教科版高中物理选修(3-2)第2章第4、5节《电容器在交流电路中的作用电感器在交流电路中的作用》学案

1、最新教科版高中物理选修（ 3-2 ）第 2 章 第 4、5 节电容器在交流电路中的作用 电感器在交流电路中的作用学案电感器在交流电路中的作用 目标定位 1.通过演示实验了解电感器和电容器对交变电流的阻碍和导通作用.2. 知道感抗和容抗的物理意义以及与哪些因素有关.3. 能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用一、电容器对交流电的阻碍作用 问题设计 如图 1 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, 观察灯泡的发光情况图 1(1) 分析电容器能通交流的原因(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

2、) 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？答案(1) 把交流电源接到电容器两个极板上后, 当电源电压升高时, 电源给电容器充电, 电荷向电容器极板上聚集, 在电路中 , 形成充电电流；当电源电压降低时, 电容器放电, 电荷从极板上流出 , 在电路中形成放电电流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, 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) 电容变大时 , 灯泡变亮；频率增大时, 灯泡变亮 要点提炼 1容抗：电容器对交流电的阻碍作用2影响容抗的因素：电容器

3、的电容越大, 交流电的频率越高, 容抗越小1 / 123注意：电容器能通交变电流, 并不是电荷真的穿过了电容器4电容器在电路中的作用：通交流, 隔直流；通高频, 阻低频 .二、电感器对交流电的阻碍作用 问题设计 如图 2 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(1) 对比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？答案(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)

4、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 要点提炼 1感抗：电感器对交变电流的阻碍作用的大小2影响感抗的因素：线圈的自感系数越大, 交流电的频率越高, 感抗越大3注意：电感器的感抗是由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4扼流圈是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的电感线圈(1) 高频扼流圈高频扼流圈的自感系数很小, 只对高频交变电流有较大的阻碍作用, 对低频交变电流的阻碍作用较小 , 对直流电流的阻碍作用更小它具有“通直流, 通低频 , 阻高频”的作用(2

5、) 低频扼流圈低频扼流圈的自感系数很大, 既使交流的频率较低, 它产生的感抗也很大它具有“通直流, 阻交2 / 12流”的作用三、电阻、感抗、容抗的作用及区别1容抗的大小除了与电容自身的性质有关, 还与交变电流的频率有关, 频率越高 , 容抗越小 ( 填“大”或“小”)2感抗的大小除了与电感线圈自身的性质有关外, 还与交变电流的频率有关, 频率越高 , 感抗越大 ( 填“大”或“小”)3电阻无论对直流还是交流, 阻碍作用相同, 只取决于电阻本身一、对容抗的理解例 1如图 3 所示 , 接在交流电源上的灯泡正常发光, 以下说法正确的是()图 3A把电介质插入电容器, 灯泡变亮B增大电容器两极板间

6、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, 所以灯泡变亮, 故A 正确；增大电容器两极板间的距离, 电容变小 , 电容器对交变电流阻碍作用变大, 所以灯泡变暗 , 故 B 错误；减小电容器两极板间的正对面积, 电容变小 , 灯泡变暗 , 故 C 正确；使交变电流频率减小 , 电容器对交变电流阻碍作用变大, 灯泡变暗 , 故 D 正确答案ACD二、对感抗的理解例 2如图 4 所示的实验电路中, 若直流电压和交变电压的有效值相等,S 为双刀双掷开关, 下列叙述正确的

7、是()3 / 12图 4A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C S 掷向 c、 d, 把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮D S 掷向c、 , 电源电压不变 , 而使频率减小时, 灯变暗d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 , 并且是有铁芯时感抗更大, 故铁芯抽出时灯变亮 , 故 A、 C 正确答案AC三、电阻、感抗、容抗的对比例 3如图 5 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

8、220 V 、 50 Hz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, 将交变电流的频率增大到60 Hz,则发生的现象是 ()图 5A三灯亮度不变B三灯均变亮C L1 亮度不变、 L2 变亮、 L3 变暗D L1 亮度不变、 L2 变暗、 L3 变亮解析当交变电流的频率变大时, 线圈的感抗变大, 电容器的容抗变小, 因此L3 变亮 ,L 2 变暗又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用, 故 L1 亮度不变 , 所以选 D.答案D四、电感器、电容器在电路中的应用例 4在收音机线路中, 经天线接收下来的电信号既有高频成分, 又有低频成分, 经放大后送到4 / 12下一级 ,需要把低

9、频成分和高频成分分开, 只让低频成分输送到再下一级, 可以采用如图6 所示电路, 其中、b应选择的元件是 ()a图 6A a 是电容较大的电容器, b 是低频扼流圈B a 是电容较大的电容器, b 是高频扼流圈C a 是电容较小的电容器, b 是低频扼流圈D a 是电容较小的电容器, b 是高频扼流圈解析电容器具有通高频、阻低频的作用, 这样的电容器电容较小, 所以a 处放电容较小的电容器, 电感线圈在该电路中要求起到通低频、阻高频的作用, b 处接一个高频扼流圈,D 对答案D电容器和电感器在交流电路中的作用错误 !1 ( 对容抗的理解) 如图 7 所示 , 白炽灯和电容器串联后接在交流电源的

10、两端, 当交流电源的频率增大时 ()图 7A电容器电容增大B 电容器电容减小C灯变暗D 灯变亮答案D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大时, 电容器充、放电的速度加快, 电容器的容抗减小, 电流增大 , 灯变5 / 12亮,故选项 C 错误 ,D 正确2. (对感抗的理解 ) 在如图 8 所示的电路中 ,L为电感线圈 , 灯泡的电阻为, 电流表内阻为零, 电R压表内阻无限大, 交流电源的电压u 2202sin (100 t ) 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

