探究电阻、电感和电容的作用

1、2 3探究电阻、电感和电容的作用学 习 目 标知 识 脉 络1.知道电阻器对交变电流的阻碍作用.2.理解电感对交变电流的阻碍作用，知道感抗与哪些因素有关 .3.掌握电容对交变电流的阻碍作用，知道容抗与哪些因素有关 (重点 )4.掌握交变电流能“通过”电容器，理解阻抗感抗和容抗的实质 (重点、难点 )电 阻 器、 电 感 器 对交 变 电 流 的 作 用先填空 1电阻对交流电的影响电阻器对直流和交变电流的影响是相同的2电感对交流电的影响电感既能让直流电通过又能让交变电流通过，但对交变电流有阻碍作用(1)线圈的自感系数越大，电感对交变电流的阻碍作用也越大(2)交变电流的频率越高，电感对交变电流的阻

2、碍作用也越大3感抗(1)定义：电感器对交变电流所起的阻碍作用的大小，叫感抗(2)公式： xl 2fl，单位：欧姆，国际代号：.u(3)规律：遵循欧姆定律，表达形式：i .xl再判断 1电阻器对直流和交流都有阻碍作用，但对交流电阻碍作用更大()2电感器对交流电阻碍作用与频率有关，频率越高，阻碍作用越大()3电感器对恒定电流没有阻碍作用()后思考 1电感器对交变电流的阻碍， 与交变电流的频率有关吗？第 1页【提示】有关交变电流的频率越高，电感器的阻碍作用就越大2电感对交变电流有阻碍作用，怎样理解频率越高，感抗越大？【提示】当交变电流通过线圈时， 线圈中就要产生自感电动势，而自感电动势总是阻碍电流的

3、变化， 这种阻碍作用与交变电流的频率有关，频率越高，电流变化越快，磁通量变化率越大，自感电动势越大，阻碍作用越大合作探讨 如图 2-3-1 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源的电压与交流电压的有效值相等图 2-3-1探讨 1：把开关接 1、开关接 2，待稳定时两白炽灯的亮度相同吗？若不同，哪种情况亮些？【提示】不同，开关接 1 时亮些探讨 2：在开关接 2 的情况下，向线圈 l 中插入铁芯，将会观察到什么现象？【提示】白炽灯变暗核心点击 1电感器对交变电流的阻碍作用是怎样形成的：交变电流通过电感器时，由于电流时刻都在变化 因此在线圈中就

4、会产生自感电动势而自感电动势总是阻碍原电流的变化故电感器对交变电流会起阻碍作用2电感器对交变电流的阻碍作用的大小：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 描述电感对交变电流的阻碍作用大小的物理量叫作感抗，用 xl 表示，且 xl 2fl.感抗的大小由线圈的自感系数 l 和交变电流的频率 f 共同决定3电感线圈在电路中的应用(1)低频扼流圈构造：闭合铁心、绕在铁心上的线圈特点：匝数多、自感系数l 大、线圈电阻很小它对低频交流会产生很大第 2页的阻碍作用 而对直流的阻碍作用则较小，故低频扼流圈

5、的作用是“通直流，阻交流”(2)高频扼流圈构造：它的线圈有的是绕在圆柱形的铁氧体芯上或空心特点： 匝数少，自感系数 l 小它只对频率很高的交流电产生很大的阻碍作用，而对低频交流电的阻碍作用较小故高频扼流圈的作用是“通低频、阻高频”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，接入原电路，通过线圈的电流为i，则 ()ai ibi ici 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，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仅有电阻，而且有线圈的阻碍作用 (感抗

6、 )，阻碍作用增大，电流减小，即 i i，故 b 对【答案】b2(多选 )如图 2-3-2 所示电路中， 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u220 2sin 100t v ，若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100 hz，下列说法正确的是 ()图 2-3-2a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【解析】 由 u2202sin 100 tv 可得电源原来的频率为f1002 hz50hz.当电源频率由原来的50 hz 增为 100 hz 时，线圈的感抗增大；线圈两端电压有效值增大，电压表示数增大，故选项b 正确；在总电压的有效值不变

7、的情况下，电路中的电流减少，选项a 错灯泡的电阻r 是一定的，电流减小时，实第 3页际消耗的电功率减小，灯泡变暗，选项c 正确， d 错【答案】bc3(多选 )如图 2-3-3 所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，s 为双刀双掷开关，下面哪些叙述正确()图 2-3-3a当 s 掷向 a、 b 时灯较亮，掷向 c、d 时灯较暗b当 s 掷向 a、 b 时灯较暗，掷向 c、d 时灯较亮cs 掷向 c、d，把电感线圈中的铁芯抽出来时灯变亮ds 掷向 c、d，电源电压不变，而使频率减小时， 灯变暗【解析】线圈对恒定电流无感抗， 对交变电流有感抗， 当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮，并

