《（浙江專版）2018-2019學年高中物理 第五章 第3節(jié) 電感和電容對交變電流的影響講義（含解析）新人教版選修3-2.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（浙江專版）2018-2019學年高中物理 第五章 第3節(jié) 電感和電容對交變電流的影響講義（含解析）新人教版選修3-2.doc（10頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

電感和電容對交變電流的影響 電感對交變電流的阻礙作用 [探新知基礎練] 1．實驗探究 如圖所示，令直流電源電壓與交流電源電壓有效值相等。 (1)實驗目的：了解并驗證電感線圈對交變電流的阻礙作用。 (2)實驗現(xiàn)象：接通直流電源時，燈泡亮些；接通交流電源時，燈泡暗些。 (3)實驗結論：電感線圈對交變電流有阻礙作用。 2．感抗 (1)物理意義：表示電感器對交變電流的阻礙作用的大小。 (2)影響感抗大小的因素：線圈的自感系數(shù)，交流的頻率。線圈的自感系數(shù)越大，交流的頻率越高，感抗越大。 3．感抗的應用 類型 區(qū)別　　　 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、阻交流 通低頻、通直流，阻高頻 [辨是非](對的劃“√”，錯的劃“”) 1．電感線圈對交變電流有阻礙作用。(　　) 2．交流電的頻率越高，電感對交流的阻礙作用越大。(　　) 3．電感線圈中通入交變電流后，交變電流的瞬時值為0的瞬間，線圈仍然對交變電流有阻礙作用。(　　) 答案：1.√　2.√　3.√ [釋疑難對點練] 1．電感線圈對交變電流的阻礙作用的本質 交變電流通過線圈時，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，這就是電感線圈對交變電流的阻礙作用。因此，感抗的產生是由線圈的自感現(xiàn)象引起的。直流電通過線圈時，電流的大小、方向都不變，線圈中不產生自感電動勢，也就沒有感抗。 2．感抗 電感線圈對電流的阻礙作用。感抗用“XL”表示，XL＝2πfL＝ωL，其中f是交流電的頻率，L是線圈的自感系數(shù)。 3．感抗與電感的關系 電感線圈對交變電流阻礙作用的大小用感抗來表示，線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，產生的自感電動勢就越大，感抗就越大，對交變電流的阻礙作用也就越大。 4．線圈(扼流圈)的分類 根據(jù)不同線圈對交流電的阻礙作用不同分類： (1)低頻扼流圈： ①構造：閉合鐵芯、繞在鐵芯上的線圈。 ②特點：匝數(shù)多、自感系數(shù)L大、電阻很小。它對低頻交流會產生很大的阻礙作用，而對直流的阻礙作用則較小，故低頻扼流圈的作用為“通直流、阻交流”。 (2)高頻扼流圈： ①構造：它的線圈有的是繞在圓柱形的鐵氧體芯上或空心。 ②特點：匝數(shù)少，自感系數(shù)L小。它只對頻率很高的交流產生很大的阻礙作用，而對低頻交流的阻礙作用較小，故高頻扼流圈的作用為“通直流、通低頻，阻高頻”。 [試身手] 1．關于電感對交變電流的影響的說法，正確的是(　　) A．電感對交變電流無阻礙作用 B．電感對交變電流阻礙作用的大小叫感抗 C．電感對某一頻率的交變電流的阻礙作用跟線圈的自感系數(shù)無關 D．線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，電感對交變電流的阻礙作用就越小 解析：選B　電感對交變電流有影響，其阻礙作用的大小和線圈的自感系數(shù)L、交變電流的頻率f有關，L越大、f越高，阻礙作用越大，故選項A、C、D錯誤，B正確。 電容器對交變電流的阻礙作用 [探新知基礎練] 1．交變電流能夠通過電容器 (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，燈泡亮。 (3)實驗結論： 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小。 (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，容抗越小。 (3)應用：電容器具有“隔直流，通交流”的作用。 [辨是非](對的劃“√”，錯的劃“”) 1．交變電流“通過”電容器的實質是電容器不斷充電放電，并不是真正流過電容器。(　　) 2．直流電不能通過電容器。(　　) 3．電容器是通直流、阻交流，通高頻、阻低頻。(　　) 答案：1.√　2.√　3. [釋疑難對點練] 1．