交流電路中的電容和電感

1、第3節(jié)交流電路中的電容和電感學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.了解電感、電容對(duì)交變電流的阻礙作用(重點(diǎn))2.了解感抗的概念及影響感抗大小的因素(難點(diǎn))3.了解容抗概念及影響容抗大小的因素(難點(diǎn))4.會(huì)用電感和電容對(duì)交變電流的影響分析交變電路(重點(diǎn))自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知知識(shí)梳理一、電容、電感對(duì)直流和交流的影響1實(shí)驗(yàn)電路如圖3­3­1所示，將雙刀雙擲開(kāi)關(guān)S分別接到電壓相等的直流電源和交流電源上，觀察燈泡的亮暗(三只燈泡相同)圖3­3­12實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象L1L2L3直流電源(S2斷開(kāi))亮不亮亮交流電源(S2斷開(kāi))亮較亮較暗交流電源(S2閉合)亮亮較暗3

2、實(shí)驗(yàn)表明(1)電阻器對(duì)直流和交流的影響是相同的；(2)電容器不能讓直流通過(guò)卻能讓交流通過(guò)，但對(duì)交流有一定的阻礙作用；(3)電感器既能讓直流通過(guò)也能讓交流通過(guò)，但對(duì)交流有一定的阻礙作用二、電容器的容抗及其應(yīng)用1容抗電容器對(duì)交流有一定的阻礙作用2影響容抗的因素電容器的電容和交變電流的頻率，電容越大，頻率越高，容抗越小3實(shí)際應(yīng)用隔直電容器“隔直流，通交流”高頻旁路電容器“阻低頻，通高頻”三、電感器的感抗及其應(yīng)用1感抗電感對(duì)交流的阻礙作用2影響感抗的因素電感器的自感系數(shù)和交變電流的頻率自感系數(shù)越大、交變電流的頻率越高，感抗越大3實(shí)際應(yīng)用低頻扼流圈“阻交流，通直流”高頻扼流圈“阻高頻，通低頻”基礎(chǔ)自測(cè)思

3、考判斷1電阻器對(duì)直流和交流的阻礙作用是不同的(×)2電感器對(duì)恒定電流不起阻礙作用()3電容器對(duì)交流電流不起阻礙作用(×)4電容器在交變電路中，相當(dāng)于一個(gè)電阻，具有分壓作用()5交流電的頻率越低，電容器對(duì)其阻礙作用越大()6電容器是通直流、阻交流，通高頻、阻低頻(×)7電感對(duì)交變電流阻礙作用越大，感抗就越小(×)8交流電的頻率越低，電感器對(duì)其的阻礙作用越弱()9高頻扼流圈比低頻扼流圈的匝數(shù)多，自感系數(shù)大(×)合作探究1直流電路和交流電路中影響電壓和電流關(guān)系的因素一樣嗎？【提示】不完全一樣直流電路中影響電壓和電流關(guān)系的是電阻，而交流電路中影響電壓和

4、電流關(guān)系的不僅有電阻，還有線圈的感抗與電容器的容抗，它們對(duì)交變電流表現(xiàn)出不同的行為，存在著不同的作用，有著本質(zhì)的區(qū)別2為什么電容器與直流電源相連時(shí)，不能形成持續(xù)的電流？【提示】當(dāng)電容器與直流電源的兩極相連接時(shí)，接通的瞬間因電容器充電產(chǎn)生瞬時(shí)電流，充電完畢后，電容器兩極板間電壓與電源兩極間電壓相等，電路中沒(méi)有電流3純電感線圈對(duì)交流電流和直流電流都有阻礙作用嗎？【提示】純電感線圈對(duì)交流電流有阻礙作用，而對(duì)直流電流沒(méi)有阻礙作用合 作 探 究·攻 重 難電容、電感對(duì)直流和交流的影響1.實(shí)驗(yàn)探究準(zhǔn)備3只相同的小燈泡L1、L2、L3，電阻器、電容器、電感器(帶鐵芯的線圈)各1只，6 V低壓直流電

