2019-2020学年高中物理 第五章 交变电流 3 电感和电容对交变电流的影响课件 新人教版选修3

3电感和电容对交变电流的影响学习目标素养提炼1.通过实验，了解电感器和电容器对交变电流的阻碍作用．2.知道感抗和容抗的物理意义及影响因素．3.简单了解电感器和电容器在电工、电子技术中的应用.物理观念：感抗、容抗、低频扼流圈、高频扼流圈．科学思维：分析电感线圈和电容在电路中的作用特性．科学探究：探究感抗、容抗的决定因素.01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、电感器对交变电流的阻碍作用1．实验探究亮些暗些阻碍2．感抗(1)物理意义：表示电感对交变电流的的大小．(2)影响感抗大小的因素：线圈的越大，交流的越高，感抗越大．3．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特性通、阻通直流、通、阻阻碍作用自感系数频率较小较小直流交流低频高频[思考]电感器的阻碍作用即感抗为什么随电感器的自感系数和交变电流的频率的增大而增大？提示：电感器的阻碍作用是由交变电流通过线圈时的自感电动势引起的，交变电流的频率高，电流及电流产生的磁场的变化率就大，感应电动势就大，自感系数大时产生的自感电动势也就大，所以阻碍作用就大，感抗也就大．二、电容器对交变电流的阻碍作用1．交变电流能够通过电容器(1)实验电路(如图甲、乙所示)．(2)实验现象：电路中串联电容器时，接通电源，灯泡不亮；接通电源，灯泡亮．(3)实验结论：电流能够通过电容器，电流不能通过电容器．直流交流交变直流2．容抗(1)如果把电容器从电路中取下来，使灯泡与交流电源直接相连，灯泡比接有电容器时，表明电容器对交变电流有作用．(2)物理意义：表示电容对交变电流的的大小．(3)影响容抗大小的因素：电容器的电容，交流的频率，容抗越小．(4)特性：电容器具有“隔直流、”的作用．更亮阻碍阻碍作用越大越高通交流[判断辨析](1)直流电流能通过电容器．()(2)电容器的电容越大，容抗就越大．()(3)电气设备和电子仪器的金属外壳都应该接地．()××√要点一对感抗的认识[探究导入]如图所示，把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来，先把它们接到直接电源上，再把它们接到电压有效值等于直流电源电压的交流电源上．(1)两种情况下灯泡的亮度有什么不同？说明了什么？(2)乙图中换用自感系数更大的线圈或调换频率更高的交流电源，灯泡的亮度有何变化？说明了什么？提示：(1)甲图中灯泡比乙图中灯泡更亮，说明电感器对交变电流有阻碍作用．(2)不论是换用自感系数更大的线圈还是调换频率更高的交流电源，灯泡均变得更暗，说明线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，线圈对交流电的阻碍作用越大．1．电感对交变电流的阻碍作用的成因通过线圈的电流大小和方向变化，都会引起通过线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电动势，这种现象就是自感现象．根据楞次定律，自感电动势所引起的感应电流总是要使它产生的磁场阻碍线圈内原有磁场的变化，所以自感电动势对线圈中电流的变化有阻碍作用，这样就形成了对交变电流的阻碍作用，电感器对交变电流阻碍作用的大小就称为感抗．2．影响感抗大小的因素3．扼流圈及其作用(1)低频扼流圈，线圈绕在铁芯上，匝数为几千甚至超过一万，自感系数较大，对低频电流感抗也较大，所以有“通直流、阻交流”的作用．(2)高频扼流圈，线圈绕在铁氧体芯上，匝数有几百或几十，自感系数较小，只对高频电流有较大的阻碍作用，对低频电流和直流阻碍都很小，所以有“通直流、通低频，阻高频”的作用．[特别提醒](1)电感器的感抗是由于变化的电流在线圈中产生的感应电动势引起的，与制成线圈导体的电阻无关．(2)电感器的感抗不仅与线圈本身的自感系数有关，还与电流有关，电流的频率越大感抗就越大．[典例1](多选)如图所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡的电阻，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝2202·sin100πtV．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()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[思路点拨]首先明确灯泡和电感器的串联关系，二要知道电感器的感抗随交变电流的频率的增大而增大，再就是明确电压表测量的是电压的有效值，以及串联电路的电压分配关系．[解析]由交流电源的电压u＝2202sin100πtV可得ω＝100πrad/s，而ω＝2πf，则f＝50Hz.当电源频率变为100Hz，即频率增大，所以电感的感抗增大，即线圈对电流的阻碍作用变大，则电流表示数变小，故A错误；由于电流表示数变小，因此灯泡两端电压减小，又电源电压的有效值不变，所以电压表示数增大，故B正确；由于电路中电流变小，所以灯泡变暗，故C正确，D错误．[答案]BC[总结提升]直流电阻不计的线圈对直流电无阻碍作用相当于短路，对交流电有阻碍作用，因而使电流减小，加在电路其他部分的电压也减小．1．(多选)如图所示是由交流电源供电的线路，如果交变电流的频率增大，则()A．线圈L的自感系数增大B．线圈L的感抗增大C．电路中的电流增大D．灯泡变暗解析：本题考查感抗对交变电流的阻碍作用，本题的关键是理解感抗与哪些因素有关．自感系数由线圈本身决定，与交变电流频率无关，A项错误；当交变电流频率增大时，线圈L的感抗增大，B项正确；感抗增大对交变电流的阻碍作用增大，使电路中电流减小，灯泡变暗，C项错误，D项正确．答案：BD2．有一电阻极小的导线绕制成线圈接在交变电流上，如果电源电压峰值保持不变，下面情况中，通过线圈的电流最小的是()A．所加电源频率为50HzB．所加电源频率为100HzC．所加电源频率为50Hz，减少线圈匝数D．在线圈中加入铁芯，所加电源频率为100Hz解析：自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗就越大，通过线圈的电流就越小，故本题答案为D.