交變電流通過電容器的實質 電容器兩極板之間是相互絕緣的，不論是恒定電流還是交變電流，自由電荷都不能通過兩極板之間的絕緣體(電介質)，通常所說的交變電流“通過”電容器，并不是自由電荷穿過了電容器，而是在交流電壓作用下，當電壓升高時電容器充電，電容器極板上的電荷量增加，形成充電電流，如圖甲所示；當電壓降低時，電容器放電，電容器極板上的電荷量減少，形成放電電流，如圖乙所示。由于電容器反復不斷的充電、放電，使電路中有持續(xù)的交變電流。 2．對容抗及“阻礙”作用的理解 (1)對容抗的理解：容抗是表示電容器對交變電流阻礙作用大小的物理量。容抗的大小與自身的電容量、交變電流的頻率有關，可用XC＝來表示，單位是歐姆。此公式雖然不要求掌握，但可以用來定性地分析問題，當交變電流的頻率增加時，容抗減小。 (2)電容器對交變電流的阻礙作用：對導線中形成電流的自由電荷來說，當電源的電壓推動它們向某一方向做定向移動的時候，電容器兩極板上積累的電荷卻反抗它們向這個方向做定向移動，這就產生了對交變電流的阻礙作用。 (3)“阻礙”作用可概括為：“隔直流、通交流”，“通高頻、阻低頻”。 [特別提醒]　當電容器與直流電源的兩極相連接時，除了接通的瞬間因電容器充電而有瞬時電流外，一旦充電完畢，電容器兩極板間的電壓與電源兩極間的電壓相等，且保持不變，電路中就沒有電流了。 [試身手] 2．對交變電流能夠通過電容器的正確理解是(　　) A．在有電容器的交流電路中，沒有電荷定向移動 B．在有電容器的交流電路中，有電荷定向移動，但移動方向是唯一的 C．當電容器接到交變電源上時，電容器交替進行充、放電，電路中才有交變電流 D．當電容器接到交變電源上時，因為有自由電荷通過電容器，電路中才有交變電流 解析：選C　交變電流能夠通過電容器，是通過電容器交替充、放電而進行的，實際上自由電荷并沒有通過電容器兩極板間的絕緣介質，故C對，D錯；電容器交替充、放電，電路中就有了電荷的定向移動，故A、B錯。 對電感線圈的理解 [典例1]　(多選)在如圖所示的電路中，L為電感線圈，R為燈泡的電阻，電流表內阻為零，電壓表內阻無限大，交流電源的電壓u＝220 sin 100πt V。若保持電源電壓有效值不變，只將電源頻率改為100 Hz，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．燈泡變暗 D．燈泡變亮 [思路點撥]　解答本題時應把握以下兩點： (1)感抗與交變電流的頻率的關系。 (2)閉合電路的電壓關系。 [解析]　由u＝220 sin 100πt V，可得電源原來的頻率為f＝＝ Hz＝50 Hz。當電源頻率由原來的50 Hz增為100 Hz時，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；設燈泡兩端電壓為UR，則電源電壓的有效值為U＝UL＋UR。因UR＝IR，電流I減小時，UR減小。因電源電壓有效值保持不變，故UL＝U－UR增大，選項B正確。 [答案]　BC 直流電阻不計的線圈對直流電無阻礙作用，相當于短路，對交流電有阻礙作用，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相等。 電容器對交變電流的影響 [典例2]　如圖所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在交流電源的兩端，當交流電源的頻率增大時(　　) A．電容器電容增大 B．電容器電容減小 C．電燈變暗 D．電燈變亮 [解析]　電容器的電容是由電容器本身的特性決定的，與外加的交流電源的頻率無關，選項A、B錯誤；當交流電源的頻率增加時，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，選項C錯誤，D正確。 [答案]　D 交變電流的頻率高低是相對的，沒有明顯的界線。同樣，電容的大小、容抗的大小也是相對的，容抗公式高中階段不要求掌握，但是熟記公式能夠快速地比較容抗隨電容器的電容大小、交變電流的頻率高低如何變化。 電阻、感抗、容抗的比較 電阻 感抗 容抗 產生 原因 定向移動的自由電荷與不動的離子間的碰撞 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、交流均有阻礙作用 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 因素 由導體本身(長短、粗細、材料)決定，與溫度有關 由線圈本身的自感系數(shù)和交流電的頻率f決定 由電容的大小和交流電的頻率f決定 電能的 轉化 電能轉化為內能 電能和磁場能往復轉化 電能與電場能往復轉化 [典例3]　如圖所示，電路中完全相同的三只燈泡L1、L2、L3分別與電阻R、電感L、電容C串聯(lián)，然后再并聯(lián)到220V、50 Hz的交流電路上，三只燈泡亮度恰好相同。