53电感和电容对交变电流的影响

上一页返回首页下一页知识点一知识点二学业分层测评3电感和电容对交变电流的影响上一页返回首页下一页学习目标知识脉络1.电感和电容对交变电流的影响．(重点)2．电感器和电容器的应用．(重点)．3．电感和电容对交变电流阻碍作用的理解．(难点)4．影响感抗和容抗大小的因素．(难点)上一页返回首页下一页电感器对交变电流的阻碍作用[先填空]1．实验探究(1)实验电路如图5­3­1所示，带铁芯的线圈L与小灯泡串联，先接直流电源，再接到交流电源上，取直流电源的电压与交流电源的电压相等．甲乙图5­3­1有效值上一页返回首页下一页(2)实验现象：接通直流电源时，灯泡，接通交流电源时，灯泡．(3)实验结论：电感线圈对交变电流有作用．亮些暗些阻碍上一页返回首页下一页2．感抗(1)物理意义：表示电感器对阻碍作用的大小的物理量．(2)影响因素：线圈的越大，交流的越高，感抗越大．(3)应用：扼流圈低频扼流圈：可以用来“通，阻”．高频扼流圈：可以用来“通，通，阻”．交变电流自感系数频率直流交流直流低频高频上一页返回首页下一页[再判断]1．电感对交变电流阻碍作用越大，感抗就越小．()2．交流电的频率越高，电感对交流的阻碍作用越大．()3．电感线圈之所以对交变电流有阻碍作用，是由于自感电动势总是阻碍电流的变化．()×√√上一页返回首页下一页[后思考]电感线圈对交变电流的阻碍作用为什么随线圈的自感系数、交变电流的频率的增大而增大呢？【提示】电感线圈的阻碍作用是由交变电流通过线圈时产生的自感电动势引起的，自感系数越大时产生的自感电动势也越大；交变电流的频率越高，电流的变化率也越大，感应电动势也就越大，所以阻碍作用就越大，感抗也就越大．上一页返回首页下一页[合作探讨]如图5­3­2所示，闭合开关后灯泡发光，交流电源的频率可以改变，但输出电压的有效值不变．图5­3­2探讨1：当交流电源的频率增大时，小灯泡的亮度会如何变化？【提示】电源的频率增大，电感线圈的感抗增大，小灯泡变暗些．上一页返回首页下一页探讨2：当交流电源的频率减小时，小灯泡的亮度会如何变化？【提示】电源的频率减小时，电感线圈的感抗减小，小灯泡变亮些．上一页返回首页下一页[核心点击]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＝ωL，其中f是交流电的频率，L是线圈的自感系数．上一页返回首页下一页3．感抗与电感的关系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“通直流、阻交流”．上一页返回首页下一页(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“通直流、通低频，阻高频”．上一页返回首页下一页1．(多选)(2016·莆田高二检测)在如图5­3­3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，下列说法正确的是()图5­3­3A．电流表示数减小B．电压表示数减小C．灯泡变暗D．灯泡变亮上一页返回首页下一页【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正确．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】AC上一页返回首页下一页2．(多选)(2016·绍兴高二检测)关于电子技术中的扼流圈，下列说法正确的是()A．扼流圈是利用电感线圈对交流电的阻碍作用来工作的B．高频扼流圈的作用是允许低频交流通过，而阻碍高频交流通过C．低频扼流圈的作用是不仅要阻碍高频交流通过，还要阻碍低频交流通过D．高频扼流圈的电感比低频扼流圈的电感大上一页返回首页下一页【解析】扼流圈是利用变化的电流通过线圈时，感应出自感电动势，从而来阻碍电流的变化，故A正确；高频扼流圈是“通低频，阻高频”，故B正确；低频扼流圈是“阻高频，阻低频，通直流”，故C正确；高频扼流圈比低频扼流圈自感系数小，故D错误．【答案】ABC上一页返回首页下一页3．如图5­3­4所示电路由交变电流供电，如果交变电流的频率升高，则()图5­3­4A．线圈的自感系数增大B．线圈的感抗减小C．电路中的电流增大D．电路中的电流减小【解析】线圈的自感系数是线圈自身的属性，选项A错误；交变电流的频率升高，感抗增大，线圈对电流的阻碍作用增大，电路中的电流减小，故选项B、C错误，D正确．