溝通電源時(shí)，燈泡暗些．(3)試驗(yàn)結(jié)論：電感線圈對(duì)交變電流有阻礙作用．2．感抗(1)物理意義：表示電感器對(duì)溝通的阻礙作用的大?。?2)影響感抗大小的因素：線圈的自感系數(shù)，溝通的頻率．線圈的自感系數(shù)越大，溝通的頻率越高，感抗越大．3．感抗的應(yīng)用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、阻溝通通低頻、通直流，阻高頻二、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)試驗(yàn)電路(如圖所示)(2)試驗(yàn)現(xiàn)象電路中串有電容器時(shí)，接通直流電源，燈泡不亮；接通溝通電源，燈泡亮．(3)試驗(yàn)結(jié)論交變電流能夠通過(guò)電容器，直流不能通過(guò)電容器．2．電容器對(duì)交變電流的阻礙作用(1)容抗：表示電容器對(duì)交變電流阻礙作用的大?。?2)影響容抗大小的因素：電容器的電容越大，交變電流的頻率越高，容抗越?。?3)應(yīng)用：電容器具有“隔直流、通溝通”的作用．1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)溝通電的頻率越高，電感對(duì)溝通的阻礙作用越大． (√)(2)電感線圈之所以對(duì)交變電流有阻礙作用，是由于自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙電流的變更． (√)(3)電容器在交變電路中，相當(dāng)于一個(gè)電阻，具有分壓作用． (√)(4)電容器接到溝通電源時(shí)，有自由電荷通過(guò)電容器． (×)(5)電容器的電容越大，容抗就越大． (×)2．(多選)關(guān)于電子技術(shù)中的扼流圈，下列說(shuō)法正確的是()A．扼流圈是利用電感線圈對(duì)溝通電的阻礙作用來(lái)工作的B．高頻扼流圈的作用是允許低頻溝通通過(guò)，而阻礙高頻溝通通過(guò)C．低頻扼流圈的作用是不僅要阻礙高頻溝通通過(guò)，還要阻礙低頻溝通通過(guò)D．高頻扼流圈的電感比低頻扼流圈的電感大ABC[扼流圈是利用變更的電流通過(guò)線圈時(shí)，感應(yīng)出自感電動(dòng)勢(shì)，從而來(lái)阻礙電流的變更，故A正確；高頻扼流圈是“通低頻，阻高頻”，故B正確；低頻扼流圈是“阻溝通，通直流”，故C正確；高頻扼流圈比低頻扼流圈自感系數(shù)小，故D錯(cuò)誤．]3．有兩個(gè)電容器的電容分別為C1＝5μF和C2＝3μF，分別加上峰值肯定的交變電源，在下列各種狀況下，哪一種狀況下通過(guò)電容器的電流最大()A．在C1上所加交變電流的頻率為50HzB．在C2上所加交變電流的頻率為50HzC．在C1上所加交變電流的頻率為60HzD．在C2上所加交變電流的頻率為60HzC[電容器對(duì)電流的阻礙作用的大小，即為容抗．容抗的大小是由電容器電容C和交變電流的頻率共同確定的．交變電流的頻率越高，電容器的電容越大，電容器的容抗就越小，電流就越大．因此要使通過(guò)電容器的電流最大則必需使頻率最高，電容最大．]對(duì)電感器感抗的理解1.電感線圈對(duì)交變電流的阻礙作用的本質(zhì)(1)交變電流通過(guò)線圈時(shí)，由于電流時(shí)刻都在變更，所以自感現(xiàn)象就不斷地發(fā)生，而自感電動(dòng)勢(shì)總是要阻礙電流的變更，這就是線圈的電感對(duì)交變電流的阻礙作用．(2)直流電通過(guò)線圈時(shí)，電流的大小、方向都不變，線圈中不產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，也就沒(méi)有感抗．2．感抗的大?。篨L＝2πfL.其中f是溝通電的頻率，L是線圈的自感系數(shù)．3．低頻扼流圈用來(lái)“通直流、阻溝通”，因此可以用低頻扼流圈來(lái)分別“直流和溝通”；高頻扼流圈對(duì)高頻電流阻礙作用很大，對(duì)低頻電流阻礙作用較小，因此可以用高頻扼流圈分別“低頻溝通電和高頻溝通電”．【例1】在如圖所示電路中，L為電感線圈，燈泡電阻為R，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無(wú)限大，溝通電源的電壓u＝220eq\r(2)sin100πt(V)．若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為100Hz，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)減小C．燈泡變暗 D．