2024-2025學年高中物理第五章交變電流3電感和電容對交變電流的影響學案新人教版選修3-2

PAGE10-電感和電容對交變電流的影響1．電感器的感抗及其應用(1)感抗電感對溝通的阻礙作用．(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)實際應用低頻扼流圈——通直流，阻溝通．高頻扼流圈——通直流，通低頻，阻高頻．電感對交變電流的阻礙作用是怎樣形成的？提示：交變電流通過線圈時，由于電流時刻在改變，線圈中產(chǎn)生自感電動勢，自感電動勢總是阻礙電流的改變，就形成了對交變電流的阻礙作用．2．電容器的容抗及其應用(1)容抗電容器對溝通有肯定的阻礙作用．(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?。?3)電路中的電流通過試驗可以看到交變電流能夠通過電容器，其實自由電荷并未通過極板間的絕緣介質(zhì)，只是在交變電壓的作用下，電容器交替進行充電和放電，電路中就有了電流．電容對交變電流的阻礙作用是怎樣形成的？提示：電源電壓推動自由電荷做定向運動，而電容器兩極板上積累的電荷抗拒自由電荷的定向運動，從而產(chǎn)生了電容器對交變電流的阻礙作用．考點一電感器對交變電流的阻礙作用1．電感器對交變電流的阻礙作用的成因通過線圈的電流大小和方向改變，都會引起通過線圈的磁通量發(fā)生改變，從而產(chǎn)生感應電動勢，這種現(xiàn)象就是自感現(xiàn)象．依據(jù)楞次定律，自感電動勢所引起的感應電流總是要使它產(chǎn)生的磁場阻礙線圈內(nèi)原有磁場的改變，所以自感電動勢對線圈中電流的改變有阻礙作用，這樣就形成了對交變電流的阻礙作用，電感對交變電流阻礙作用的大小就稱為感抗．2．感抗的兩個確定因素確定感抗大小的因素有兩個：一是交變電流的頻率，二是自感系數(shù)L.L確定于線圈本身的性質(zhì)，即線圈匝數(shù)、橫截面積、有無鐵芯等因素．3．電感線圈在電路中的作用由上面第一個因素可知：電感線圈對恒定直流(eq\f(ΔI,Δt)＝0)沒有感抗作用，因此電感線圈在電路中的作用可以概括為“通直流，阻溝通”，同時對頻率越高的交變電流感抗越大，即所謂“通低頻，阻高頻”．【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(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無限大，溝通電源的電壓U＝220eq\r(2)sin(100πt)V．若保持電源電壓有效值不變，只將電源頻率改為100Hz，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．答案：BC解析：由U＝220eq\r(2)sin(100πt)V，可得電源原來的頻率為f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz.當電源頻率由原來的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，選項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，選項C正確、D錯誤．電壓表與電感線圈并聯(lián)，表示數(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?。螂娫措妷河行е当３植蛔?，故UL＝(U－UR)增大，選項B正確．總結(jié)提能解答此類題目的關鍵是：(1)電感線圈的感抗XL＝2πfL，在自感系數(shù)不變的狀況下與頻率成正比．(2)能夠正確推斷出電壓表、電流表所測量的元件及電路的連接方式．[多選]關于感抗，下列說法中正確的是(ABC)A．感抗就是由于電流改變時在線圈中產(chǎn)生了自感電動勢，阻礙電流的改變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．感抗雖然對溝通電有阻礙作用，但不消耗能量D．以上說法都不對解析：交變電流通過線圈時，由于自感現(xiàn)象而產(chǎn)生了對交變電流的阻礙作用，其阻礙作用與自感系數(shù)及電流的頻率有關，由于電能僅與磁場能相互轉(zhuǎn)化，電感并不消耗能量，所以A、B、C均正確．2．電阻、感抗、容抗的比較電阻感抗容抗產(chǎn)生的緣由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)象阻礙電流的改變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、溝通均有阻礙作用只對改變的電流，如交變電流有阻礙作用不能通直流，只能通改變的電流．對直流的阻礙作用無限大，對溝通的阻礙作用隨頻率的降低而增大確定因素由導體本身(長短、粗細、材料)確定，與溫度有關由線圈本身的自感系數(shù)和溝通的頻率確定由電容的大小和溝通的頻率確定電能的轉(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轉(zhuǎn)化電能與電場能往復轉(zhuǎn)化【例2】如圖所示，完全相同的三只燈泡a、b、c分別與電阻R、電感器L、電容器C串聯(lián)，然后并聯(lián)到220V、50Hz的溝通電路中，三只燈泡的亮度恰好相同．若保持交變電壓的最大值不變，將交變電流的頻率增大到60Hz，則發(fā)生的現(xiàn)象是()A．三燈亮度不變 B．三燈均變亮C．a(chǎn)不變、b變亮、c變暗 D．a(chǎn)不變、b變暗、c變亮解答本題時要留意以下兩點：(1)電阻、電感器和電容器對交變電流的阻礙作用與哪些因素有關．(2)明確交變電流的頻率增大時電阻、感抗、容抗的改變狀況，進而推斷燈泡亮度的改變狀況．[答案]D[解析]本題主要考查電感器、電容器對交變電流的影響，即感抗、容抗與交變電流頻率的關系．