高中物理第五章交变电流3电感和电容对交变电流的影响课件新人教版选修3_2-57张 57页

3 　 电感和电容对交变电流的影响 一、电感器对交变电流的阻碍作用 1. 实验探究 : 实验结论 :_________________________ 。 电感对交变电流有阻碍作用 2. 感抗 : (1) 定义 : 电感器对交流的阻碍作用的大小叫 _____ 。 (2) 物理意义 : 表示电感器对交流的 _________ 的大小。 (3) 影响感抗大小的因素 : 线圈的 _________ 越大 , 交流 的 _____ 越高 , 感抗越大。 感抗 阻碍作用 自感系数 频率 3. 感抗器的应用 : 低频扼流圈 高频扼流圈 自感系数 较大 _____ 特　性 通 _____ 、 阻 _____ 通直流、通 _____ 、 阻 _____ 较小 直流 交流 低频 高频 二、电容器对交变电流的阻碍作用 1. 实验探究 : 实验现象 : 接通恒定电流时 , 灯泡 _______( 选填“发光” 或“不发光” ); 接通交流时 , 灯泡 _____( 选填“发光” 或“不发光” ) 。 实验结论 :_________ 能够通过电容器 ,_________ 不能通 过电容器。 不发光 发光 交变电流 恒定直流 2. 容抗 : (1) 定义 : 电容器对交流的阻碍作用的大小叫 _____ 。 (2) 物理意义 : 表示电容器对交流的 _________ 的大小。 (3) 影响容抗大小的因素 : 电容器的电容 _____, 交流的频 率 _____, 容抗越小。 容抗 阻碍作用 越大 越高 【 思考辨析 】 (1) 低频扼流圈只能阻碍低频交变电流 , 不能阻碍高频交变电流。 ( 　　 ) (2) 电感线圈的感抗的大小只取决于线圈的自感系数。 ( 　　 ) (3) 直流不能通过电容器 , 却能通过电感器。 ( 　　 ) (4) 交变电流的电流越大越容易通过电容器 , 与交变电流的频率无关。 ( 　　 ) (5) 交变电流通过电容器的实质是电容器不断充放电 , 并不是电流真正流过了电容器。 ( 　　 ) 提示 : (1)× 。低频扼流圈不仅对低频交变电流有阻碍 , 对高频交变电流阻碍作用更大。 (2)× 。电感线圈的感抗不只与自感系数有关 , 还与交流的频率有关。线圈的自感系数越大 , 交流的频率越高 , 感抗越大。 (3)√ 。直流不能通过电容器 , 能通过电感器。 (4)× 。交变电流的电流越大越容易通过电容器 , 但与交变电流的频率有关。 (5)√ 。交变电流通过电容器的实质是电容器不断充放电 , 并不是在电容器内 , 电荷从一个极板到达另一个极板。 一　电感器对交变电流的阻碍作用 考查角度 1 影响感抗大小的因素 【 典例 1】 一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接 , 如图所示。一铁棒插进线圈后 , 该灯将 A. 变亮 B. 变暗 C. 对灯的亮度没影响 D. 无法判断 【 正确解答 】 选 B 。线圈的自感系数的大小与线圈的长度、匝数以及是否有铁芯等都有关 , 与电流的大小、电流变化的快慢无关 , 同一线圈 , 插有铁芯时线圈的自感系数会变大 , 因此当铁棒插进线圈之后 , 对交流的阻碍变大 , 则导致灯泡变暗 , 故 B 正确 ,A 、 C 、 D 错误 ; 故选 B 。 考查角度 2 电感器在电路中的作用 【 典例 2】 如图所示的电路中 ,L 是一个自感线圈 , 正弦交流电的电压有效值为 220 V, 则关于交流电压表的示数 , 下列说法中正确的是 A. 等于零 B. 等于 220 V C. 小于 220 V, 且交流电频率越高 , 电压表示数越小 D. 小于 220 V, 且交流电频率越高 , 电压表示数越大 【 正确解答 】 选 C 。自感线圈对交流有阻碍作用 , 故电压表的示数小于 220 V; 交流电的频率越高 , 自感线圈对交流电的阻碍作用越大 , 则电流的有效值越小 , 故电压表的示数越小 , 故 A 、 B 、 D 错误 ,C 正确 , 故选 C 。 【 核心归纳 】 1. 线圈对交变电流的阻碍作用的原因 : 交变电流通过线圈时 , 由于电流的变化引起通过线圈的磁通量发生变化 , 在线圈中产生自感电动势而阻碍电流的变化 , 也就阻碍了交变电流的通过形成感抗。 2. 影响感抗大小的因素 : (1) 交变电流的频率。交变电流的频率大时 , 交变电流变化得快 , 磁场变化得就快 , 通过线圈的磁通量变化率就大 , 自感电动势就大 , 从而阻碍磁通量的变化的能力也大 , 也就是阻碍交变电流的通过的作用就大 , 则感抗也就大。 (2) 线圈的自感系数。线圈的自感系数大时 , 同样的交变电流和磁通量的变化率 , 产生的自感电动势大 , 也就是阻碍交变电流的通过的作用就大 , 则感抗也就大。 3. 感抗大小分析思路 : 【 特别提醒 】 (1) 电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗来表示 , 线圈的自感系数越大 , 交变电流的频率越高 , 产生的自感电动势就越大 , 对交变电流的阻碍作用就越大 , 感抗也就越大。 (2) 电感在电路中的作用是“通直流、阻交流 ; 通低频、阻高频”。 【 过关训练 】 1.( 多选 ) 下列说法中正确的是 ( 　　 ) A. 交流电的频率越高 , 电感器对电流的阻碍作用越明显 B. 电感器对交流电没有阻碍作用 C. 电感器对交流电有阻碍作用 D. 以上说法都不对 【 解析 】 选 A 、 C 。电感器对交流电有阻碍作用 , 频率越高 , 感抗越大 , 所以阻碍作用为 : 通低频 , 阻高频。故选 A 、 C 。 2. 对扼流圈的以下说法 , 正确的是 ( 　　 ) A. 扼流圈是利用电感阻碍交变电流的作用制成的 B. 低频扼流圈用来“通低频、阻高频” C. 高频扼流圈用来“通直流、阻交流” D. 高频扼流圈对低频交变电流的阻碍作用大 , 对高频交变电流的阻碍作用小 【 解析 】 选 A 。低频扼流圈用来“通直流、阻交流” , 对低频交变电流的阻碍作用也很大。高频扼流圈对高频交变电流的阻碍作用大 , 对低频交变电流的阻碍作用小 , 故选项 A 正确。 3. 如图甲所示 , 把带铁芯的线圈 L 与小灯泡串联起来 , 先把它们接到电动势为 E( 内阻不计 ) 的直流电源上 ; 再把它们接到交流电源上 , 如图乙所示 , 取直流电源的电压与交流电压的有效值相等。下列叙述正确的是 ( 　　 ) A. 接交流电时灯泡更亮些 B. 接直流电和接交流电时灯泡一样亮 C. 减小交流电频率时图乙中灯泡变亮 D. 图甲中闭合 S 瞬间 , 通过灯泡的电流立即达到最大值 【 解析 】 选 C 。由电感对交流电存在阻碍作用即感抗 , 电感对直流无感抗 , 所以接直流时灯泡更亮 , 故 A 错误 ,B 错误 ; 电感对交流电存在阻碍作用即感抗 , 减小交流电频率时 , 感抗减小 , 电流变大 , 灯泡变亮 , 故 C 正确 ; 由于电感线圈 , 在闭合 S 瞬间 , 线圈中的电流增大 , 在线圈中产生自感电动势阻碍电流的增大 , 所以灯泡中的电流逐渐增大 , 故 D 错误 ; 故选 C 。 二　电容器对交变电流的阻碍作用 考查角度 1 影响容抗大小的因素 【 典例 1】 ( 多选 ) 对于容抗 , 下列说法中正确的是 ( 　　 ) A. 电容器电容越大 , 容抗越大 B. 电容器电容越大 , 容抗越小 C. 电容器电容越大 , 容抗可能越小 D. 对于同一个电容器 , 容抗可以变化 【 正确解答 】 选 C 、 D 。交变电流电路中的电容将对电流产生阻碍作用 , 电容对电流的阻碍作用叫做容抗 , 通过电容器的交流电的频率会影响电容对交流电的阻碍作用 , 电流周期越小 , 频率越大 , 阻碍越小 , 所以 C 、 D 正确 ; 故选 C 、 D 。 考查角度 2 电容器在电路中的作用 【 典例 2】 如图所示 , 接在交流电源上的灯泡正常发光 , 以下说法不正确的是 A. 把电介质插入电容器中 , 灯泡变亮 B. 增大电容器两极板间的距离 , 灯泡变亮 C. 减小电容器两极板间的正对面积 , 灯泡变暗 D. 使交变电流频率减小 , 灯泡变暗 【 正确解答 】 选 B 。把电介质插入电容器中 , 根据 C= 知电容增大 , 容抗变小 , 灯泡变亮 , 故 A 正确 ; 增大电 容器两板间的距离 , 根据 C= 知电容减小 , 容抗增大 , 灯 泡变暗 , 故 B 错误 ; 减少电容器两板间的正对面积 , 根据 C= 知电容减小 , 容抗变大 , 灯泡变暗 , 故 C 正确 ; 使交变 电流频率减小 , 容抗变大 , 灯泡变暗 , 故 D 正确。故选 B 。 【 核心归纳 】 1. 交变电流“通过”电容器的分析 : 电容器两极板间是绝缘材料 , 当电容器接到交流电源上时 , 自由电荷不会通过两极板间的绝缘电介质 , 只不过在交变电压的作用下 , 电容器交替进行充电和放电 , 电路中就有电流了 , 表现为交变电流“通过”了电容器。 2. 电容器对交变电流有阻碍作用的原因 : 电容器充电的过程中 , 电容器两极板上聚集着等量异种电荷 , 从而在两极板间存在着电场 , 此电场的电场力阻碍着电荷的充电和放电 , 其表现就是电容器在交变电流“通过”中的阻碍作用。 3. 