高二物理第三节 电感和电容对交变电流的影响 第四节 变压器人教实验版知识精讲

1、用心 爱心 专心高二高二物理第三节物理第三节 电感和电容对交变电流的影响电感和电容对交变电流的影响 第四节第四节 变压器变压器人教实验版人教实验版【本讲教育信息本讲教育信息】一. 教学内容：第三节 电感和电容对交变电流的影响 第四节 变压器知识要点（1）理解为什么电感对交变电流有阻碍作用知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关（2）理解交变电流能通过电容器，理解为什么电容器对交变电流有阻碍作用知道用容抗来表示电容对交变电流阻碍作用的大小，知道容抗与哪些因素有关（3）知道变压器的构造，知道互感现象是变压器的工作基础知道什么是理想变压器，掌握理想变压器的原、副线圈的电压

2、与匝数的关系，并能应用它分析解决问题（4）掌握理想变压器中电流与匝数、功率的关系，并能应用它分析解决问题知道常见的几种变压器二. 重点、难点：（一）电感对交变电流的影响1. 对感抗的理解：感抗是表示电感对交变电流阻碍作用大小的物理量感抗的大小与自身的自感系数、交变电流的频率有关，可用公式2LXfL表示，不作计算要求，单位是欧姆可见，交流电的频率越大，线圈的自感系数越大，感抗就越大2. 电感对交变电流的阻碍作用：交变电流通过线圈时，电流的大小和方向都不断变化，线圈中就必然会产生自感电动势自感电动势的作用就是阻碍引起自感电动势的电流的变化，这样就形成了对交变电流的阻碍作用3. 电感在交流电路中的作

3、用：据电感线圈匝数的不同可分为两种：低频扼流圈：通直流，阻交流高频扼流圈：通低频，阻高频（二）电容器对交变电流的影响1. 交变电流是怎样通过电容器的? 将电容器的两极接在电压恒定的直流电源两端，电路中没有持续的电流，这是由于电容器两极间充有绝缘的电介质。但如果把电容器接在交变电流两端，则电路里会有持续的电流，好像交变电流“通过”了电容器这里特别要注意，在这种情况下电路中的自由电荷也并没有通过电容器两极间的绝缘电介质，而是在交变电压的作用下，当电源电压升高时，电容器充电，电路中形成充电电流，当电源电压降低时，电容器放电，电路中形成放电电流，在交变电源的一周期内，电容器要交替进行充电、放电，反向充

4、电、反向放电，电路中就有了持续的交变电流，就好像电流通过了电容器2. （1）对容抗的理解：容抗是表示电容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、交变电流的频率有关，可用12CXfC来表示不要求计算单位是欧姆（2）电容对交变电流的阻碍作用：电容对交变电流产生阻碍的原因是，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用心 爱心 专心（3）电容器在交流电路中的作用：隔直电容器：通交流、隔直流旁路电容器：通高频、阻低频例 1. 如图所示交流电源的电压有效值跟直流的电压相等

5、，当将双刀双掷开关接到直流电源上时，灯泡的实际功率为1P，而将双刀双掷开关接在交流电源上时，灯泡的实际功率为2P，则 A. 1P=2PB. 1P2PC. 1P2P 特别提示：特别提示：电感线圈在交流电路中的作用是：通直流、阻交流、通低频、阻高频 例 2. 如图所示，电路中完全相同的三只灯泡 a、b、c 分别与电阻 R、电感 L、电容 C 串联，然后再并联到 220V、50Hz 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 60Hz，则发生的现象是 A. 三灯亮度不变 B. 三灯均变亮 C. a 不变、b 变亮、c 变暗D. a 不变、b 变暗、c 变亮 解析：解

6、析：此题考查电容、电感对交变电流的影响，也就是容抗、感抗与交变电流的关系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 c 变亮b 变暗又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故 a 灯亮度不变，所以选 D 特别提示：特别提示：在交流电路中一定要弄清感抗与容抗与哪些因素有关：（1）电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗来表示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，感抗也越大（2）电容对交变电流的阻碍作用的大小用容抗来表示电容器的电容越大，交变电流的频率越高，电容对交变电流的阻碍作用就越小，容抗也越小（三）变压器的原理 1. 变压器的构造如图所示为

7、变压器的结构图，原线圈接电源，副线圈接负载，两个线圈都绕在叠合而成的硅钢片上，硅钢片都涂有绝缘漆用心 爱心 专心 原线圈 副线圈 铁芯 2. 变压器的工作原理 变压器的变压原理是电磁感应当原线圈上加交流电压1U时，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量，在原、副线圈中都要产生感应电动势如果副线圈是闭合的，则副线圈中将产生交变的感应电流，它也在铁芯中产生交变磁通量，在原、副线圈中同样要引起感应电动势由于这种互相感应的互感现象，原、副线圈间虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈传递到副线圈其能量转换方式为：原线圈电能磁场能副线圈电能 说明：说明：互感现象是变压器工作的基础：变压器通过闭合