詳細解題過程如下：總結(jié)提能電容器、電感器、電阻這三種電路元件的導電特性不同，接不同的電源電壓，就會產(chǎn)生不同的現(xiàn)象．在溝通電路中，電感器、電容器和電阻對交變電流都有阻礙作用，但對于恒定電流，電感器沒有阻礙作用．[多選]如圖所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在交變電源的兩端，當溝通電源的頻率增加時(AD)A．電流表示數(shù)增大 B．電壓表示數(shù)增大C．燈泡變暗 D．燈泡變亮解析：由頻率增大可知，容抗減小，電流增大，電燈兩端電壓增大，電壓表示數(shù)變小，燈泡功率增大而變亮，故A、D兩項正確．考點三電感器、電容器的應用1．電容器的應用(1)隔直電容器，如圖所示．作用是“通溝通、隔直流”，因為直流電不能通過電容器，溝通電能“通過”電容器．起這樣作用的電容器電容要大些．(2)高頻旁路電容器，如圖所示，作用是“通高頻、阻低頻”，因為對不同頻率的溝通電，頻率越高，容抗越小，頻率越低，容抗越大，即電容對低頻交變電流阻礙作用大．對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．2．電感器的應用(1)低頻扼流圈：可起到“通直流、阻溝通”的作用．(2)高頻扼流圈：可起到“通直流、通低頻、阻高頻”的作用．3．電感和電容的組合應用依據(jù)電感、電容對交變電流阻礙作用的特點，可以將二者結(jié)合到一起來完成肯定的任務．(1)假如將電容器與負載并聯(lián)，然后與電感線圈串聯(lián)，就能更好的起到濾掉電流中溝通成分和高頻成分的作用，如圖所示．(2)假如將電感線圈與負載并聯(lián)，然后與電容器串聯(lián)，就能更好的起到濾掉電流中直流成分和低頻成分的作用，如圖所示．【例3】“二分頻”音響內(nèi)有高音、低音兩個揚聲器，音響要將擴音機送來的含有不同頻率的混合音頻按高頻、低頻段分別出來，送往相應的揚聲器，以便使電流所攜帶的音頻信息按原比例還原成高頻、低頻的機械振動．如圖所示為音響的電路圖，高頻、低頻混合電流由a、b輸入，L1和L2是線圈，C1和C2是電容器，則()A．甲揚聲器是高音揚聲器B．C2的作用是阻礙高頻電流通過乙揚聲器C．L1的作用是阻礙低頻電流通過甲揚聲器D．L2的作用是減弱乙揚聲器的低頻電流解答本題時應把握以下兩點：(1)弄清晰電感器和電容器在電路中的連接方式；(2)依據(jù)電感器和電容器對交變電流的阻礙作用的特點，分析電感器和電容器在電路中的作用．[答案]D[解析]本題的解答過程如下：eq\x(\a\al(L1串聯(lián)在甲電路里，其作用是阻高,頻；C1并聯(lián)在電路里，通過L1的少,量高頻成分由C1濾掉))→eq\x(\a\al(甲是低音揚聲,器，選項A、C錯誤))eq\x(\a\al(C2串聯(lián)在乙電路里，其作用是阻低,頻；L2并聯(lián)在電路里，通過C2的少,量低頻成分由L2濾掉))→eq\x(\a\al(乙是高音揚聲器，,選項B錯誤，D正確))總結(jié)提能分析電感器和電容器在電路中的作用時，關鍵是要理解電感器和電容器的工作特點，依據(jù)電感器和電容器在電路中的連接方式，便可確定電感器和電容器在電路中的作用．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＝1mH，C＝200pF)，此電路的重要作用是(D)A．阻直流通溝通，輸出溝通B．阻溝通通直流，輸出直流C．阻低頻通高頻，輸出高頻溝通D．阻高頻通低頻，輸出低頻溝通和直流解析：線圈的作用是：“通直流、阻溝通，通低頻、阻高頻”．電容的作用：“通溝通、隔直流，通高頻、阻低頻”．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當通過線圈；電容器并聯(lián)在電路中，起旁路作用，因電容器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，被它濾掉，最終輸出的是低頻溝通和直流.1．電容對交變電流影響的下列說法中，錯誤的是(B)A．交變電流能通過電容器B．電容器具有通直流、阻溝通的作用C．電容器電容較小，它具有通高頻、阻低頻的作用D．電容器的電容越大、交變電流的頻率越高，電容器對交變電流的阻礙作用就越小解析：電容器“通溝通、隔直流”，但對溝通電有阻礙作用，電容越大，頻率越高，容抗越小，所以選項A、C、D均正確．B錯誤．2．[多選]電感對交變電流的影響的以下說法中，正確的是(BC)A．電感對交變電流沒有阻礙作用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)有關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3．[多選]如圖所示試驗電路中，若直流電壓和溝通電壓的有效值相等，S為雙刀雙擲開關，下面哪個敘述正確(AC)A．當S擲向a、b時燈較亮，擲向c、d時燈較暗B．當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來時燈變亮D．S擲向c、d，電源電壓不變，而使頻率減小時，燈變暗解析：線圈對恒定電流無感抗，對交變電流有感抗，當交變電流頻率減小時，感抗變小，燈變亮，并且是有鐵芯時感抗更大，故鐵芯抽出時燈變亮．4．在如圖所示電路中，交變電源是有效值為220V的電源，C是電容器，R是電阻，關于溝通電壓表的示數(shù)，下列說法中正確的是(C)A．等于220VB．大于220VC．小于220VD．等于零解析：雖然交變電流能通過電容器，但對溝通有阻礙作用，電容器的容抗與電阻串聯(lián)，依據(jù)串聯(lián)分壓原理可知電阻兩端電壓應小于電源電壓，而電壓表測的是電阻兩端的電壓，故選項C正確．5．[多選]如圖所示的電路中，a、b兩端連接的溝通電源既含高頻溝通，又含低頻溝通，L是一個25mH的高頻扼流圈，C是一個100pF的電容器，R是負載電阻，下列說法正確的是(ACD)A．L的作用是“通低頻，阻高頻”