【全优课堂】2014秋高中物理 2.3电感和电容对交变电流的影响课件 新人教版选修3-2

精彩回眸同学们，首先请大家回顾一下前面的有关知识，然后回答下面的几个问题：1．什么叫自感现象？2．自感系数(简称自感或电感)与什么因素有关系呢？3．电容器如何充放电？【答案】由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象．【答案】决定因素：自感系数(线圈横截面积、线圈长短、匝数、有无铁芯)，电流变化的快慢．【答案】在电容器两端接电源，电容器将带上电；在电容器两端用导线相连，电容器将放电．新知梳理一、电感对交变电流的阻碍作用1．感抗(1)物理意义：表示电感对________电流________作用的大小．(2)影响感抗大小的因素：线圈的________越大，交流的________越高，感抗越大．交变阻碍自感系数频率2．感抗的应用类型区别低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大________感抗大小较大________作用通____、阻____通____、通____、阻____较小较小直流交流低频直流高频二、电容器对交变电流的作用1．容抗(1)物理意义：表示电容对_________阻碍作用的大小．(2)影响容抗大小的因素：电容器的___________越大，交流的_________越高，容抗越小．交变电流电容频率探究1电感、电容对交变电流的作用是怎样形成的？1．电感对交变电流的阻碍作用交变电流通过线圈时，由于电流时刻在变化，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的变化，就形成了对交变电流的阻碍作用，因此，感抗的实质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．交变电流能够“通过”电容器当电容器接到交流电源上时，由于两极板间的电压变化，电压升高时，电容器极板上的电荷量增加，形成充电电流，电压降低时，电容器极板上的电荷量减少，形成放电电流，充放电交替进行，电路中就好像交变电流“通过”了电容器，实际上，自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质．3．电容对交变电流的阻碍作用当交变电流“通过”电容器时，给电容器充电或放电，形成充电或放电电流，在形成电流的过程中，对自由电荷来说，当电源的电压推动它们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却反抗它们向这个方向做定向移动，也就是说在给电容器充电或放电过程中，在电容器两极形成跟原电压相反的电压，这就对电流产生了阻碍作用．图5－3－21.如图5－3－2所示交流电源的电压有效值跟直流电源的电压相等，当将双刀双掷开关接到直流电源上时，灯泡的实际功率为P1，而将双刀双掷开关接在交流电源上时，灯泡的实际功率为P2则()A．P1＝P2B．P1＞P2C．P1＜P2D．不能比较【答案】B【解析】接在直流电源上，线圈对直流没有阻碍作用，电能全部转化为小灯泡的内能，而当接至交流电源上时，线圈对电流有阻碍作用，因此电能除转化成灯泡的内能外，还有一部分电能转化为磁场能，故P1＞P2.探究2电阻、感抗、容抗有何区别？比较内容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、交流都有阻碍作用只对变化的电流有阻碍作用，如果电流不变，则等同于一个电阻起的作用不能通直流，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着频率的增加而降低决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定由导体本身的自感系数和交流频率决定由电容的大小和交流电的频率决定电能的转化和做功电流通过电阻做功，电能转化为内能电能和磁场能的往复转化电流的能和电场能的往复转化2．某信号源中有直流成分、交流高频成分和交流低频成分，为使放大器仅得到交流低频成分，如下图所示电路中可行的是()ABCD【答案】D【解析】题A图放大器得到所有成分．B图放大器可得到直流成分，若为高频扼流圈也能得到低频成分．C图既可得高频成分也可得低频成分．D图通过C1的是高、低频都有，通过C2的是旁路电容让高频成分滤去，故只有D合适.图5－3－3题型1正确认识电感和电容对电流的影响【例1】如图5－3－3所示，线圈L的自感系数和电容器C的电容都很小(如L＝100μH，C＝100pF)，此电路的主要作用是()A．阻直流通交流，输出交流电B．阻交流通直流，输出直流电C．阻低频通高频，输出高频交流电D．