5、源、6 V低壓交流電源各1個(gè)，雙刀雙擲開(kāi)關(guān)1個(gè)，單刀開(kāi)關(guān)4個(gè)，導(dǎo)線若干圖3­3­2(1)按圖3­3­2連接電路(2)閉合單刀開(kāi)關(guān)S1、S2、S3，把雙刀雙擲開(kāi)關(guān)S扳到a、b一邊，將低壓直流電源接入電路，觀察3只小燈泡的亮度(3)把雙刀雙擲開(kāi)關(guān)S扳到c、d一邊，將低壓交流電源接入電路，觀察3只小燈泡亮度變化(4)將開(kāi)關(guān)S4閉合，觀察小燈泡L2亮度變化2實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)電阻器對(duì)直流和交流的影響電阻器對(duì)直流和交流的影響是相同的，且電阻定律、歐姆定律等規(guī)律在直流和交流電路中都是適用的(2)電容器對(duì)直流和交流的影響電容器不讓直流通過(guò)卻讓交流通過(guò)，但對(duì)交流有一定的阻礙

6、作用(3)電感器對(duì)直流和交流的影響電感器既能讓直流通過(guò)也能讓交流通過(guò)，但對(duì)交流有一定的阻礙作用針對(duì)訓(xùn)練1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(jì)，則燈泡發(fā)光最亮的是圖中的()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：11452070】D電容C、電感L都對(duì)交流電有阻礙作用，故A、B兩圖中燈不是最亮的；C圖中燈被短路，不亮；D圖中電容C有隔直流作用所以D中燈泡最亮2如圖3­3­3所示，三個(gè)燈泡完全相同，而且耐壓足夠，電源內(nèi)阻忽略不計(jì)當(dāng)單刀雙擲開(kāi)關(guān)S接A穩(wěn)定時(shí)，三個(gè)燈泡亮度相同，那么S接B穩(wěn)定時(shí)()圖3­3­3A三個(gè)燈泡亮度相同B只有丙燈泡不亮，乙燈泡最亮C甲燈泡和乙

7、燈泡亮度相同，丙燈泡不亮D甲燈泡最亮，丙燈泡不亮B當(dāng)開(kāi)關(guān)S接A穩(wěn)定時(shí)，三個(gè)燈泡亮度相同，則R、L、C三個(gè)元件對(duì)交變電流的阻礙作用相同當(dāng)開(kāi)關(guān)S接B穩(wěn)定時(shí)，由于電源為直流電源，則電感器L的電感對(duì)直流電流無(wú)阻礙作用，但L的電阻有一定的阻礙作用，電容器C有隔直流作用，所以只有丙燈泡不亮，乙燈泡最亮，選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確電容器的容抗及其應(yīng)用1.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(lái)說(shuō)，當(dāng)電源電壓推動(dòng)它們向某一方向做定向運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容器極板上積累的電荷卻阻礙它們向該方向做定向運(yùn)動(dòng)，這就產(chǎn)生了電容對(duì)交流電的阻礙作用2容抗(1)定義：電容器對(duì)交變電流的阻礙作用(2)容抗的大小由電容器的

8、電容和交變電流的頻率共同決定電容器的電容越大，交變電流的頻率越高，容抗就越小；電容器的電容越小，交變電流的頻率越低，容抗就越大容抗XC，表示容抗與交變電流頻率f和電容C都成反比(3)容抗XC的單位是歐姆，在交變電路中類(lèi)似于一個(gè)電阻3電容器在電路中的作用(1)“隔直流，通交流”的作用：因?yàn)殡娙萜鲀蓸O板間是絕緣的，所以有“隔直”作用，而對(duì)交變電流，電容器交替進(jìn)行充電、放電，電路中就有了電流，所以有“通交”作用如隔直電容器(2)“通高頻，阻低頻”的作用：電容較小的電容器，對(duì)高頻交流電的容抗小，阻礙??；對(duì)低頻交流電的容抗大、阻礙大因此這種電容器用來(lái)“通高頻、阻低頻”，如高頻旁路電容器4電容器對(duì)交變電流

