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第3节:交变电路中的电容和电感1.通过实验了解电感对交变电流的阻碍作用,知道感抗与哪些因素有关。2.通过实验了解电容对交变电流的阻碍作用,知道容抗与哪些因素有关。3.掌握感抗、容抗对交流阻碍作用的区别。教学目标一、电容、电感对直流和交流的影响1.电阻器对直流和交流的影响是的。2.电容器不能让通过却能让通过,但对交流有一定的阻碍作用。3.电感器既能让直流通过也能让通过,但对交流有一定的阻碍作用。相同直流交流交流二、容抗、感抗及其应用1.容抗、感抗的比较两种作用比较内容容抗感抗概念电容器对交流的电感器对交流的影响因素电容器的电容和交变电流的电感器的和交变电流的频率阻碍作用阻碍作用频率自感系数两种作用比较内容容抗感抗应用隔,通交流阻,通直流阻,通高频阻,通低频直流低频交流高频2.电容器、电感器的分类按对交变电流的作用电容分为隔直电容器、;扼流圈分为低频扼流圈、扼流圈。高频旁路电容器高频1.交变电流通过一段长直导线时,电流为I,如果把这根长直导线绕成线圈,再接入原电路,通过线圈的电流为I′,则()A.I′>IB.I′<IC.I′=ID.无法比较解析:长直导线的自感系数很小,其对交变电流的阻碍作用可以看做是纯电阻,流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用。当导线绕成线圈后,电阻值未变,但自感系数增大,对交变电流的阻碍作用不但有电阻,而且有线圈的阻碍作用(感抗)。阻碍作用增大,电流减小。答案为B。答案:B2.如图所示,闭合开关灯泡________,在交流电有效值不变的条件下,要使灯泡亮度增加,可采取的措施_____________________、____________________。答案:亮使交流电频率增加增大电容器的电容3.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C1两端时,由于C1具有“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具有“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。答案:见解析1.交变电流“通过”电容器的本质把交流电源接到电容器两个极板上后,当电源电压升高时,电源给电容器充电,电荷向电容器极板上聚集,在电路中,形成充电电流;当电源电压降低时,电容器放电,原来聚集在极板上的电荷又放出,在电路中形成放电电流。电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,好像是交流电“通过”了电容器,但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质。2.容抗电容器对交流的阻碍作用。容抗用“XC”表示,XC=12πfC。其中f是交流电频率,C是电容器的电容。3.容抗与电容的关系电容器的电容量越大,交变电流的频率越高,则容抗就越小;反之,电容量越小、交变电流频率越低,容抗就越大。[名师点睛]当电容器与直流电源的两极相连接时,接通的瞬间因电容器充电产生瞬时电流。充电完毕后,电容器两极板间电压与电源两极间电压相等,电路中没有电流,但是当电容器与交流电源相连时,由于交流电压不断变化,所以对电容器不断充电、放电,形成充、放电电流。1.如图所示,白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端,当交流电源的频率增加时()A.电容器的电容增加B.电容器电容减小C.电灯变暗D.电灯变亮[审题指导]解答本题时应把握以下两点:(1)电容与交流电的频率无关;(2)容抗与交流电的频率有关。[解析]电容器的电容是由电容器本身的特性所决定的,与外加的交流电源的频率无关,选项A和B是错误的。当交流电源的频率增加时,电容器充放电的速度加快,电容器的容抗减小,电流增大,电灯变亮。[答案]D电容器对交流电的阻碍作用大小(容抗)与电容大小和交流电频率都有关。电容越大,容抗越小,频率越高,容抗越小。1.电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质交变电流通过线圈时,由于电流时刻都在变化,所以自感现象就不断地发生,而自感电动势总是要阻碍电流变化的,这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用。因此,感抗的产生是由线圈的自感现象引起的。直流电通过线圈时,电流的大小、方向都不变,线圈中不产生自感电动势,也就没有感抗。2.感抗电感线圈对电流的阻碍作用。感抗用“XL”表示,XL=2πfL。其中f是交流电的频率,L是线圈的自感系数。3.感抗与电感的关系电感线圈对交变电流阻碍作用的大小用感抗来表示,线圈的自感系数越大,交变电流的频率越高,产生的自感电动势就越大,感抗就越大,对交变电流的阻碍作用也就越大。4.线圈(扼流圈)的分类根据不同线圈对交流电的阻碍作用不同分类:(1)低频扼流圈:①构造:闭合铁芯、绕在铁芯上的线圈。②特点:匝数多、自感系数L大、电阻很小。它对低频交流会产生很大的阻碍作用,而对直流的阻碍作用则较小,故低频扼流圈的作用为“阻交流、通直流”。(2)高频扼流圈:①构造:它的线圈有的是绕在圆柱形的铁氧体芯上或空心。