阻高频通低频，输出低频交流电或直流电思路点拨：根据电感和电容对交变电流的影响进行判断．解析：因线圈L的自感系数很小，所以对低频交流电的阻碍作用很小，这样直流和低频交流电能顺利通过线圈；电容器C为旁路电容，因其电容很小，对低频交变电流的阻碍作用很大，对高频交流电的阻碍作用很小，这样通过线圈的高频电流又经电容器C形成回路，最终输出的应为低频交流电或直流电，所以选项D正确．答案：D反思领悟：线圈在电器中有“通直流、阻交流”或“通低频，阻高频”特征，电容器在电路中有“通交流、隔直流”或“通高频、阻低频”特征．图5－3－4如图5－3－4所示，输入端ab的输入电压既有直流成分，又有交流成分，以下说法中，正确的是(L的直流电阻不为零)()A．直流成分只能从L通过B．交流成分只能从R通过C．通过R的既有直流成分又有交流成分D．通过L的直流成分比通过R的直流成分必定要大【答案】C【解析】由于线圈的直流电阻不为零，所以有直流成分通过R，而线圈对交流有阻碍作用，因此也有交流成分通过R，A错，C正确．由于R对交流也有阻碍作用，所以也有交流成分通过L，B错，因为一般导线的直流电阻都很小，但R的大小不知所以通过线圈的直流比通过R的不一定要大，D正确．题型2含电容、电感电路的分析【例2】如图5－3－5所示的电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝2202sin100πtV．若保持电源电压的有效值不变，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．电压表示数增大C．灯泡变暗D．灯泡变亮图5－3－5思路点拨：本题是考查电感线圈在电路中对交变电流的阻碍作用，这种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和交变电流的频率共同决定，自感系数越大，交变电流的频率越大，感抗越大．解析：由交流电压的瞬时值表达式可知电源频率原为50Hz，当变为100Hz时，线圈的感抗增大，电路中电流减小，则电流表示数减小，所以选项A错误；因为流过灯泡的电流减小，所以灯泡应该是变暗，即选项C正确，选项D错误；又电压表所测量的是线圈两端电压，而UL＝U－UR，因U不变，灯泡两端的电压UR＝IR减小，所以UL增大，所以选项B也是正确的．答案：BC反思领悟：解答此类题目的关键是(1)电感线圈的感抗在自感系数不变的情况下与频率成正比．(2)能够正确判断出电压表、电流表所测量的元件及电路的连接方式．(双选)如图5－3－6所示，甲、乙两图中用交流电源，丙、丁两图中用直流电源，各电路图中灯泡、电容器、电压表示数都相同图5－3－6则下列说法正确的是()A．灯L1比灯L2亮B．灯L3也能发光，但亮度最暗C．灯L2和L4亮度相同D．灯L4比灯L1亮【答案】CD【解析】电压表示数相同，说明交流电的有效值相同．题甲图中电容器与灯L1串联，电容器对电流有阻碍作用；乙图中电容器与灯L2并联，交变电压全部加在灯L2上；丙图中电容器与灯L3串联且是直流电源，电容器隔直通交，所以没有电流流过灯L3，灯L3不亮；丁图中电容器与灯L4并联，电流全部流过灯L4.综合以上分析，C、D项正确．创新拓展感抗和容抗1．电感器的感抗电感器对交变电流有阻碍作用，其阻碍作用的大小用感抗表示(相当于电阻的阻值)，符号是XL，国际单位是欧．实验和理论分析都表明，感抗与线圈的自感系数L、交流电的频率f有如下的关系：XL＝2πfL.从上面的关系式中可以看到，线圈的自感系数L越大，自感作用就越大，因而感抗越大；交变电流的频率越高，电流的变化率越大，自感作用也越大，因而感抗越大，所以电感器在电路中有“通直流、阻交流，通低频、阻高频”的作用．2．电容器的容抗电容器对交变电流有阻碍作用，其阻碍作用的大小用容抗表示(相当于电阻的阻值)，符号是XC，单位是欧．实验和理论分析都表明，容抗与电容器的电容及交变电流的频率有如下关系：XC＝12πfC，从关系式可以看到，电容器的电容C越大，容抗越小，交变电流的频率越高，容抗越小，所以电容器在电路中有“隔直流、通交流，阻低频、通高频”的特性．【例3】如图5－3－7所示，电路中完全相同的三只灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联，然后再并联到220V、50Hz的交流电路上，三只灯泡亮度恰好相同．若保持交变电压不变，将交变电流的频率提高到60Hz，则发生的现象是()图5－3－7A．三灯亮度不变B．三灯均变亮C．L1不变、L2变亮、L3变暗D．L1不变、L2变暗、L3变亮解析：频率变高，线圈感抗变大，电容器容抗变小，因此L2变暗，L3变亮．电阻的大小与交变电流的频率无关，流过灯泡L1中的电流不变，因此L1亮度不变．答案：D