电感和电容对交变电流的影响

第3节电感和电容对交变电流的影响1．实验探究如图所示，把线圈L与白炽灯串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，取直流电压与交流电压的有效值相等．观察两种情况下灯泡的亮度．教材要点解读对应学生用书P38实验现象：B灯比A灯暗；增大线圈的自感系数，灯泡更暗；增大交变电流的频率，灯泡更暗．实验结论：电感对交变电流有阻碍作用．线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，阻碍作用就越大．2．感抗电感器对交流的阻碍作用的大小用感抗表示．3．感抗产生的原因交变电流通过电感线圈时，由于电流时刻都在变化，因此在线圈中就会产生自感电动势，而自感电动势总是要阻碍原电流的变化，故电感线圈对交变电流会起阻碍作用．前面我们已经学习过，自感电动势的大小与线圈的自感系数及电流变化的快慢有关，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，对交变电流的阻碍作用就越大，感抗也就越大．4．感抗的决定因素感抗与交变电流的频率、电感线圈的自感系数成正比．5．感抗的应用(1)高频扼流圈高频扼流圈的自感系数很小，只对高频交变电流有较大的作用，对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流的阻碍作用更小．它具有“通直流，通低频、阻高频”的作用．(2)低频扼流圈低频扼流圈的自感系数很大，即使交流的频率较低，它产生的感抗也很大．它具有“通直流，阻交流”的作用．电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质是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的变化．元贝驾考驾考宝典2016科目一科目四1．实验现象电路中串有电容器时，接通直流电源时，灯泡不亮；接通交流电源时，灯泡亮．2．实验结论交变电流能够通过电容器，直流不能通过电容器．3．实验现象的本质(1)直流不能通过电容器是因为电容器的两个极板间是绝缘的．(2)交变电流加到电容器上后，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，如图甲所示；当电源电压降低时，电容器放电，原来极板上聚集的电荷又放出，在电路中形成放电电流，如图乙所示．电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交变电流“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．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)．1．电容器为什么会对交变电流产生阻碍作用？电源电压推动自由电荷向某一方向做定向运动时，电容器极板上积累的电荷却阻碍它们向此方向做定向运动，这就产生了电容器对交变电流的阻碍作用．2．容抗(1)定义：电容器对交流阻碍作用的大小叫做容抗．(2)影响因素：实验表明，容抗与电容器电容的大小及交流的频率有关，电容器的电容C越大，交流的频率f越高，容抗越小．3．电容器在电路中的作用(1)“隔直流，通交流”的作用直流不能通过电容器，因此电容器有“隔直”作用，对于电容较大的电容器，容易进行充放电，因此这种电容器一般用来“隔直流，通交流”，如隔直电容器．(2)“通高频，阻低频”的作用对频率不同的交流，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大．电容较小的电容器，对高频交流的容抗小，阻碍小，对低频交流的容抗大，阻碍大．因此，这种电容器一般用来“通高频，阻低频”，如高频旁路电容器．实际应用电路如图所示，图中“—”为电路中的直流成分，“～”为电路中的交流低频成分，“”为电路中的交流高频成分．4．电阻、感抗、容抗的对比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，如交变电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，与温度有关由线圈本身的自感系数和交流的频率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(1)电感器和电容器在交变电流的电路中，电压和电流有效值的分配关系同恒定电流的电路．(2)交变电流电路中的电感器中，电能和磁场能之间相互转化，本身不消耗电能．(3)交变电流电路中的电容器中，电能和电场能之间相互转化，本身不消耗电能.解题方法指导对应学生用书P39如图所示，电路中完全相同的三只灯泡A1、A2、A3分别与电阻R、电感L、电容C串联，然后再并联到“220V50Hz”的交流电源上，三只灯泡亮度恰好相同．