若保持交變電壓不變，將交變電流的頻率增大到60 Hz，則發(fā)生的現(xiàn)象是(　　) A．三只燈泡亮度不變 B．三只燈泡均變亮 C．L1亮度不變、L2變亮、L3變暗 D．L1亮度不變、L2變暗、L3變亮 [解析]　當交變電流的頻率變大時，線圈的感抗變大，電容器的容抗變小，因此L3變亮，L2變暗，電阻在直流和交流電路中起相同的作用，故L1亮度不變，所以選D。 [答案]　D [典例4]　如圖所示， 線圈的自感系數(shù)L和電容器的電容C都很小(如L＝1 mH，C＝200 pF)，此電路的重要作用是(　　) A．阻直流通交流，輸出交流 B．阻交流通直流，輸出直流 C．阻低頻通高頻，輸出高頻交流 D．阻高頻通低頻，輸出低頻交流和直流 [思路點撥]　根據(jù)電感和電容對交流中的高頻成分和低頻成分的阻礙作用不同來分析。 [解析]　因線圈自感系數(shù)L很小，所以對低頻成分的阻礙作用很小，這樣直流和低頻成分能順利通過線圈，電容器并聯(lián)在電路中，起旁路作用，因電容C很小，對低頻成分的阻礙作用很大，而對部分通過線圈的高頻成分阻礙作用很小，被它旁路，最終輸出的是低頻交流和直流。故D正確。 [答案]　D (1)電阻、電感、電容器在交流電路中的作用不同，電阻對所有電流阻礙作用相同，阻礙的結果是電能轉化為內能；純電感線圈、電容器對交流的阻礙作用與頻率有關，阻礙的結果是電能和磁場能、電場能相互轉化。 (2)電感器對直流起“短路”作用，對交變電流起阻礙作用。 (3)電容器對直流“斷路”，對交變電流有旁路分流作用。 (4)電阻對直流、交變電流都有阻礙作用，它與交變電流的頻率無關。 [課堂對點鞏固] 1．(多選)關于感抗，下列說法中正確的是(　　 ) A．感抗是由于電流變化時在線圈中產生了自感電動勢，阻礙電流的變化 B．感抗的大小不僅與自感系數(shù)有關，還與電流的頻率有關 C．感抗雖然對交變電流有阻礙作用，但不消耗能量 D．感抗是線圈的電阻產生的 解析：選ABC　交流通過線圈時，由于電流時刻變化，在線圈中產生自感電動勢。自感電動勢總是阻礙電流的變化，這就是產生感抗的原因，A正確，D錯誤；頻率越高，電流變化越快，自感電動勢越大，線圈自感系數(shù)越大，對電流變化的阻礙作用越大，感抗越大，B正確；電感是儲能元件，它儲存的能量用來與電能相互轉換，并不消耗，C正確。 2．(2017浙師大附中高二檢測)一個燈泡通過一個粗導線的線圈與一交流電源相連接，如圖所示。一鐵芯插進線圈之后，該燈泡將(　　) A．變亮　　　　　　 B．變暗 C．沒有影響 D．無法判斷 解析：選B　線圈的自感系數(shù)與線圈的長度、匝數(shù)以及是否有鐵芯有關，同一線圈，插入鐵芯時，自感系數(shù)增大，對交流的阻礙作用變大，即該燈泡將變暗。B正確。 3．如圖所示，三個燈相同，而且足夠耐壓，電源內阻忽略。單刀雙擲開關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 解析：選D　開關S接A時，甲、乙、丙三個支路均有交流電通過。開關S接B時，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”；R對交流和直流有相同的阻礙作用。可判斷此時電路中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。故D正確。 [課堂小結] [課時跟蹤檢測(十一)] 一、單項選擇題 1．關于電感對交變電流的影響，下列說法正確的是(　　) A．電感不能通直流電流，只能通交變電流 B．電感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 解析：選C　電感線圈可以通直流，A錯；電感對不同頻率的交變電流的阻礙作用不同，B錯；同一電感線圈對高頻交變電流阻礙作用大，D錯，C對。 2．關于容抗，下列說法中正確的是(　　) A．電容器充電時，容抗小 B．電容器充電時，容抗大 C．電容器的電容和交變電流的頻率一定時，容抗一定與充、放電無關 D．以上說法都不對 解析：選C　容抗只與電容器的電容大小和交變電流的頻率有關。故C正確。 3.如圖所示電路由交變電流供電，如果交變電流的頻率升高，則(　　) A．線圈的自感系數(shù)增大 B．線圈的感抗減小 C．電路中的電流增大 D．電路中的電流減小 解析：選D　線圈的自感系數(shù)是線圈自身的屬性，選項A錯誤；交變電流的頻率升高，電流的變化率增大，線圈的自感作用增大，感抗增大，線圈對電流的阻礙作用增大，電路中的電流減小，故選項B、C錯誤，D正確。 4.