8、且是有铁芯时感抗更大，故铁芯抽出时灯变亮【答案】ac对电感器的认识感抗随交变电流频率的增大而增大， 自感系数越大， 感抗也越大， 而感抗在电路中所起作用与电阻的阻碍作用相同电 容 器 对 交 变 电 流 的 作 用先填空 1电容对交流电的影响电容器不能让直流“通过”但能让交变电流“通过”，但对交变电流有阻碍作用(1)电容器的电容越大，阻碍作用越小(2)交流电的频率越高，阻碍作用越小2容抗(1)定义：电容器对交变电流所起阻碍作用的大小，叫容抗1(2)公式： xc2fc，单位：欧姆，国际代号：.u(3)规律：遵循欧姆定律，表达形式：i xc.第 4页再判断 1电容器两极板间是绝缘的，因而任何情况下

9、电容支路上都没有电流通过 ( )2电阻、电感、电容对交流电的阻碍本质是不同的()3电容器交替进行充放电，电路中就有电流“通过”了电容器()后思考 1直流电路和交流电路中影响电压和电流关系的因素一样吗？【提示】不完全一样 直流电路中影响电压和电流关系的是电阻；而交流电路中影响电压和电流关系的不仅有电阻，还有线圈的感抗与电容器的容抗，它们对交变电流表现出不同的行为，存在着不同的作用有着本质的区别2交变电流是真的通过了电容器吗？【提示】不是交变电流反复给电容器充电、放电，在电容器的充、放电过程中，形成了充电电流和放电电流，可以对外做功，如使灯泡发光，好象是交变电流 “ 通过 ” 了电容器实质上没有通

10、过合作探讨 如图 2-3-4 所示，白炽灯l 与电容器 c 串联后接在 a、 b 两点， a、b 两点再连接在电压为u 的直流或交流电源上图 2-3-4探讨 1：在 a、 b 两点连在直流电源和交流电源上，白炽灯l 的发光情况如何？【提示】在 a、b 两点连在直流电源上时，白炽灯l 不发光，连在交流电源上时，白炽灯l 发光探讨 2：增大交变电流的频率， 白炽灯的亮度如何变化？【提示】白炽灯 l 变亮核心点击 1交变电流能 “ 通过 ” 电容器的实质第 5页电容器的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介质通常所说的交变电流“通过”电容器，并不是自

11、由电荷穿过了电容器， 而是在交流电源作用下， 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2-3-5 甲；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2-3-5 乙由于电容器反复不断地充电和放电，使电路中有持续的交变电流甲：充电乙：放电图 2-3-52电容器对交变电流产生阻碍作用的实质(1)在电容器充电与放电过程中，电容器两极间形成跟原电压相反的电压，这就对电流产生了阻碍作用，即容抗xc.(2)电容越大，在同样电压下电容器聚集的电荷就越多，因此容抗就越小；交变电流的频率越高， 充电和放电就进行得越快，因此容抗就越小 电容器的容1抗 xc 跟它的电

12、容 c 和交变电流频率f 间关系： xc 2fc.3电阻、感抗、容抗的区别电阻感抗容抗定向 移动的 自由电容器两极板上积累电感器的自感现象的电荷对向这个方向产生的原因电荷 与不动 的离阻碍电流的变化定向移动的电荷的反子间的碰撞抗作用在电路中特点对直流、交流均有通直流、阻交流、通交流、隔直流、通高阻碍作用通低频、阻高频频、阻低频由导体本身 (长短、 由电感器本身的自由电容的大小和交流决定因素粗细、材料 )决定， 感系数和交流电的电的频率决定与温度有关频率决定电能的转化与电流 通过电 阻做电能和磁场能往复电流的能与电场的能功，电能转化为内做功转化往复转化能第 6页4两个相同的灯泡 l1 和 l 2

13、，分别与两个相同的电容器c1 和 c2 连接，如图2-3-6 所示图中甲电路两端加恒定电压u1，乙电路两端加最大值为1.2u1 的正弦交变电压 u2，则此两灯的发光情况是()甲乙图 2-3-6a l1 灯比 l2 灯亮b l1 灯发光， l2 灯不发光cl1 灯不发光， l2 灯发光d两灯亮度相同【解析】电容器通交流、隔直流，所以l1 灯不发光【答案】c5(多选 )如图 2-3-7 所示，当交流电源的电压(有效值 )u220 v ，频率 f50 hz 时， 3 只灯 l1、l 2、l 3 的亮度相同 (l 无直流电阻 )，若将交流电源的频率变为 f100 hz，则 ()图 2-3-7a l1

14、灯比原来亮b l2 灯比原来亮cl3 灯和原来一样亮d l3 灯比原来亮【解析】电容的容抗与交流电的频率有关，频率越高，容抗越小，即对高频交流电的阻碍作用小，所以a 项对；电感线圈对交流电的阻碍作用随频率升高而增加，所以b 项错；电阻 r 中电流只与交流电有效值及r 值有关，所以c项正确， d 项错误【答案】ac6如图 2-3-8 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()图 2-3-8第 7页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使电容器两极板间距离增大【解析】当发电机转速增加时，交变电流的频率增大