第3课时电感和电容对交变电流的影响

第3课时电感和电容对交变电流的影响【自主探究】情景导入交变电流能通过电容器，自由电荷真的通过电容器了吗？电容器的两极板之间是绝缘的，不论是恒定电流还是交变电流，自由电荷都不能通过两极板之间的绝缘体（电介质）。通常所说的交变电流“通过”电容器，并非有自由电荷穿过了电容器，而是在交流电源的作用下，当电压升高时，电容器充电，电容器极板上的电荷量增多，形成充电电流，当电压降低时，电容器放电，电容器极板上的电荷量减少，形成放电电流，由于电容器反复不断地充电和放电，使电路中有持续的交变电流，表现为交变电流“通过”了电容器。知识清单1、电感器对交变电流的阻碍作用⑴电感器对交变电流有阻碍作用，阻碍作用的大小用感抗来表示。影响电感器对交变电流阻碍作用大小的因素：线圈的自感系数和交流电的频率。线圈的自感系数越大、交流电的频率越高，电感对交变电流的阻碍作用越大。即线圈的感抗就越大。(2)电感器在电路中的作用：通直流，阻交流；通低频，阻高频。“通直流，阻交流”这是对两种不同类型的电流而言的，因为（恒定）直流电的电流不变化，不能引起自感现象，交流电的电流时刻改变，必有自感电动势产生来阻碍电流的变化。“通低频，阻高频”这是对不同频率的交流而言的，因为交变电流的频率越高，电流变化越快，自感作用越强，感抗也就越大。（3）电感器的应用扼流圈：扼流圈是利用电感阻碍交变电流的作用制成的电感线圈。分低频扼流圈和高频扼流圈两类：低频扼流圈构造：线圈绕在铁芯上，匝数多，自感系数大，电阻较小作用：通直流，阻交流高频扼流圈构造：线圈绕在铁氧体上，匝数少，自感系数小（铁芯易磁化使自感系数增大，铁氧体不易磁化，自感系数很小）作用：通低频，阻高频2、电容器对交变电流的阻碍作用⑴电容器对交变电流有阻碍作用，阻碍作用的大小用容抗来表示。影响电容器对交变电流阻碍作用大小的因素有电容器的电容与交流电的频率，电容器的电容越大、交流电的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用越小。即线圈的容抗就越大。（2）电容器在电路中的作用：通交流，隔直流；通高频，阻低频。信号和交流信号，如图1所示，该电路中的电容就起到“隔直流，通交流”的作用，其电容器叫耦合（或隔直）电容器。在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有高频成分，又有低频成分，若在下一级电路的输入端并联一个电容器，就可只把低频成分的交流信号输送到下一级装置，如图2所示，具有这种“通高频，阻低频”用途的电容器叫高频旁路电容器。【互动新课堂】疑难分析1、为什么电感器对交变电流有阻碍作用？将交变电流通入电感线圈，由于线圈中的电流大小和方向都时刻变化，根据电磁感应原理，电感线圈中必产生自感电动势，以阻碍电流的变化，因此交流电路的电感线圈对交变电流有阻碍作用。2、为什么电容器对交变电流有阻碍作用？当电源电压推动电路中形成电流的自由电荷向某一方向做定向移动的时候，电容器两极板上积累的电荷要反抗自由电荷向这个方向做定向移动，因此交流电路的电容对交变电流有阻碍作用。3、电阻、电感器、电容器对交变电流阻碍作用的区别与联系电阻电感器电容器产生的原因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞由于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，只能通变化的电流．对直流的阻碍作用无限大，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，与温度有关由导体本身的自感系数和交流的频率f决定由电容的大小和交流的频率决定电能的转化与做功电流通过电阻做功，电能转化为内能电能和磁场能往复转化电流的能与电场能往复转化典型例题一、电感对交流电的阻碍作用【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．一块铁插进线圈之后，该灯将A．变亮B．变暗C．对灯没影响D．