11、8A电流表示数增大B电压表示数增大C灯泡变暗D灯泡变亮答案BC100解析由 u 2202sin (100 t ) V, 可得电源原来的频率f 2 2 Hz 50 Hz, 当电源频率由原来的50 Hz增为 100 Hz 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 I 2R) 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U, 设灯泡两端电压为U,LR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

12、小 , 因电源电压的有效值保持不变 , 故U 增大 , 选项 B 正确U ULR3. ( 电阻、感抗、容抗的对比 ) 如图 9 所示 , 三个灯泡相同 , 而且足够耐压 , 电源内阻忽略 ( 两电源的电动势相同) 单刀双掷开关S 接 A时 , 三个灯亮度相同, 那么 S 接 B 时 ()图 9A三个灯亮度相同B甲灯最亮 , 丙灯不亮C甲灯和乙灯亮度相同, 丙灯不亮6 / 12D只有丙灯不亮 , 乙灯最亮答案D解析开关 S 接 A 时 , 甲、乙、丙三个支路均有交流电通过, 开关 S 接 B 时 , 电路处于直流工作状态电容器 “隔直流、通交流”；电感线圈L“阻交流、通直流”；R对交流电、直流电

13、有相C同的阻抗可判断S 接 B 时电路中 I 丙 0,I 甲 不变 , I 乙增大；又因为灯泡亮度与功率( P I 2R) 成正比 , 所以只有丙灯不亮, 乙灯最亮 .题组一对容抗的理解1对交变电流通过电容器的理解正确的是()A交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体B交变电流定向移动的电荷通过电容器两极板间的绝缘介质C交变电流能够使电容器交替进行充电、放电, 电路中就有了电流, 表现为交变电流通过了电容器D交变电流通过了电容器, 实际上自由电荷并没有通过电容器极板间的绝缘介质( 击穿除外 )答案CD解析电流能“通过”电容器, 并非自由电荷真的通过电容器两极板间的绝缘介质, 而是交变电流交

14、替对电容器充、放电, 电路中有了电流, 表现为交变电流通过了电容器2有两个电容器的电容分别为C1 5 F 和 C2 3 F, 分别加在峰值一定的正弦交流电源上,在下列各种情况下 , 哪一种情况通过电容器的电流最大()A在 C1上所加交变电流频率为50 HzB在 C2上所加交变电流的频率为50 HzC在 C 上所加交变电流的频率为100 Hz1D在 2上所加交变电流的频率为100 HzC答案C解析电容越大 , 交变电流频率越大, 容抗越小 , 电流越容易通过电容器C1C2, 100 Hz50 Hz,所以 C 正确7 / 123如图1 所示的电路 , F 为一交流发电机, C 为平行板电容器, 为

15、使电流表A 的示数增大, 可行的办法是 ()图 1A使发电机F 的转速增大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答案A解析当发电机转速增大时, 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, 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 , 对交变电源的阻碍作用增大, 电流表A 示数减小 ,C 、 D两项均错误题组二 对感抗的理解4.一个灯泡通过一个粗导线线圈与一交流电源相连接, 如图 2 所示一铁棒插进线圈后, 该灯将()

16、图 2A变亮B变暗C对灯的亮度没影响D无法判断答案B解析在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势, 总是阻碍电流变化, 正是这种阻碍变化的特8 / 12性 , 使线圈产生了感抗加入铁芯改变了电感线圈的自感系数, 使自感系数增大, 感抗增大 , 降落的电压增大 , 灯泡两端的电压减小, 所以灯变暗5.如图3 所示 , 输入端a、 b 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的直流电阻不为零但较小)()图 3A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的直流成分要大答案CD解析由于线圈L 的直流电阻不为零,

17、 所以有直流通过R, 而线圈对交流有阻碍作用, 因此也有交流成分通过R,B 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,A 错；因为线圈的直流电阻较小, 所以通过线圈的直流成分比通过R的要大 ,D 正确题组三电阻、感抗、容抗的对比6. 如图 4 所示 , 甲、乙是规格相同的灯泡 , 接线柱 a、 b 接电压为 U的直流电源时 , 无论电源的正极与哪一个接线柱相连, 甲灯均能正常发光, 乙灯完全不亮当a、 b 接电压的有效值为U的交流电源时 , 甲灯发出微弱的光, 乙灯能正常发光, 则下列判断正确的是()图 4A与甲灯串联的元件x 是电容器 , 与乙灯串联的元件y 是电

18、感线圈B与甲灯串联的元件x 是电感线圈 , 与乙灯串联的元件y 是电容器C与甲灯串联的元件x 是二极管 , 与乙灯串联的元件y 是电容器D与甲灯串联的元件x 是电感线圈 , 与乙灯串联的元件y 是二极管答案 B9 / 12解析由 a、 b 接直流电流时的现象可知, 元件 x“通直流” , 元件y“隔直流” , 由a、 b 接交流电源时的现象可知 , 元件 x“阻交流” , 元件y“通交流” , 根据电容器和电感线圈的特点, 可判断元件 x 是电感线圈 , 元件 y 是电容器 , 选项 B正确7. 如图 5所示 , 在电路两端加上正弦交流电, 保持电压有效值不变, 使频率增大 , 发现各灯的亮暗

19、情况是：灯L1 变亮 , 灯 L2 变暗 , 灯 L3 不变 , 则 M、 N、 L 中所接元件可能是 ()图 5A 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 为电容器答案C解析题组四电感器、电容器在电路中的应用8.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 6 所示 , 则下列做法合理的是()图 6A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10 / 12C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答案C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对9如图 7 甲、乙所示是电子技术中的常用电路, 、b是各部分电路的输入端, 其中输入的交流a高频成分用“”表示 , 交流低频成分用“”表示, 直流成分用“”表示关于两图中负