燈泡變亮C[由u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，可得電源原來(lái)的頻率為f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，當(dāng)電源頻率由原來(lái)的50Hz增為100Hz時(shí)，線圈的感抗增大，在電壓不變的狀況下，電路中的電流減小，A錯(cuò)誤；燈泡的電阻R是肯定的，電流減小時(shí)，實(shí)際消耗的電功率P＝I2R減小，燈泡變暗，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，則電源兩端電壓的有效值為U＝UL＋UR，因UR＝IR，故電流I減小時(shí)，UR減小，且電源兩端電壓有效值保持不變，故UL＝U－UR，UL增大，B錯(cuò)誤．]直流電阻不計(jì)的線圈對(duì)直流電無(wú)阻礙作用相當(dāng)于短路，對(duì)溝通電有阻礙作用，因而使電流減小，加在電路其他部分的電壓也減小，且減小量與線圈兩端電壓的增加量相等.eq\O([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．(多選)如圖所示試驗(yàn)電路中，若直流電壓和交變電壓的有效值相等，S為雙刀雙擲開關(guān)，下面敘述正確的是()A．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，把電感線圈中的鐵芯抽出時(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A(chǔ)C[線圈對(duì)直流無(wú)感抗，對(duì)交變電流有感抗，當(dāng)溝通電頻率減小時(shí)，感抗變小，燈變亮；有鐵芯時(shí)感抗更大，故鐵芯抽出時(shí)燈變亮．]對(duì)電容器容抗的理解1.交變電流“通過(guò)”電容器的本質(zhì)(1)當(dāng)電源電壓上升時(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．(2)當(dāng)電源電壓降低時(shí)，電容器放電，原來(lái)聚集在極板上的電荷又放出，在電路中形成放電電流．(3)電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有了電流，似乎是溝通電“通過(guò)”了電容器，但事實(shí)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．容抗的大?。篨C＝eq\f(1,2πfC).其中f是溝通電頻率，C是電容器的電容．【例2】如圖所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在溝通電源的兩端，當(dāng)溝通電源的頻率增加時(shí)()A．電容器的電容增加B．電容器的電容減小C．電燈變暗D．電燈變亮D[電容器的電容是由電容器本身的特性所確定的，與外加的溝通電源的頻率無(wú)關(guān)，A、B錯(cuò)誤；當(dāng)溝通電源的頻率增加時(shí)，電容器充放電的速度加快，電容器的容抗減小，電流增大，電燈變亮，C錯(cuò)誤，D正確．]交變電流不同于直流，交變電流能“通過(guò)”電容器，所以燈泡會(huì)亮.交變電流的頻率變更，電容器的容抗變更，電容器兩端的電壓變更，燈泡兩端的電壓也隨著變更.eq\O([跟進(jìn)訓(xùn)練])2.(多選)如圖所示，接在溝通電源上的電燈泡正常發(fā)光，以下說(shuō)法正確的是()A．把電介質(zhì)插入電容器，燈泡變亮B．增大電容器兩板間的距離，燈泡變亮C．減小電容器兩板間的正對(duì)面積，燈泡變暗D．使溝通電的頻率減小，燈泡變暗A(chǔ)CD[電容器的電容與相對(duì)介電常數(shù)成正比，與正對(duì)面積成正比，與兩板間距離成反比．而容抗與電容成反比，與溝通電頻率成反比．把介質(zhì)插入電容器，電容變大，容抗減小，燈泡變亮，A正確；電容器兩板間距離增大，電容減小，容抗增大，燈泡變暗，B錯(cuò)誤；減小電容器兩板間的正對(duì)面積，電容減小，容抗增大，燈泡變暗，C正確；溝通電的頻率減小，容抗增大，燈泡變暗，D正確．]電阻、感抗、容抗的比較電阻感抗容抗產(chǎn)生緣由定向移動(dòng)的自由電荷與不動(dòng)的粒子間的碰撞由于電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的變更電容器兩極板上積累的電荷對(duì)向這個(gè)方向定向移動(dòng)的電荷的抗拒作用在電路中的特點(diǎn)對(duì)直流、溝通均有阻礙作用阻溝通、通直流，阻高頻、通低頻隔直流、通溝通，阻低頻、通高頻確定因素由導(dǎo)體本身(長(zhǎng)短、粗細(xì)、材料)確定，與溫度有關(guān)由線圈本身的自感系數(shù)和溝通電的頻率f確定由電容的大小和溝通電的頻率f確定電能的轉(zhuǎn)化電能轉(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【例3】如圖所示，三個(gè)燈泡相同，而且足夠耐壓，電源內(nèi)阻忽視．