3　電感和電容對(duì)交變電流的影響

1、3電感和電容對(duì)交變電流的影響學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.電感和電容對(duì)交變電流的影響(重點(diǎn))2電感器和電容器的應(yīng)用(重點(diǎn))3電感和電容對(duì)交變電流阻礙作用的理解(難點(diǎn))4影響感抗和容抗大小的因素(難點(diǎn))電感器對(duì)交變電流的阻礙作用1實(shí)驗(yàn)探究(1)實(shí)驗(yàn)電路如圖5­3­1所示，帶鐵芯的線圈L與小燈泡串聯(lián)，先接直流電源，再接到交流電源上，取直流電源的電壓與交流電源的電壓有效值相等甲乙圖5­3­1(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：接通直流電源時(shí)，燈泡亮些，接通交流電源時(shí)，燈泡暗些(3)實(shí)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)交變電流阻礙作用的大小的物

2、理量(2)影響因素：線圈的自感系數(shù)越大，交流的頻率越高，感抗越大(3)應(yīng)用：扼流圈低頻扼流圈：可以用來“通直流，阻交流”高頻扼流圈：可以用來“通直流、通低頻，阻高頻”1電感對(duì)交變電流阻礙作用越大，感抗就越小(×)2交流電的頻率越高，電感對(duì)交流的阻礙作用越大()3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)勢總是阻礙電流的變化()電感線圈對(duì)交變電流的阻礙作用為什么隨線圈的自感系數(shù)、交變電流的頻率的增大而增大呢？【提示】電感線圈的阻礙作用是由交變電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢引起的，自感系數(shù)越大時(shí)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢也越大；交變電流的頻率越高，電流的變化率也越大，感應(yīng)電動(dòng)勢也就越大，所

3、以阻礙作用就越大，感抗也就越大如圖5­3­2所示，閉合開關(guān)后燈泡發(fā)光，交流電源的頻率可以改變，但輸出電壓的有效值不變圖5­3­2探討1：當(dāng)交流電源的頻率增大時(shí)，小燈泡的亮度會(huì)如何變化？【提示】電源的頻率增大，電感線圈的感抗增大，小燈泡變暗些探討2：當(dāng)交流電源的頻率減小時(shí)，小燈泡的亮度會(huì)如何變化？【提示】電源的頻率減小時(shí)，電感線圈的感抗減小，小燈泡變亮些1電感線圈對(duì)交變電流的阻礙作用的本質(zhì)交變電流通過線圈時(shí)，由于電流時(shí)刻都在變化，所以自感現(xiàn)象就不斷地發(fā)生，而自感電動(dòng)勢總是要阻礙電流變化的，這就是線圈的電感對(duì)交變電流的阻礙作用因此，感抗的產(chǎn)生是由線圈的自感現(xiàn)

4、象引起的直流電通過線圈時(shí)，電流的大小、方向都不變，線圈中不產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，也就沒有感抗2感抗電感線圈對(duì)電流的阻礙作用感抗用“XL”表示，XL2fLL，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(guān)系線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢就越大，感抗就越大，對(duì)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(duì)交流電的阻礙作用不同分類：(1)低頻扼流圈構(gòu)造：閉合鐵芯、繞在鐵芯上的線圈特點(diǎn)：匝數(shù)多、自感系數(shù)L大、電阻很小它對(duì)低頻交流會(huì)產(chǎn)生很大的阻礙作用，而對(duì)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)高頻扼流圈構(gòu)造：它的線圈有的是繞在圓柱

5、形的鐵氧體芯上或空心特點(diǎn)：匝數(shù)少，自感系數(shù)L小它只對(duì)頻率很高的交流產(chǎn)生很大的阻礙作用，而對(duì)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”1(多選)在如圖5­3­3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，交流電源的電壓u220sin 100t V，若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為100 Hz，下列說法正確的是()圖5­3­3A電流表示數(shù)減小B電壓表示數(shù)減小C燈泡變暗D燈泡變亮【解析】由u220sin 100t V，可得電源原來的頻率為f Hz50 Hz.當(dāng)電源頻率由原來的50 Hz增為100