【答案】D上一页返回首页下一页含电感器交流电路的动态分析方法1．分析电路中各元件的串、并联关系．2．明确交流电源频率的变化情况．3．根据电感器中线圈匝数、形状、横截面积、长短和是否插入铁芯，判断自感系数的情况．4．判断感抗的变化情况．5．确定含电感器支路电流、电压的变化情况．上一页返回首页下一页电容器对交变电流的阻碍作用[先填空]1．交变电流能通过电容器(1)实验电路(如图5­3­5)图5­3­5上一页返回首页下一页(2)实验目的：了解并验证电容器对交变电流的阻碍作用．(3)实验方法：把白炽灯和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，观察灯泡的发光情况．把电容器从电路中取下来，使灯泡直接与交流电源相连，再观察灯泡的发光情况．(4)实验现象接到上的灯泡不亮，接到上的灯泡亮．把电容器从电路中取下来，使灯泡直接与交流电源相连，灯泡要比接有电容器时．直流交流亮上一页返回首页下一页(5)实验结论①能够“通过”电容器，不能通过电容器．②电容器对有作用．交变电流直流交变电流阻碍2．电容器对交变电流的阻碍作用(1)容抗：表示电容器对阻碍作用的大小．(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容，交流的频率，容抗越小．(3)电容器特点：“通交流、隔直流；通高频、阻低频”．交流越大越高上一页返回首页下一页[再判断]1．电容器在交变电路中，相当于一个电阻，具有分压作用．()2．电容器接到交流电源时，有自由电荷通过电容器．()3．电容器是通直流、阻交流，通高频、阻低频．()√××上一页返回首页下一页[后思考]感抗的实质是由线圈的自感现象引起的，那么，电容器对交变电流阻碍作用的实质是什么呢？【提示】当交变电流“通过”电容器时，给电容器充电或放电，在电容器两极板形成跟原电压相反的电压，这就对电流产生了阻碍作用．上一页返回首页下一页[合作探讨]如图5­3­6所示，将一电容器接入电路中，当接入恒定电压的电源时，灯泡不亮；当接入交流电源时，灯泡发光．图5­3­6上一页返回首页下一页探讨1：交变电流是如何“通过”电容器的？【提示】所谓交变电流能“通过”电容器，其实是电容器不断充电和放电的一个交替过程．探讨2：当交流电源的电压有效值不变，其频率变化时，灯泡的亮度如何变化？【提示】当交流电源的频率升高时，灯泡变亮；当交流电源的频率降低时，灯泡变暗．上一页返回首页下一页[核心点击]1．交变电流是怎样通过电容器的电容器两极板之间是相互绝缘的，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，并不是自由电荷穿过了电容器，而是在交流电压作用下，当电压升高时电容器充电，电容器极板上的电荷量增加，形成充电电流，如图5­3­7甲所示；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，如图乙所示．由于电容器反复不断的充电、放电，使电路中有持续的交变电流．上一页返回首页下一页甲乙图5­3­7上一页返回首页下一页2．对容抗及“阻碍”作用的理解(1)对容抗的理解：容抗是表示电容器对交变电流阻碍作用大小的物理量．容抗的大小与自身的电容量、交变电流的频率有关，可用XC＝12πfC来表示，单位是欧姆．此公式虽然不要求掌握，但可以用来定性地分析问题，当交变电流的频率增加时，容抗减小．(2)电容器对交变电流的阻碍作用：对导线中形成电流的自由电荷来说，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，这就产生了对交变电流的阻碍作用．(3)“阻碍”作用可概括为：“隔直流、通交流”，“通高频、阻低频”．上一页返回首页下一页3．电阻、感抗、容抗的区别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、交流均有阻碍作用对交流有阻碍作用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f决定由电容的大小和交流的频率f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