无法判断【解析】线圈和灯泡是串联的，当铁插进线圈后，电感线圈的自感系数增大，所以电感器对交变电流阻碍作用增大，因此电路中的电流变小，则灯变暗。【答案】B二、电容对交流电的阻碍作用【例2】如图所示，接在交流电源上的电灯泡正常发光，以下说法正确的是A．把电介质插入电容器，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【解析】把电介质插入电容器，电容增大，电容器对交变电流阻碍作用变小，所以灯泡变亮，故A正确。增大电容器两极板间的距离，电容变小，电容器对交变电流阻碍作用变大，所以灯泡变暗故B错。减小电容器两极板间的正对面积，电容变小灯泡变暗正确，故C正确。交变电流频率减小，电容器对交变电流阻碍作用增大，灯泡变暗，故D正确。【答案】ACD三、电感、电容、电阻对交流电的阻碍作用的比较【例3】如图所示，把电阻R，电感线圈L，电容C并联，接到一个交流电源上，三个电流表示数相同，若保持电源电压大小不变，而将电源频率增大，则三个电流表示数I1、I2、I3的关系是A、I1=I2=I3B、I1I2I3C、I2I1I3D、I3I1I2【解析】交流电频率增大，电阻R对电流的阻碍作用不变所以A1表读数不变。频率增大，电感线圈对交变电流阻碍作用增大，对电流的阻碍作用变大，所以电流变小，A2表读数变小。频率增大，电容器对交变电流阻碍作用变小，对电流的阻碍作用变小，所以电流变大，A3表读数变大故答案为D。【答案】D【例4】如图所示是电视机电源部分的滤波装置，当输入端输入含有直流成分、交流低频成分的电流后，能在输出端得到较稳定的直流电，试分析其工作原理及各电容和电感的作用。【解析】当含有多种成分的电流输入到C1两端，由于C1的“通交流、隔直流”的功能，电流中的交流成分被衰减，而线圈L有“通直流、阻交流”的功能，直流成分电流顺利通过L，一小部分交流通过L，到达C2两端时，由于C2的“通交流、隔直流”的功能，C2进一步滤除电流中残余的交流成分，这样在输出端得到较稳定的直流电．这个直流电供电视机内芯正常工作。【创新训练】基础巩固1.关于电感对交变电流的影响，下列说法中正确的是A.电感不能通直流电流，只能通交变电流B.电感对各种不同频率的交变电流的阻碍作用相同C.同一只电感线圈对频率低的交变电流的阻碍较小D.同一只电感线圈对频率高的交变电流的阻碍较小.【答案】C2.如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交变电源的频率增加时A.电容器电容增大B.电容器电容减小C.电灯变暗D.电灯变亮【答案】D3.两个相同的灯泡L1和L2，分别与两个相同的电容器C1和C2连接，如图所示.图中甲电路两端加恒定电压U1，乙电路两端加最大值1.2U1的正弦交变电压U2，则此两灯的发光情况是A.L1灯比L2灯亮B.L1灯发光，L2灯不发光C.L1灯不发光，L2灯发光D.两灯亮度相同【答案】C4.如图所示的交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，交流电的频率增大时，可以观察到三盏电灯亮度的变化情况是A.L1、L2、L3亮度都不变B.L2变暗，L2不变、L3变亮C.L1变暗、L2变亮、L3不变D.L1变亮、L2变暗、L3不变【答案】C5.下列关于低频扼流圈和高频扼流圈对交流电的阻碍作用的说法中，正确的有A.低频扼流圈对低频交流电有很大的阻碍作用，对高频交流电的阻碍作用就更大B.低频扼流圈对低频交流电有很大的阻碍作用，对高频交流电的阻碍作用就较小C.高频扼流圈对高频交流电有很大的阻碍作用，对低频交流电的阻碍作用就更大D.高频扼流圈对高频交流电有很大的阻碍作用，对低频交流电的阻碍作用就较小【答案】AD6.如图所示，某电子电路的输入端输入电流既有直流成分，又有交流低频成分和交流高频成分.若通过该电路只把交流的低频成分输送到下一级，那么关于该电路中各器件的作用，下列说法中正确的有A.L在此的功能为通直流，阻交流，叫高频扼流圈B.C1在此的功能为通交流，隔直流，叫隔直电容C.C2在此的功能为通高频、阻低频，叫做高频旁路电容D.上述说法都不对【答案】BC7.对电容器能通交变电流的原因，下列说法中正确的有A.