6、 Hz時(shí)，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(xiàng)A正確燈泡的電阻R是一定的電流減小時(shí)，實(shí)際消耗的電功率PI2R減小，燈泡變暗，選項(xiàng)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，則電源電壓的有效值為UULUR，因URIR，故電流I減小時(shí)，UR減小因電源電壓有效值保持不變，故ULUUR，UL增大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤【答案】AC2(多選)關(guān)于電子技術(shù)中的扼流圈，下列說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：05002105】A扼流圈是利用電感線圈對(duì)交流電的阻礙作用來工作的B高頻扼流圈的作用是允許低頻交流通過，而阻礙高頻交流通過C低頻扼流圈的作用是不僅要阻礙高頻交

7、流通過，還要阻礙低頻交流通過D高頻扼流圈的電感比低頻扼流圈的電感大【解析】扼流圈是利用變化的電流通過線圈時(shí)，感應(yīng)出自感電動(dòng)勢，從而來阻礙電流的變化，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“阻交流，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【答案】ABC3在電子技術(shù)中，從某一裝置輸出的電流既有高頻成分，又有低頻成分如果只需把低頻成分輸送到下一級(jí)裝置，如圖5­3­4所示，則下列做法合理的是()圖5­3­4A在ab間接入一個(gè)電容器B在ab間接入一個(gè)低頻扼流圈C在ab間接入一個(gè)高頻扼流圈D在ab間接入一個(gè)電容器或高頻

8、扼流圈或低頻扼流圈都可以【解析】電容器是“通高頻，阻低頻”，低頻扼流圈是“通直流，阻交流”，而高頻扼流圈“通低頻，阻高頻”故C對(duì)【答案】C含電感器交流電路的動(dòng)態(tài)分析方法1分析電路中各元件的串、并聯(lián)關(guān)系2明確交流電源頻率的變化情況3根據(jù)電感器中線圈匝數(shù)、形狀、橫截面積、長短和是否插入鐵芯，判斷自感系數(shù)的情況4判斷感抗的變化情況5確定含電感器支路電流、電壓的變化情況電容器對(duì)交變電流的阻礙作用1交變電流能通過電容器(1)實(shí)驗(yàn)電路(如圖5­3­5)圖5­3­5(2)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠Ⅱ?yàn)證電容器對(duì)交變電流的阻礙作用(3)實(shí)驗(yàn)方法：把白熾燈和電容器串聯(lián)起來，先把它們接

9、到直流電源上，再把它們接到交流電源上，觀察燈泡的發(fā)光情況把電容器從電路中取下來，使燈泡直接與交流電源相連，再觀察燈泡的發(fā)光情況(4)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象接到直流上的燈泡不亮，接到交流上的燈泡亮把電容器從電路中取下來，使燈泡直接與交流電源相連，燈泡要比接有電容器時(shí)亮(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)論交變電流能夠“通過”電容器，直流不能通過電容器電容器對(duì)交變電流有阻礙作用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，交流的頻率越高，容抗越小(3)電容器特點(diǎn)：“通交流、隔直流；通高頻、阻低頻”1電容器在交變電路中，相當(dāng)于一個(gè)電阻，具有分壓作用()2電容器接到交流電

10、源時(shí)，有自由電荷通過電容器(×)3電容器的電容越大，容抗就越大(×)感抗的實(shí)質(zhì)是由線圈的自感現(xiàn)象引起的，那么，電容器對(duì)交變電流阻礙作用的實(shí)質(zhì)是什么呢？【提示】當(dāng)交變電流“通過”電容器時(shí)，給電容器充電或放電，在電容器兩極板形成跟原電壓相反的電壓，這就對(duì)電流產(chǎn)生了阻礙作用如圖5­3­6所示，將一電容器接入電路中，當(dāng)接入恒定電壓的電源時(shí)，燈泡不亮；當(dāng)接入交流電源時(shí)，燈泡發(fā)光圖5­3­6探討1：交變電流是如何“通過”電容器的？【提示】所謂交變電流能“通過”電容器，其實(shí)是電容器不斷充電和放電的一個(gè)交替過程探討2：當(dāng)交流電源的電壓有效值不變，其頻