若保持交变电压有效值U不变，将交变电流的频率增大到60Hz，则发生的现象是()A．三灯亮度不变B．三灯均变亮C．A1不变、A2变亮、A3变暗D．A1不变、A2变暗、A3变亮【分析】电阻、电感、电容对交变电路的影响．【解析】【答案】D【方法总结】电阻对交变电流的阻碍作用与电流的频率无关，只由本身决定．感抗、容抗大小的决定因素：(1)感抗：感抗的大小决定于线圈的自感系数L和交流电的频率f.线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，线圈的感抗就越大．(2)容抗：容抗的大小决定于电容器电容的大小C和电流的频率f，交变电流的频率越高，电容越大，容抗就越小．在频率为f的交变电流电路中，如图所示，开关S依次分别接通R、C、L支路，这时通过各支路的电流有效值相等．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的电流有效值最大C．通过L的电流有效值最小D．流过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．电流的频率越高，感抗越大，容抗越小，因此，通过电感的电流有效值变小，通过电容器的电流的有效值变大，故D错误．答案：D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，则由于C1的“通交流，隔直流”功能，电流中的交流成分被衰减，而线圈L有“通直流，阻交流”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，C2进一步滤除电流中残余的交流成分，这样就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．【答案】见解析【方法总结】(1)电感有“通直流，阻交流；通低频，阻高频”的特性，于是在实际应用中出现了低频扼流圈(即自感系数大的线圈)和高频扼流圈(即自感系数小的线圈)．(2)电容器有“通交流，隔直流；通高频，阻低频”的特性，于是在实际应用中出现了“隔直电容器(即电容很大的电容器)”和“高频旁路电容器(即电容较小的电容器)”．在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用了如图所示装置电路，其中代号a、b应选择的元件是()A．a是电容较大的电容器，b是低频扼流线圈B．a是电容较大的电容器，b是高频扼流线圈C．a是电容较小的电容器，b是高频扼流线圈D．a是电容较小的电容器，b是低频扼流线圈解析：答案：C默读联想记忆对应学生用书P40课堂巩固训练对应学生用书P401.下列说法中正确的是()A．电感的感抗只由线圈自身决定B．同一电感对于不同频率的交变电流的感抗不同C．电容器的容抗与电容器的电容值及交变电流的频率都有关D．同一电容器，接入不同频率的电路中，电容器的容抗不变解析：感抗由线圈的自感系数L和交变电流的频率f共同决定，故A错，B对；电容器的容抗由电容C和交变电流频率f共同决定，因此，C项正确，D项不正确．答案：BC2．对于扼流圈的以下说法，正确的是()A．扼流圈是利用电感阻碍交变电流的作用制成的B．低频扼流圈用来“通低频、阻高频”C．高频扼流圈用来“通直流、阻交流”D．高频扼流圈对低频交变电流阻碍作用较小，对高频交变电流的阻碍作用很大解析：低频扼流圈匝数多，自感系数大，线圈直流电阻小，因而起到“通直流、阻交流”的作用，可见低频扼流圈“扼”的是交流；高频扼流圈匝数少，自感系数小，因而它对高频交流电阻碍大，其作用为“通低频，阻高频”，可见“高频扼流圈”“扼”的是高频交流电．故B、C项错误，A、D正确．答案：AD3．对交变电流能通过电容器的原因，下列说法正确的是()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解析：解决本题的关键是正确认识交流电能通过电容器的本质——通过反复充放电来实现通电的，并无电荷通过电容器，故B、D正确．答案：BD4.如图所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是()A．等于220VB．大于220VC．小于220VD．等于零解析：电感对交变电流有阻碍作用，线圈与灯泡串联，其电压之和等于电源电压，即UL＋UR＝U，故交流电压表的示数小于220V，C正确．答案：C5．如图所示，分别将甲、乙两图中的双刀双掷开关依次接到电压相等的直流电源和交流电源上，灯泡的亮度有什么不同？为什么？解析：甲图中，电路中有一电感线圈，对交变电流有阻碍作用，所以S接直流电源时，灯泡亮些，S接交流电源时，灯泡暗些．乙图中，电路中有一电容器，在直流电压下表现为断路，在交变电压下通过电容器的交替充、放电过程表现为通路．所以S接直流电源时灯泡不亮，S接交流电源时，灯泡发光．答案：见解析