当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流B.当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有交变电流C.在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动D.在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器【答案】BD拓展训练8.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，那么有关各元器件的作用的说法中，正确的有A.C1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，它的滑动片上下移动可以改变输出端电压的大小C.C2为隔直电容器，交流低频成分通过该电容输出D.C1的电容较大、C2的电容较小【答案】ABC9.如图所示，开关S与直流恒定电源接通时，L1、L2两灯泡的亮度相同，若将S与交变电源接通A.L1和L2两灯泡亮度仍相同B.L1比L2更亮些C.L1比L2更暗些D.若交变电源电压的有效值与直流电压相同，两灯与原来一样亮【答案】B10.如图所示，L1、L2为两个相同的灯泡，开关S接通恒定直流电源时，灯泡L1发光，L2不亮，后将S与有效值和直流电压相同的交变电源接通，这时A，L2比L1更亮些B.L2比L1更暗些C.L2仍然不亮D．L2可能和L1一样亮【答案】D11.两只完全相同的灯泡L1和L2分别与相同的电感串联，组成如图所示的甲、乙两个相同的部分电路.现在甲电路两端加恒定电压U，L1灯发光；而在乙电路两端加最大电压为2U的正弦交变电压，L2灯也发光.比较两灯的明暗程度，是L1灯的亮度________L2灯亮度.(填“大于”、“等于”、“小于”)【答案】大于12.如图所示电路，当在a、b两端加上直流电压时，L1正常发光，L2不亮；当a、b两端加上同样电压的交变电流时，L1发光亮度变暗，而L2正常发光.则A、B分别为__和__。【答案】电感线圈电容器13.如图所示的电路，电源电压u=20sin314t(V)，设二极管正向电阻为零，反向电阻为无限大，负载R=20Ω，若其中一个二极管断路，求R中消耗的功率。解析：图示电路中其中一个二极管断路相当于半波整流，在导电的半周期的功率为P1=I2R=RRU212I2m2m=10W而在截止的半周期内的功率P2=0故一个周期内，电阻R上消耗的功率为：21PP21P=5W【休闲阅读】电容器在电路中的作用电容器在电子电路中几乎是不可缺少的储能元件，它具有隔断直流、连通交流、阻止低频的特性。广泛应用在耦合、隔直、旁路、滤波、调谐、能量转换和自动控制等电路中。熟悉电容器在不同电路中的名称意义，有助于我们读懂电子电路图。1．滤波电容：它接在直流电源的正、负极之间，以滤除直流电源中不需要的交流成分，使直流电平滑。一般常采用大容量的电解电容器，也可以在电路中同时并接其他类型的小容量电容以滤除高频交流电。2．退耦电容：并接于放大电路的电源正、负极之间，防止由电源内阻形成的正反馈而引起的寄生振荡。3．旁路电容：在交、直流信号的电路中，将电容并接在电阻两端或由电路的某点跨接到公共电位上，为交流信号或脉冲信号设置一条通路，避免交流信号成分因通过电阻产生压降衰减。4．耦合电容：在交流信号处理电路中，用于连接信号源和信号处理电路或者作两放大器的级间连接，用以隔断直流，让交流信号或脉冲信号通过，使前后级放大电路的直流工作点互不影响。5．调谐电容：连接在谐振电路的振荡线圈两端，起到选择振荡频率的作用。6．衬垫电容：与谐振电路主电容串联的辅助性电容，调整它可使振荡信号频率范围变小，并能显著地提高低频端的振荡频率。适当地选定衬垫电容的容量，可以将低端频率曲线向上提升，接近于理想频率跟踪曲线。7．补偿电容：它是与谐振电路主电容并联的辅助性电容，调整该电容能使振荡信号频率范围扩大。8．中和电容：并接在三极管放大器的基极与发射极之间，构成负反馈网络，以抑制三极管极间电容造成的自激振荡。