9、作用的應(yīng)用(1)隔直電容器，如圖3­3­4甲所示，作用是“通交流、隔直流”，因?yàn)橹绷麟姴荒芡ㄟ^(guò)電容器，交流電能“通過(guò)”電容器起這樣作用的電容器電容要大些甲乙圖3­3­4(2)高頻旁路電容器，如圖3­3­4乙所示，作用是“通高頻、阻低頻”，因?yàn)閷?duì)不同頻率的交流電，頻率越高，容抗越小，頻率越低，容抗越大，即電容對(duì)低頻交變電流阻礙作用大，對(duì)高頻交變電流阻礙作用小起這樣作用的電容器電容要小些(多選)如圖3­3­5所示的電路，為一交流發(fā)電機(jī)，C為一平行板電容器，為使電流表示數(shù)增加，可行的辦法是()A使發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加B使發(fā)電

10、機(jī)的轉(zhuǎn)速減少C將平行板電容器兩極板間的電介質(zhì)換為介電常數(shù)較小的電介質(zhì)D使電容器兩極板間距離減小圖3­3­5思路點(diǎn)撥：分析本題應(yīng)弄清以下幾個(gè)問(wèn)題：交變電流頻率的變化；電容器電容量的決定因素；容抗的決定因素AD發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，交變電流頻率增大，容抗變小，電流變大，所以選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；電介質(zhì)的介電常數(shù)減小，電容變小，容抗變大，電流減小，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電容器兩極板間距離減小，電容增大，容抗變小，電流增大，所以選項(xiàng)D正確含電容器電路的處理方法(1)明確影響容抗大小的因素：電容量越大、頻率越大，容抗越小(2)明確電容器對(duì)電流的作用：通交流、隔直流；通高頻、阻低頻(3)明確電容器的

11、連接方式，結(jié)合串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)解題針對(duì)訓(xùn)練3(多選)電容器對(duì)交變電流的影響的以下說(shuō)法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：11452071】A電容器對(duì)交變電流有阻礙作用B電容器對(duì)交變電流的阻礙作用越小，容抗越大C電容器具有“通直流、隔交流，通低頻、阻高頻”的作用D電容器的電容越大、交變電流的頻率越高，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用就越小AD電容器對(duì)交變電流有阻礙作用，這種阻礙作用與交變電流的頻率和電容器的電容有關(guān)，頻率越高，電容越大，阻礙作用越小4(多選)如圖3­3­6所示，平行板電容器與燈泡串聯(lián)，接在交流電源上的燈泡正常發(fā)光，則()圖3­3­6A把電介質(zhì)插入電容器，燈

12、泡一定變亮B把電容器兩極板距離增大，燈泡一定變亮C使電容器兩極板正對(duì)面積減小，燈泡一定變亮D使交流電頻率增加，燈泡變亮AD由電容器電容的決定式C可知：插入電介質(zhì)，電容C增大；極板間距離d增大，C減小；減小兩極板正對(duì)面積，C減小因電容越大，容抗越小，對(duì)交變電流的阻礙作用越小，故A正確，B、C錯(cuò)誤；電容器具有“通高頻、阻低頻”的作用，交流電頻率越高，對(duì)電流阻礙作用越小，故D正確電感器的感抗及其應(yīng)用1.電感器對(duì)交變電流阻礙作用的原因交變電流通過(guò)線圈時(shí)，由于交變電流的大小和方向隨時(shí)間做周期性變化，線圈的自感電動(dòng)勢(shì)要阻礙電流的這種變化，這就是電感對(duì)交變電流的阻礙作用2感抗電感線圈對(duì)電流的阻礙作用感抗用“

13、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)系電感線圈對(duì)交變電流阻礙作用的大小用感抗來(lái)表示，線圈的自感系數(shù)(電感)越大，交變電流的頻率越高，產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)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(lèi)根據(jù)線圈對(duì)交流電的阻礙作用不同分類(lèi)：(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“阻交流、通直流”(2)高頻扼流圈構(gòu)造：它的線圈有的是繞在圓柱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

