2019-2020学年高中物理 第二章 交变电流 4+5 电感器在交流电路中的作用课件 教科版选修3

4电容器在交流电路中的作用45电感器在交流电路中的作用[课标解读]1.了解电容器在电路中起隔断直流、导通交变电流的作用，定性了解电容器对交变电流有阻碍作用，知道影响容抗大小的因素.2.了解电感器在电路中对直流有导通作用，能通过交变电流，定性了解电感对交流有阻碍作用，知道影响感抗大小的因素.3.简单了解电容器和电感器在电子技术中的应用．01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升课时作业一、电容器在交流电路中的作用1．电容器对交流电的导通作用(1)实验感知：如图所示，开关接到电源上时灯泡不亮，接到电源上时灯泡能发光．(2)实验结论：直流通过电容器，交流通过电容器．(3)实质：电容器对交流电的导通作用是由于连入交变电路的电容器反复充、放电形成的．直流交流不能能2．电容器对交流电的阻碍作用(1)容抗：电容器对交流电的作用．(2)影响因素：容抗的大小跟和交流电的有关．电容越小，容抗越；频率越低，容抗越．阻碍电容频率大大3．电容器在电子技术中的应用在电子技术中，常用的电容器有电容(图甲)和电容(图乙)两种．甲乙(1)隔直电容：直流不能通过电容器C，只能经电阻R形成回路．(2)旁路电容：C的电容较小，低频信号不能通过，但高频干扰信号可以通过．隔直旁路[判断](1)电容器具有通直流、阻交流的作用．()(2)电容器的电容越小，它的容抗越小．()(3)交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越大．()提示：(1)×(2)×(3)×二、电感器对交流电的作用1．电感器对交流电的阻碍作用(1)感抗：电感器对交流电的作用．(2)影响因素：线圈的电感(即自感系数L)越，交流电的频率越，感抗越大．2．电感器在电子技术中的应用两种扼流圈低频扼流圈，主要作用“通流、阻流”.高频扼流圈，主要作用“通频、阻频”.阻碍大高直交低高[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．要点一电容器对交流电导通和阻碍作用的分析1．对交变电流“通过”电容器的理解当电容器接到交变电路中时，由于两极板间的电压在周期性地变化，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．2．对电容器容抗的理解(1)产生原因电容器的极板充电带有电荷后，会产生阻碍电流的反向电压，从而对继续充电产生阻碍作用．(2)相关因素①电容：电容器的电容越大，充电过程中两极间电压增长越慢，对继续充电阻碍作用越小．②频率：交流电频率越高，电流方向变化越快，对继续充电的阻碍作用越小．3．电容器在电子技术中的两种应用(1)隔直电容器：如图所示，作用是“通交流、隔直流”，因为直流电不能通过电容器，交流电能“通过”电容器．起这样作用的电容器电容要大些．(2)高频旁路电容器：如图所示，作用是“通高频、阻低频”，因为对不同频率的交流电，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大．即电容器对低频交变电流阻碍作用大，对高频交变电流阻碍作用小．起这样作用的电容器电容要小些．[例1]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[思路点拨]电流频率增大―→电容器充放电频率增大―→电容器容抗减小―→回路电流变大[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解决这类问题的思路是：在理解电容器特性的基础上，先由影响容抗大小的因素(尤其注意决定电容大小的几个因素)判断出容抗的变化，再确定电流的变化．然后再由电路的串、并联关系得到各部分的电压变化情况．1．(多选)如图所示，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，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亮解析：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，电压表示数等于灯L2两端电压；丙图中电容器与灯L3串联，且接的是直流电源，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，电压表示数等于灯L4两端电压．综合以上分析，可得C、D两项正确．答案：CD2.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，C正确．答案：C要点二电感器对交变电流的作用分析1．电感器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，电感对交变电流阻碍作用的大小就称为感抗．2．感抗的两个决定因素决定感抗大小的因素有两个：一是交变电流的频率；二是自感系数L.L决定于线圈本身的性质，即线圈匝数、横截面积、有无铁芯等因素．3．电感线圈在电路中的作用由上面第一个因素可知：电感线圈对恒定直流(ΔIΔt＝0)没有感抗作用，因此电感线圈在电路中的作用可以概括为“通直流、阻交流”；同时对频率越高的交变电流感抗越大，即所谓“通低频、阻高频”．[例2](多选)在如图所示的电路中，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＝2202sin100πtV．若保持电源电压有效值不变，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[思路点拨]解答本题时应把握以下两点：(1)感抗与交变电流的频率的关系．(2)闭合电路的电压关系．[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，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增大，选项B正确．[答案]BC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，且减小量与线圈两端电压相等．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的阻碍作用，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：B2．如图所示，开关S与恒定直流电源接通时，相同的两灯泡L1、L2的亮度相同．若将S与交流电源接通，则()A．灯泡L1和L2的亮度仍相同B．灯泡L1比灯泡L2亮些C．灯泡L1比灯泡L2暗些D．若交变电源电压的有效值与直流电压相同，则两灯泡与原来一样亮解析：由于线圈对交变电流有阻碍作用，故接交流电源后，灯泡L2所在的那条支路比灯泡L1所在的那条支路对电流的阻碍作用大，电流小．故选B.答案：B电感线圈的自感系数与线圈大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关．加入铁芯后，自感系数增大，对交流的阻碍作用变大．[随堂训练]1．(多选)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：电感的感抗由线圈的自感系数L和交变电流的频率f共同决定，A错，B对；电容是电容器本身的特点，容抗由电容C和交变电流的频率f共同决定，C对，D错．答案：BC2.如图所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器．为使电流表A的示数增加，可行的办法是()A．使发电机F的转速增加B．使发电机F的转速减小C．在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质D．使电容器两极板间的距离增大解析：当发电机转速增加时，交变电流的频率增大，容抗减小，电流表A的读数增大，A项正确，B项错误；在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时，电容器的电容减小，使电容器两极板间距离增大时电容也减小，当电容减小时，容抗增大，对交变电流的阻碍作用增大，电流表A示数减小，C、D两项均错误．答案：A3.(多选)如图所示，交流电源的电压(有效值)U＝220V，频率f＝50Hz,3只灯泡L1、L2、L3的亮度相同(L无直流电阻)．若将交流电源的频率变为f＝100Hz，电压不变，则()A．L1灯比原来亮B．L2灯比原来亮C．L3灯和原来一样亮D．L3灯比原来亮解析：当将交流电源的频率换为f＝100Hz时，交流电源的频率变大，根据电容器、电感和电阻对电流作用的特点可知电容器的容抗减小，对电流的阻碍作用减弱，L1中的电流增大，L1变亮，A项正确；电感的感抗增大，对电流的阻碍作用增强，L2中的电流减小，L2变暗，B项错误；电阻的阻值不变，通过L3的电流也不变，亮度和原来一样，C项对，D项错．答案：AC4．在电子技术中，从某一装置输出的电流既有高频成分又有低频成分，如果只需把低频成分输送到下一级装置，如图所示，则下列做法合理的是()A．在a、b间接入一个电容器B．在a、b间接入一个低频扼流圈C．在a、b间接入一个高频扼流圈D．在a、b间接入一个电容器或高频或低频扼流圈都可以解析：电容器是“通高频，阻低频”，低频扼流圈“通直流，阻交流”，而高频扼流圈“通直流，通低频，阻高频”，C正确．答案：C5.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