2024-2025學(xué)年高中物理第5章交變電流3電感和電容對交變電流的影響學(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]知道電感和電容對交變電流的影響．(重點)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)．3.[物理觀念]理解電感和電容對交變電流阻礙作用．(難點)4.[科學(xué)思維]知道影響感抗和容抗大小的因素．(難點)一、電感器對交變電流的阻礙作用1．試驗探究如圖所示，取直流電源電壓與溝通電源電壓有效值相等．(1)試驗?zāi)康模毫私獠Ⅱ炞C電感線圈對交變電流的阻礙作用．(2)試驗現(xiàn)象：接通直流電源時，燈泡亮些；接通溝通電源時，燈泡暗些．(3)試驗結(jié)論：電感線圈對交變電流有阻礙作用．2．感抗(1)物理意義：表示電感器對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、電容器對交變電流的阻礙作用1．交變電流能夠通過電容器(1)試驗電路(如圖所示)(2)試驗現(xiàn)象電路中串有電容器時，接通直流電源，燈泡不亮；接通溝通電源，燈泡亮．(3)試驗結(jié)論交變電流能夠通過電容器，直流不能通過電容器．2．電容器對交變電流的阻礙作用(1)容抗：表示電容器對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“√”，錯誤的打“×”)(1)溝通電的頻率越高，電感對溝通的阻礙作用越大． (√)(2)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更． (√)(3)電容器在交變電路中，相當(dāng)于一個電阻，具有分壓作用． (√)(4)電容器接到溝通電源時，有自由電荷通過電容器． (×)(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，下列說法正確的是()A．扼流圈是利用電感線圈對溝通電的阻礙作用來工作的B．高頻扼流圈的作用是允許低頻溝通通過，而阻礙高頻溝通通過C．低頻扼流圈的作用是不僅要阻礙高頻溝通通過，還要阻礙低頻溝通通過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線圈時，感應(yīng)出自感電動勢，從而來阻礙電流的變更，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錯誤．]3．有兩個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．因此要使通過電容器的電流最大則必需使頻率最高，電容最大．]對電感器感抗的理解1.電感線圈對交變電流的阻礙作用的本質(zhì)(1)交變電流通過線圈時，由于電流時刻都在變更，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更，這就是線圈的電感對交變電流的阻礙作用．(2)直流電通過線圈時，電流的大小、方向都不變，線圈中不產(chǎn)生自感電動勢，也就沒有感抗．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“通直流、阻溝通”，因此可以用低頻扼流圈來分別“直流和溝通”；高頻扼流圈對高頻電流阻礙作用很大，對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)，可得電源原來的頻率為f＝eq\f(ω,2π)＝50Hz，當(dāng)電源頻率由原來的50Hz增為100Hz時，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錯誤；燈泡的電阻R是肯定的，電流減小時，實際消耗的電功率P＝I2R減小，燈泡變暗，C正確，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，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錯誤．]直流電阻不計的線圈對直流電無阻礙作用相當(dāng)于短路，對溝通電有阻礙作用，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([跟進訓(xùn)練])1．(多選)如圖所示試驗電路中，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[線圈對直流無感抗，對交變電流有感抗，當(dāng)溝通電頻率減小時，感抗變小，燈變亮；有鐵芯時感抗更大，故鐵芯抽出時燈變亮．]對電容器容抗的理解1.交變電流“通過”電容器的本質(zhì)(1)當(dāng)電源電壓上升時，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，電容器放電，原來聚集在極板上的電荷又放出，在電路中形成放電電流．(3)電容器交替進行充電和放電，電路中就有了電流，似乎是溝通電“通過”了電容器，但事實上自由電荷并沒有通過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()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關(guān)，A、B錯誤；當(dāng)溝通電源的頻率增加時，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，C錯誤，D正確．]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介電常數(shù)成正比，與正對面積成正比，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錯誤；減小電容器兩板間的正對面積，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)生緣由定向移動的自由電荷與不動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向這個方向定向移動的電荷的抗拒作用在電路中的特點對直流、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)能電能和磁場能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場能往復(fù)轉(zhuǎn)化【例3】如圖所示，三個燈泡相同，而且足夠耐壓，電源內(nèi)阻忽視．單刀雙擲開關(guān)S接A時，三個燈亮度相同，那么S接B時()A．三個燈亮度相同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，甲、乙、丙三個支路均有溝通電通過．開關(guān)S接B時，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對溝通和直流有相同的阻抗．可推斷此時電路中I丙＝0，I甲不變，I乙增大；又因為燈泡亮度與電功率(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，電能與磁場能或電場能反復(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，必定會產(chǎn)生焦耳熱，從而造成電能的損耗．三種阻礙，其本質(zhì)不同，特點不同．(1)電感器對直流起“短路”作用，對交變電流起阻礙作用．(2)電容器對直流起“斷路”作用，對交變電流有旁路分流作用．(3)電阻對直流、交變電流都有阻礙作用，且與交變電流的頻率無關(guān)．eq\O([跟進訓(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，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，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A(chǔ)C[增加溝通電源的頻率時，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錯誤；改接直流電源時，電容器相當(dāng)于斷路，A燈熄滅，線圈無感抗，B燈更亮，電阻R阻礙作用不變，C燈亮度不變，故C正確，D錯誤．]1．[物理觀念]電感器和電容器對交變電流的阻礙和導(dǎo)通作用、感抗、容抗．2．[科學(xué)探究]通過視察演示試驗的現(xiàn)象歸納出電感器和電容器對交變電流的作用．3．[科學(xué)看法與責(zé)任]在利用科學(xué)學(xué)問說明試驗現(xiàn)象的過程中，逐步培育學(xué)生大膽提出科學(xué)猜想的精神．1．關(guān)于電感對交變電流的影響，下列說法正確的是()A．電感線圈不能通直流電流，只能通交變電流B．電感線圈對各種不同頻率的交變電流的阻礙作用相同C．同一個電感線圈對頻率低的交變電流的阻礙較小D．同一個電感線圈對頻率高的交變電流的阻礙較小C[電感線圈可以通直流，A錯誤；電感線圈對不同頻率的交變電流阻礙作用不同，B錯誤；同一電感線圈對高頻溝通電阻礙作用大，D錯誤，C正確．]2．對電容器能通交變電流的緣由，下列說法中正確的有()A．當(dāng)電容器接到溝通電源上時，因為有自由電荷通過電容器，電路中才有交變電流B．當(dāng)電容器接到溝通電源上時，電容器交替進行充電和放電，電路中才有交變電流C．在有電容器的溝通電路中，沒有電荷定向移動D．在有電容器的溝通電路中，有電荷通過電容器B[電容器能讓溝通電通過，事實上是通過充放電來完成的，定向移動的電荷并沒有從一個極板到另一個極板，故A、C、D錯誤，B正確．]3．如圖所示的電路，F(xiàn)為一溝通發(fā)電機，C為平行板電容器，為使電流表A的示數(shù)增大，可行的方法是()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相對介電常數(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相對介電常數(shù)較小的電介質(zhì)時，電容器的電容減小，電容器兩