14、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“阻高頻、通低頻”(多選)如圖3­3­7所示，甲、乙中電源為交流電源，丙中電源為直流電源，各電路中線圈自感系數(shù)相同且直流電阻不計(jì)，各電壓表示數(shù)都相同，各燈泡型號(hào)也相同，下列說(shuō)法正確的是()圖3­3­7A燈L1比燈L2亮B燈L3比燈L1亮C燈L2與燈L3一樣亮D燈L1與燈L3一樣亮思路點(diǎn)撥：要明確電感器對(duì)交變電流有阻礙作用，并結(jié)合電感與燈泡的串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析BC題圖甲中電源電壓UU1UL1，線圈對(duì)交流有阻礙作用，U10，燈泡兩端電壓UL1U；題圖乙中線圈與燈泡并聯(lián)，燈泡兩端電壓UL2U；題圖丙

15、中，線圈對(duì)直流沒(méi)有阻礙作用，燈泡兩端電壓UL3U，故UL1UL2UL3.又各燈泡型號(hào)相同，故L2與L3一樣亮且都比L1亮，選項(xiàng)B、C正確，選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤含電感器電路的處理思路(1)明確影響感抗大小的因素：自感系數(shù)越大、頻率越大，感抗越大(2)明確電感器對(duì)電流的作用：通直流、阻交流，通低頻、阻高頻(3)理清電路的連接方式，結(jié)合串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)解題針對(duì)訓(xùn)練5(多選)如圖3­3­8所示電路中，L為電感線圈，R為燈泡，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無(wú)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(shuō)法正確的是()圖3

16、3;3­8A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BC由u220sin 100t V可得電源原來(lái)的頻率為f Hz50 Hz.當(dāng)電源頻率由原來(lái)的50 Hz增為100 Hz時(shí)，線圈的感抗增大；在電壓的有效值不變的情況下，電路中的電流減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤燈泡的電阻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)，電壓表的示數(shù)為電感線圈兩端的電壓UL；設(shè)燈泡兩端電壓為UR，則電源電壓的有效值UULUR，因URIR，故電流減小時(shí)，UR減小，因電源電壓保持不變，故UL增大，選項(xiàng)B正確6.(多選)如圖3­3­9所示的電路中

17、，a、b兩端連接的交流電源既含高頻交流，又含低頻交流，L是一個(gè)25 mH的高頻扼流圈，C是一個(gè)100 pF的電容器，R是負(fù)載電阻下列說(shuō)法中正確的是()AL的作用是“通低頻、阻高頻”BC的作用是“通交流、隔直流”CC的作用是“通高頻、阻低頻”D通過(guò)R的電流中，低頻交流所占的百分比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻交流所占的百分比圖3­3­9ACDL是一個(gè)自感系數(shù)很小的高頻扼流圈，其作用是“通低頻、阻高頻”，選項(xiàng)A正確；C是一個(gè)電容很小的電容器，在題圖所示電路中，對(duì)高頻交流的容抗遠(yuǎn)小于對(duì)低頻交流的容抗，其作用是“通高頻、阻低頻”，選項(xiàng)C正確；因電路中無(wú)直流電流，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于L對(duì)高頻交流的阻礙作用

18、和C對(duì)高頻交流的旁路作用，使得通過(guò)R的電流中，低頻交流所占的百分比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻交流所占的百分比，選項(xiàng)D正確當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1關(guān)于電容器能夠通交變電流的原因，下列說(shuō)法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：11452072】A當(dāng)電容器接到交流電源上時(shí)，因?yàn)橛凶杂呻姾赏ㄟ^(guò)電容器，電路中才有電流B當(dāng)電容器接到交流電源上時(shí)，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中才有電流C在有電容器的交流電路中，沒(méi)有電荷定向移動(dòng)D以上說(shuō)法均不正確B當(dāng)把電容器接到交流電源上時(shí)，因?yàn)殡娏鞯拇笮『头较螂S時(shí)間做周期性變化，使電容器交替充電、放電，電路中就有了電流所以只有選項(xiàng)B正確2.如圖3­3­10所示的電路中，正弦交流電壓的有