8、铁芯，利用互感现象实现了电能向磁场能再到电能的转化 变压器是依据电磁感应工作的，因此只能工作在交流电路中，如果变压器接入直流电路，原线圈中的电流不变，在铁芯中引不起磁通量的变化，没有互感现象出现，变压器起不到变压作用，3. 理想变压器的规律理想变压器的特点 a. 变压器铁芯内无漏磁 b. 原副线圈不计电阻即不产生焦耳热电动势关系：由于互感现象，没有漏磁，原、副线圈中具有相同的磁通量的变化率t如图根据法拉第电磁感应定律，原线圈中Ent11，副线圈中Ent22，所以有1122EnEn 电压关系：由于不计原、副线圈的电阻，因而11UE,22UE。所以有1122UnUn这与实验探究得到的规律相同 若1

9、2nn，12UU，就是升压变压器；若12nn，12UU，就是降压变压器 输出电压2U由输入电压1U和1n，2n共同决定 电流关系：由于不存在各种能量损失，所以变压器的输出功率等于输入功率，12PP，用U、I代换得：1 122U IU I，所以有1221IUIU，再由1122UnUn得：用心 爱心 专心1221InIn，这就是电流与匝数的关系，原、副线圈中的电流与匝数成反比 输入功率1P由输出功率2P决定，负载需要多少功率。原线圈端就输入多少功率 说明：说明：由1221InIn知，对于只有一个副线圈的变压器：电流与匝数成反比因此，变压器高压线圈匝数多而通过的电流小，可用较细的导线绕制，低压线圈匝

10、数少而通过的电流大，应用较粗的导线绕制 变压器的输入功率决定于输出功率，即用多少给多少同理输入电流决定于输出电流，若副线圈空载，输出电流为零，输出功率为零，则输入电流为零，输入功率为零 变压器能改变交流电压、交变电流，但不改变功率和交变电流的频率，输入功率总等于输出功率，副线圈中交变电流的频率总等于原线圈中交变电流的频率 变压器的电流关系也是有效值（或最大值）间的关系4. 当变压器有多个副线圈组成时，电压、电流与匝数关系例 3. 如图所示，原线圈匝数为 n1，两个副线圈匝数分别为 n2和 n3，相应电压分别为U1、U2和 U3，相应的电流分别为 I1、I2、I3，根据理想变压器的工作原理可得U

11、Unn1212UUnn1313由此可得UUnn2323根据PP入出 得I UI UI U112233将代入式得 I UnnI UI Unn1212223232整理得 I nI nI n112233以上式即为多个副线圈的理想变压器的电压与匝数的关系和电流与匝数的关系。 n1 I1 I2 n2 n3 I3 说明：说明：变压器的电压关系对有一个或几个副线圈的变压器都成立，而电流关系只适用于有一个副线圈的变压器，若为多个副线圈，电流关系要从功率关系（输入功率总等于输出功率）得出，即1 1223 3U IU IU I，根据312123UUUnnn知：电流与匝数关系为：1 1223 3n In In I

12、5. 负载发生变化引起变压器电压、电流变化的判断方法（1）负载增多，不等于电阻变大。负载增多对应用电器增多，消耗功率增大，其总电用心 爱心 专心阻减小。（2）有关负载发生变化时，电流和电压如何变化的判断，先要由UUnn1212判断 U2是否变化，再根据 U2及负载电阻变大变小的情况，由欧姆定律确定线圈中的电流 I2的变化情况；最后再由PP入出判断原线圈中电流的变化情况。6. 线圈串、并联的分析和计算方法对于线圈的串、并联，与电阻的串、并联相类似，一方面要判断两线圈两接头的连接关系，另一方面还要判断两线圈的线向关系。判断方法：可假定某时刻一线圈中有某一流向的电流，例如，图中两线圈，将 b、c 相

13、连，a、d 作为输出端，假设电流从 a 端流入，则两线圈电流反向，故两线圈磁通量相抵消，故其匝数为两线圈匝数差。 a b c d 7. 变压器与分压器变压器（如图甲所示）和分压器（如图乙所示）都能起到改变电压的作用，但二者又有着本质的区别。为了帮助同学们澄清对这两种仪器的模糊认识，更好地理解和应用它们来解决实际问题，现将二者的区别简述如下。（1）变压器是一种电感性仪器，是根据电磁感应原理工作的；而分压器是一种电阻性仪器，是根据电阻串联分压原理工作的。（2）变压器只能改变交流电压，不能改变直流电压；而分压器既能改变交流电压，也可以改变直流电压。（3）变压器可以使交流电压升高或降低；而分压器不能使