电阻、电感和电容的对比分析 : 电　阻 感　抗 容　抗 产生 原因 定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞 电感线圈的自感现象阻碍电流的变化 电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用 电　阻 感　抗 容　抗 在电 路中 的 特点 对直流、交流均 有阻碍作用 只对变化的电 流 , 如交流有 阻碍作用 不能通直流 , 只 能通交变电流。 对交流的阻碍 作用随频率的 降低而增大 决定 因素 由导体本身 ( 长 短、粗细、材料 ) 决定 , 与温度有关 由线圈本身的自 感系数和交流电 的频率决定 ( 成 正比 )X L =2πfL 由电容的大小 和交流电频率 决定 ( 成反比 ) X C = 电　阻 感　抗 容　抗 能量 转化 电流通过电阻做功 , 电能转化为内能 电能和磁场能往复转化 电能与电场能往复转化 【 过关训练 】 1. 对交流电“通过”电容器的正确理解是 ( 　　 ) A. 交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体 B. 交流电路中定向移动的电荷通过了电容器两极板间的绝缘介质 C. 交变电流能够使电容器交替进行充放电 , 电路中就有了持续的电流 , 表现为交变电流通过了电容器 D. 电容器是导体 , 电流可以通过电容器 【 解析 】 选 C 。电容器能让交变电流通过 , 实际上是通过充放电来完成的 , 定向移动的电荷并没有从一个极板到另一极板 , 故 A 、 B 错误 ; 但它的充放电完成了交流电通过的任务 , 就好像电流真的通过了电容器一样 , 故选项 C 正确 ; 电容器两个极板间是绝缘的 ,D 项错。故选 C 。 2. 如图所示的电路 ,F 为一交流发电机 ,C 为平行板电容器 , 为使电流表 A 的示数增加 , 可行的办法是 ( 　　 ) A. 使发电机 F 的转速增加 B. 使发电机 F 的转速减小 C. 在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质 D. 使电容器两极板间距离增大 【 解析 】 选 A 。当发电机转速增加时 , 交变电流的频率增大 , 容抗减小 , 电流表 A 的读数增大 , 故 A 正确 ,B 错误 ; 在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时 , 电容器的电容减小 , 使电容器两极板间距离增大时电容也减小 , 当电容减小时 , 容抗增大 , 对交变电流的阻碍作用增大 , 电流表 A 示数减小 , 故 C 、 D 错误。所以 A 正确 ,B 、 C 、 D 错误 ; 故选 A 。 3.( 多选 ) 如图所示为某电器中电路的一部分 , 当输入有直流成分、交流低频成分和交流高频成分的电流后 , 在其输出端得到可调大小的交流低频成分 , 那么下列有关各元器件的作用的说法中 , 正确的是 ( 　　 ) A.C 1 为高频旁路电容器 , 交流高频成分被该电容器短路 B.R 为滑动变阻器 , 它的滑片上下移动可以改变输出端电压的大小 C.C 2 为隔直电容器 , 交流低频成分通过该电容器输出 D.C 1 的电容较大 ,C 2 的电容较小 【 解析 】 选 A 、 B 、 C 。据题意 , 欲得到交流低频 , 则高频交流应通过 C 1 滤掉 , 直流自然不能通过 C 2 到达输出端 , 因此 C 1 的作用是高频旁路 , 其电容应较小 ;R 是起调节输出电压的作用 ;C 2 的作用是隔直流 , 通低频交流 , 因此其电容较大。故选 A 、 B 、 C 。 【 补偿训练 】 在收音机线路中 , 经天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分 , 经放大后送给下一级 , 需要把低频成分和高频成分分开 , 只让低频成分输入给下一级 , 我们采用了如图所示的装置电路 , 其中代号 a 、 b 应选择的元件是 ( 　　 ) A.a 是电容较大的电容器 ,b 是低频扼流圈 B.a 是电容较大的电容器 ,b 是高频扼流圈 C.a 是电容较小的电容器 ,b 是低频扼流圈 D.a 是电容较小的电容器 ,b 是高频扼流圈 【 解析 】 选 D 。电容是通高频 , 阻低频 , 电感线圈是通低频 , 阻高频 ; 所以元件 a 要让高频信号通过 , 阻止低频信号通过 , 故元件 a 是电容较小的电容器 ; 元件 b 要让低频信号通过 , 阻止高频信号通过 , 故元件 b 是高频扼流圈。故选 D 。