答案：D要点二电容器对交变电流的阻碍作用[探究导入]如图甲、乙所示，把灯泡和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上．(1)观察灯泡的发光情况，并分析原因．(2)若把图乙中的电容器去掉，变成图丙所示电路，会发生什么现象？说明了什么？(3)在图乙中，改变电容器的电容和电源频率，灯泡亮度会有什么变化？说明了什么？提示：(1)甲图中的灯泡不亮，乙图中的灯泡亮．甲图中的电源是直流电源，电容器在电路中是断路，电路中没有电流，灯泡不亮．乙图中的电源是交流电源，把交流电源接到电容器两个极板上后，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“通过”了电容器，灯泡就亮了，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)灯泡变得比乙中亮，说明电容器对交变电流有阻碍作用．(3)电容越大，灯泡越亮；频率越高，灯泡越亮．电容器的电容和交变电流的频率都对电容器对交变电流的阻碍作用有影响．1．交变电流“通过”电容器电容器两极板间是绝缘材料，当电容器接到交流电源上时，自由电荷不会通过两极板间的绝缘电介质，只不过在交变电压的作用下，电容器交替进行充电和放电，电路中就有电流了，表现为交变电流“通过”了电容器．2．电容器对电流阻碍的原因电容器充电的过程中，电容器两极板上聚集着等量异种电荷，从而在两极板间存在着电场，此电场的电场力阻碍着电荷的继续聚集，其表现就是电容器在交变电流通过时的阻碍作用．3．影响电容器容抗的因素影响电容器的容抗有两个因素，一是电容器的电容，二是交变电流的频率．电容器的电容越大，电容器容纳电荷的本领就越大，即在容纳相同电荷的情况下，电容大时电压小，电场力对电荷充电时受到的阻碍作用力就小，所以容抗就小．交变电流的频率高时，充电和放电的时间就短，相同电路电容器上聚集的电荷就少，电容器所达到的电压就小，排斥充电和放电的电场力就小，从而阻碍作用就小，容抗就小．4．电阻、感抗、容抗的比较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作用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相互转化电能与电场能相互转化[特别提醒](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)电感器、电容器接到交流电源上时，电能与磁场能或电场能相互转化，所以电路、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)三种阻碍，其本质不同，特点不同．[典例2]如图所示，当交流电源电压恒为220V，频率为50Hz时，三只灯泡A、B、D的亮度相同，若将交变电流的频率改为100Hz，则()A．A灯最暗B．B灯最暗C．D灯最暗D．三只灯泡的亮度依然相同[思路点拨]主要考查交变电流的频率发生变化时，电阻、电感器和电容器对交变电流的阻碍作用如何变化．[解析]当交变电流的频率增大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，电阻大小不变，所以灯A变暗，灯B变亮，灯D亮度不变，故A正确．[答案]A[总结提升](1)电容器和电感器的容抗和感抗，在交变电流的电路中的分压和分流，都可以看成电阻．(2)电容器和电感器的分压和分流关系，符合恒定电流电路的规律．(3)容抗和感抗的大小随交变电流频率的增大分别减小和增大．3.如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端，当交流电源的频率增大时()A．电容器电容增大B．电容器电容减小C．电灯变暗D．电灯变亮解析：电容器的电容是由电容器本身的特性决定的，与外加的交流电源的频率无关，选项A、B错误．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，选项C错误，D正确．答案：D4．如图所示，在电路两端加上正弦式交变电流，保持电压有效值不变，使频率增大，发现各灯的亮暗情况是：灯1变亮，灯2变暗，灯3亮度不变，则M、N、L中所接元件可能是()A．M为电阻，N为电容器，L为电感线圈B．M为电感线圈，N为电容器，L为电阻C．M为电容器，N为电感线圈，L为电阻D．M为电阻，N为电感线圈，L为电容器解析：当交变电流的频率增大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，由灯1变亮，灯2变暗可知M为电容器，N为电感线圈，而电阻与交变电流的频率无关，故L为电阻，C正确．答案：C电感器和电容器的组合在电子技术上的应用根据电感、电容对交变电流阻碍作用的特点，可以将二者结合到一起来完成一定的任务．(1)如果将电容器与负载并联，然后与电感器串联，就能更好地起到滤掉电路中高频成分的作用．如图甲所示．(2)如果将电感器与负载并联，然后与电容器串联，就能更好地起到滤掉电路中直流成分或低频成分的作用．如图乙所示．5．(多选)某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则()A．电感L1的作用是通高频B．电容C2的作用是通高频C．扬声器甲用于输出高频成分D．扬声器乙用于输出高频成分解析：在交流电路中，电感L的作用是通低频、阻高频，电容C的作用是通高频、阻低频，故选项A错误，B正确；结合电路结构分析可知，选项C错误，D正确．答案：BD1．(多选)以下关于电感对交变电流的影响的说法中正确的是()A．电感对直流电流有阻碍作用B．电感对交变电流阻碍作用的大小叫感抗C．电感对某一频率的交变电流的阻碍作用跟线圈的自感系数有关D．线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，电感对交变电流的阻碍作用就越大解析：电感对交变电流有影响，其阻碍作用的大小和线圈的自感系数L、交变电流的频率f有关，L越大，f越高，阻碍作用越大，故选项B、C、D均正确．答案：BCD2.(多选)如图所示，接在交流电源上的灯泡正常发光，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，电容变大，容抗变小，电容器对交变电流阻碍作用变小，所以