②特点:匝数少,自感系数L小。它只对频率很高的交流产生很大的阻碍作用,而对低频交流的阻碍作用较小,故高频扼流圈的作用为“阻高频、通低频”。2.在如图所示电路中,L为电感线圈,灯泡电阻为R,电流表内阻为零,电压表内阻无限大,交流电源的电压u=2202sin100πtV。若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为100Hz,下列说法正确的有()A.电流表示数增大B.电压表示数减小C.灯泡变暗D.灯泡变亮[思路点拨]当交变电流通过线圈时,线圈中就要产生自感电动势,而自感电动势总是阻碍电流的变化,这种阻碍作用与交变电流的频率有关,频率越高,阻碍作用越大。[解析]由u=2202sin100πtV,可得电源原来的频率为f=ω2π=100π2πHz=50Hz。当电源频率由原来的50Hz增为100Hz时,线圈的感抗增大;在电压不变的情况下,电路中的电流减小,选项A错误。灯泡的电阻R是一定的。电流减小时,实际消耗的电功率P=I2R减小,灯泡变暗,选项C正确,D错误。电压表与电感线圈并联,其示数为线圈两端的电压UL,设灯泡两端电压为UR,则电源电压的有效值为U=UL+UR,因UR=IR,故电流I减小时,UR减小。因电源电压有效值保持不变,故UL=U-UR,UL增大,选项B错误。[答案]C电感线圈在电路中对交变电流的阻碍作用的强弱是用感抗来表示的。感抗的大小由线圈的自感系数L和交变电流的频率f共同决定,自感系数L越大,感抗越大,交变电流的频率f越大,感抗也越大。电阻感抗容抗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电阻感抗容抗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电阻感抗容抗决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定,与温度有关由线圈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能与电场能往复转化电感、电容接到交流电源上时,电能与磁场能或电场能往复转化,所以电感、电容上不会消耗电能,而电流通过电阻时,必然会产生焦耳热,从而造成电能的损耗。3.在频率为f的交流电路中,如图所示,把开关S依次分别接通R、C、L所在支路,这时通过各支路的电流的有效值相等。若将交变电流的频率提高到2f,维持其他条件不变,则下列几种情况中不正确的是()A.通过R的电流有效值不变B.通过C的电流有效值变大C.通过L的电流有效值变小D.通过R、C、L的电流有效值都不变[解析]电阻对交变电流阻碍作用的大小与电流的频率无关,因此通过电阻的电流的有效值不变;电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示,线圈的自感系数越大,电流的频率越高,自感电动势就越大,即线圈对电流的阻碍作用就越大,感抗也就越大,因此通过电感的电流的有效值变小;电容器对交变电流阻碍作用的大小用容抗表示,电容一定时,在相同的电压下电容器容纳的电荷量一定,频率越高,充、放电的时间越短,充、放电的电流越大,容抗越小,因此通过电容器的电流的有效值变大。故正确答案为D。[答案]D电阻对电流的阻碍作用与频率无关,而电容器和电感器对电流的阻碍作用与频率有关。1.(对应要点一)在如图所示电路中,u是有效值为220V的交流电源,C是电容器,R是电阻。关于交流电压表的示数,下列说法正确的是()A.等于220VB.大于220VC.小于220VD.等于零解析:交变电流“通过”电容器,电阻R中有电流,电压表的示数不为零;电容器与电阻串联,根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压。答案:C2.(对应要点二)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。将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:在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势,总是反抗电流变化的,正是这种反抗变化的特性,使线圈产生了感抗。加入铁芯改变了线圈的自感系数,自感系数增大,感抗增大,降落的电压增大,降落在灯上的电压减小,所以灯变暗。答案:B3.(对应要点三)直流电源的电压与交流电源电压的有效值相同,自感线圈的直流电阻不计,则灯泡发光最亮的是图中的()解析:电容C、电感L都对交流电有阻碍作用,故A、B两图中灯不是最亮的;C图中灯被短路,不亮;D图中电容C有隔直流作用。所以D中灯泡最亮。答案:D(1)当交流电“通过”电容器时,电容器不断充、放电,使电容器两极形成跟原电压相反的电压,从而阻碍电流形成容抗。频率越高,电容越大,容抗越小。(2)电容器在电路中的常见作用:①隔直电容器——隔直流、通交流。②高频旁路电容器——阻低频、通高频。总结(3)电感对交变电流的阻碍作用称为感抗,线圈的自感系数越大,交变电流的频率越高,感抗越大。(4)常见电感器:①低频扼流圈——阻交流、通直流。②高频扼流圈——阻高频、通低频。
本文标题:交流电路中的电容和电感
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