11、率變化時(shí)，燈泡的亮度如何變化？【提示】當(dāng)交流電源的頻率升高時(shí)，燈泡變亮；當(dāng)交流電源的頻率降低時(shí)，燈泡變暗1交變電流是怎樣通過電容器的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(zhì))，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(dāng)電壓升高時(shí)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5­3­7甲所示；當(dāng)電壓降低時(shí)，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5­3­7乙所示由于電容器反復(fù)不斷的充電、放電，使電路中有持續(xù)的交變電流甲乙圖5&

12、#173;3­72對(duì)容抗及“阻礙”作用的理解(1)對(duì)容抗的理解：容抗是表示電容器對(duì)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(guān)，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(dāng)交變電流的頻率增加時(shí)，容抗減小(2)電容器對(duì)交變電流的阻礙作用：對(duì)導(dǎo)線中形成電流的自由電荷來說，當(dāng)電源的電壓推動(dòng)它們向某一方向做定向移動(dòng)的時(shí)候，電容器兩極板上積累的電荷卻反抗它們向這個(gè)方向做定向移動(dòng)，這就產(chǎn)生了對(duì)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”3電阻、感抗、容抗的區(qū)別電阻感抗容抗產(chǎn)生的原因定向移動(dòng)的自由電

13、荷與不動(dòng)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(duì)向這個(gè)方向定向移動(dòng)的電荷的反抗作用在電路中的特點(diǎn)對(duì)直流、交流均有阻礙作用對(duì)交流有阻礙作用對(duì)直流的阻礙作用無限大，對(duì)交流的阻礙作用隨頻率的降低而增大決定因素由導(dǎo)體本身(長短、粗細(xì)、材料)決定，與溫度有關(guān)由線圈本身的自感系數(shù)和交流的頻率f決定由電容的大小和交流的頻率f決定電能的轉(zhuǎn)化與做功電流通過電阻做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電能和磁場能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場能往復(fù)轉(zhuǎn)化4(多選)如圖5­3­8所示，接在交流電源上的電燈泡正常發(fā)光，以下說法正確的是()圖5­3­8A把電介質(zhì)插入電容器，燈泡

14、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使交變電流頻率減小，燈泡變暗【解析】電容器的電容與介電常數(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)；減小電容器兩極正對(duì)面積，電容減小，容抗增大，燈泡變暗，C正確；交流電的頻率減小，容抗增大，燈泡變暗，D正確【答案】ACD5如圖5­3­9所示的電路，一燈泡和一可變電容器串聯(lián)，下列說法不正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：05002106】圖5­3­

15、;9Aa、b端接恒穩(wěn)直流電，燈泡發(fā)亮Ba、b端接交變電流，燈泡發(fā)亮Ca、b端接交變電流，燈泡發(fā)亮，且將電容器電容增大時(shí)，燈泡亮度增大Da、b端接交變電流，燈泡發(fā)亮，在不改變交變電流有效值的情況下增大其頻率，燈泡亮度增大【解析】電容器有“通交流、隔直流、通高頻、阻低頻”的特點(diǎn)，A錯(cuò)，B對(duì)；容抗大小與電容器電容成反比，電容越大，容抗越小，燈泡越亮，C對(duì)；容抗大小與交流電的頻率成反比，頻率越大，容抗越小，燈泡越亮，D對(duì)【答案】A6如圖5­3­10所示是一個(gè)判斷AB之間電源性質(zhì)的儀器，若接通電源后只有綠燈亮，則AB之間是什么電源？若只有紅燈亮或黃燈亮，AB之間電源又如何？圖5­3­10【解析】由于電容器C具有隔直流的