如圖所示，把電阻、電感、電容并聯(lián)到某一交流電源上，三個電流表示數(shù)相同，若保持電源電壓不變，而將頻率加大，則三個電流表的示數(shù)I1、I2、I3的大小關系是(　　) A．I1＝I2＝I3　　　　　　　 B．I1>I2>I3 C．I2>I1>I3 D．I3>I1>I2 解析：選D　原來三個電流表的示數(shù)相同，說明三個支路中的電阻、感抗、容抗阻礙作用大小相等，當交變電流的頻率加大時，電阻的值不變，感抗變大，容抗減小，因此I1不變，I2減小，I3增大，即有I3>I1>I2，故選項D正確。 5.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)增加，可行的辦法是(　　) A．使發(fā)電機F的轉速增加 B．使發(fā)電機F的轉速減小 C．在平行板電容器間換用介電常數(shù)較小的電介質 D．使電容器兩極板間的距離增大 解析：選A　當發(fā)電機F的轉速增加時，交變電流的頻率增大，容抗減小，電流表A的示數(shù)增加，A項正確，B項錯誤；在平行板電容器間換用介電常數(shù)較小的電介質或使電容器兩極板間距離增大時，電容減小，當電容減小時，容抗增大，對交變電流的阻礙作用增大，電流表A示數(shù)減小，C、D項錯誤。 6．在交流電路中，要減小電容器的容抗，可以(　　) A．減小兩極板的正對面積 B．減小極板間的距離 C．適當增大交變電流的電壓 D．減小交變電流的頻率 解析：選B　容抗與交變電流的電壓無關，頻率減小，容抗增大，C、D錯誤；極板正對面積減小，電容減小，容抗增大，A錯誤；兩板間距離減小，電容增大，容抗減小，B正確。 7.(2017浙江龍游中學檢測)如圖所示的電路中，正弦交流電源電壓的有效值為220 V，則關于交流電壓表的示數(shù)，以下說法中正確的是(　　) A．等于220 V　　 B．大于220 V C．小于220 V D．等于零 解析：選C　雖然交變電流能通過電容器，但也受到阻礙作用，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。 8．直流電源的電壓與交流電源電壓的有效值相同，自感線圈的直流電阻不計，則燈泡發(fā)光最亮的是圖中的(　　) 解析：選D　電容C、電感L都對交流電有阻礙作用，故A、B兩圖中燈泡不是最亮的；C圖中燈泡被短路，不亮；D圖中電容C有隔直流作用，所以D中燈泡最亮。 二、多項選擇題 9．對電容器能通過交變電流的原因，下列說法中正確的是(　　) A．當電容器接到交流電源上時，因為有自由電荷通過電容器，電路中才有交變電流 B．當電容器接到交流電源上時，電容器交替進行充電和放電，電路中才有交變電流 C．在有電容器的交流電路中，沒有電荷定向移動 D．在有電容器的交流電路中，沒有電荷通過電容器 解析：選BD　直流電不能通過電容器，將電容器接在交流電路中，由于電容器上電壓改變，電容器充、放電交替進行，在電路上形成了電流，相當于交變電流“通過”了電容器。電容器通電實質是反復充、放電來實現(xiàn)的，實際并無電荷通過電容器。故B、D正確。 10．關于電感對交變電流影響的說法中，正確的是(　　) A．電感對交變電流有阻礙作用 B．電感對交變電流阻礙作用越大，感抗就越小 C．電感具有“通交流、阻直流，通高頻、阻低頻”的性質 D．線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，電感對交變電流的阻礙作用就越大 解析：選AD　電感對交變電流有阻礙作用，A正確；交變電流頻率越高，線圈的自感系數(shù)越大，即感抗越大，電感對交變電流阻礙作用越大，故D正確，B錯誤；電感具有“通直流、阻交流，通低頻、阻高頻”的特點，故C錯誤。 11．從某一裝置輸出的交流常常既有高頻成分，又有低頻成分。如果只需要把低頻成分輸送到下一級裝置，可采用的電路是圖中的(　　) 解析：選AD　由于只需將低頻成分輸送到下一級裝置，可將高頻成分分流，但低頻成分不能通過，即需要高頻旁路電容器，選項A正確。也可以直接阻礙高頻成分通過，即阻高頻、通低頻，可以采用高頻扼流圈，選項D正確。 12．如圖甲、乙所示是電子技術中的常用電路，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。關于兩圖中負載電阻R上得到的電流特征，下列判斷正確的是(　　 ) 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 解析：選AC　電容器有“通交流、隔直流，通高頻、阻低頻”的特性，題圖甲中電容器隔直流，R得到的是交流成分，A正確，B錯誤；題圖乙中電容器通過交流高頻成分，阻礙交流低頻成分，R得到的是低頻成分，C正確，D錯誤。