單刀雙擲開關(guān)S接A時(shí)，三個(gè)燈亮度相同，那么S接B時(shí)()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D[開關(guān)S接A時(shí)，甲、乙、丙三個(gè)支路均有溝通電通過(guò)．開關(guān)S接B時(shí)，電路處于直流工作狀態(tài)，電容器C“隔直流、通溝通”；電感線圈L“阻溝通、通直流”；電阻R對(duì)溝通和直流有相同的阻抗．可推斷此時(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．]上例中，若將電路中的開關(guān)S接A，并將交變電流的頻率增大，燈泡亮暗如何變更？提示：甲燈不變，乙燈變暗，丙燈變亮．電感器、電容器接到溝通電源上時(shí)，電能與磁場(chǎng)能或電場(chǎng)能反復(fù)轉(zhuǎn)化，所以電感器、電容器上不會(huì)消耗電能，而電流通過(guò)電阻時(shí)，必定會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，從而造成電能的損耗．三種阻礙，其本質(zhì)不同，特點(diǎn)不同．(1)電感器對(duì)直流起“短路”作用，對(duì)交變電流起阻礙作用．(2)電容器對(duì)直流起“斷路”作用，對(duì)交變電流有旁路分流作用．(3)電阻對(duì)直流、交變電流都有阻礙作用，且與交變電流的頻率無(wú)關(guān)．eq\O([跟進(jìn)訓(xùn)練])3．(多選)如圖所示的電路中，A、B、C三燈亮度相同，電源為220V、50Hz的溝通電源，以下敘述中正確的是()A．改接220V、100Hz的溝通電源時(shí)，A燈變亮，B燈變暗，C燈亮度不變B．改接220V、100Hz的溝通電源時(shí)，A燈變暗，B燈變亮，C燈變亮C．改接220V的直流電源時(shí)，A燈熄滅，B燈變亮，C燈亮度不變D．改接220V的直流電源時(shí)，A燈熄滅，B燈變亮，C燈變暗A(chǔ)C[增加溝通電源的頻率時(shí)，感抗增大，容抗減小，電阻的阻礙作用不變，故A燈變亮，B燈變暗，C燈亮度不變，故A正確，B錯(cuò)誤；改接直流電源時(shí)，電容器相當(dāng)于斷路，A燈熄滅，線圈無(wú)感抗，B燈更亮，電阻R阻礙作用不變，C燈亮度不變，故C正確，D錯(cuò)誤．]1．[物理觀念]電感器和電容器對(duì)交變電流的阻礙和導(dǎo)通作用、感抗、容抗．2．[科學(xué)探究]通過(guò)視察演示試驗(yàn)的現(xiàn)象歸納出電感器和電容器對(duì)交變電流的作用．3．[科學(xué)看法與責(zé)任]在利用科學(xué)學(xué)問(wèn)說(shuō)明試驗(yàn)現(xiàn)象的過(guò)程中，逐步培育學(xué)生大膽提出科學(xué)猜想的精神．1．關(guān)于電感對(duì)交變電流的影響，下列說(shuō)法正確的是()A．電感線圈不能通直流電流，只能通交變電流B．電感線圈對(duì)各種不同頻率的交變電流的阻礙作用相同C．同一個(gè)電感線圈對(duì)頻率低的交變電流的阻礙較小D．同一個(gè)電感線圈對(duì)頻率高的交變電流的阻礙較小C[電感線圈可以通直流，A錯(cuò)誤；電感線圈對(duì)不同頻率的交變電流阻礙作用不同，B錯(cuò)誤；同一電感線圈對(duì)高頻溝通電阻礙作用大，D錯(cuò)誤，C正確．]2．對(duì)電容器能通交變電流的緣由，下列說(shuō)法中正確的有()A．當(dāng)電容器接到溝通電源上時(shí)，因?yàn)橛凶杂呻姾赏ㄟ^(guò)電容器，電路中才有交變電流B．當(dāng)電容器接到溝通電源上時(shí)，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中才有交變電流C．在有電容器的溝通電路中，沒(méi)有電荷定向移動(dòng)D．在有電容器的溝通電路中，有電荷通過(guò)電容器B[電容器能讓溝通電通過(guò)，事實(shí)上是通過(guò)充放電來(lái)完成的，定向移動(dòng)的電荷并沒(méi)有從一個(gè)極板到另一個(gè)極板，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確．]3．如圖所示的電路，F(xiàn)為一溝通發(fā)電機(jī)，C為平行板電容器，為使電流表A的示數(shù)增大，可行的方法是()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相對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，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(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；在平行板電容器間換用相對(duì)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