14、电压升高。（4）对于理想变压器，电压与线圈匝数成正比，即UUnnabcd12而对于分压器，电压与其电阻成正比，即UURRefghefgh（5）若在 c d 间，g h 间分别接入负载电阻 R0后，对于变压器，Ucd不随 R0的变化而变化；而对于分压器，Ugh将随 R0的增大而增大，随 R0的减小而减小。（6）理想变压器工作时，穿过铁芯的磁通量是一定的，线圈两端的电压遵循法拉第电磁感应定律Ent11，Ent22而分压器工作时，回路电流为定值，遵循欧姆定律用心 爱心 专心UIRUIRefefghgh，（7）理想变压器的输入功率随输出功率的变化而变化，即随之增大而增大，随之减小而减小，且始终相等，P

15、P入出；而分压器空载时输入功率PI Ref入2不变。 例 4. 一台理想变压器，其原线圈 2200 匝，副线圈 440 匝，并接一个 1000 欧姆的负载电阻，如图所示 （1）当原线圈接在 44V 直流电源上时，电压表示数为 V电流表示数为 A （2）当原线圈接在 220V 交流电源上时，电压表示数为 V，电流表示数为 A此时输入功率为 W，变压器效率为 解析：解析：（1）原线圈接在直流电源上时，由于原线圈中的电流恒定，所以穿过原、副线圈的磁通量不发生变化，副线圈两端不产生感应电动势，故电压表示数为零，电流表示数也为零（ ）由得（电压表读数）（电流表读数）效率入出222044022004444

16、100044044441936100%.212121212222UUnnUUnnVVIURAAPPI UWW.答案：答案：（1）0 0 （2）44 0.44 19.36 100% 特别提示：特别提示：（1）变压器只能改变交流电压，不能改变直流电压（2）理想变压器，效率当然是 100（3）交流电压表与电流表的示数均为有效值（4）输入功率取决于输出功率，即用多少给多少例 5. 如图所示，一理想变压器原、副线圈匝数比为 3：1，副线圈接三个相同的灯泡，均能正常发光，若在原线圈所在电路上再串联一相同灯泡 L，则（设电源有效值不变）A. 灯 L 与三灯亮度相同B. 灯 L 比三灯都暗 C. 灯 L 将会

17、被烧坏 D. 无法判断其亮度情况用心 爱心 专心解析：解析：由于电源有效值不变，设为 U，当在原线圈所在电路上再串联一相同灯泡 L 时，灯 L 与线圈分压，设原线圈两端的电压为 U1，则UUUL1，其中 UL为灯泡 L 两端电压，UI RLL1，设此时接入副线圈的每只灯泡中的电流为 I，则副线圈输出电流II23，据电流与匝数关系IInn122113得InnII1212，即四只灯泡中的电流相同，故亮度相同。答案：答案：A 特别提示：特别提示：当原线圈所在电路串联入灯泡 L 后，原线圈两端的电压不再等于电源电压，而是与电灯 L 分压。此时原线圈类似于一非纯电阻用电器，其两端电压可据电源电压及串联的

18、用电器的分压情况计算【模拟试题模拟试题】1. 电感对交变电流的影响的以下说法中，正确的是（ ） A. 电感对交变电流有阻碍作用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2. 电容对交变电流的影响的以下说法中，正确的是（ ） A. 交变电流能通过电容器 B. 电容器具有通直流、阻交流的作用 C. 电容器电容较小，它具有通高频、阻低频的功能 D. 电容器的电容越大，交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越小3. 一灯泡和一电感线圈串联，用交流电供电，若

19、提高交流电的频率，则（ ） A. 电感线圈的电感增加B. 电感线圈的电感减小 C. 电灯泡变亮 D. 电灯泡变暗4. 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 220V C. 小于 220VD. 等于零5. 如图所示，输入端 ab 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） （ ） b A. 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

20、必定要大（直流与该支路中总电流的比）用心 爱心 专心6. 对理想变压器可作出的判断是（ ） A. 高压线圈匝数多、电流大、导线粗 B. 低压线圈匝数少、电流小、导线细 C. 高压线圈匝数多、电流大、导线细 D. 低压线圈匝数少、电流大、导线粗7. 用一理想变压器向一负载 R 供电，如图所示，当增大负载电阻 R 时，原线圈中的电流1I，和副线圈中的电流2I之间的关系是（ ） I1 I2 R A. 2I增大，1I也增大 B. 2I增大，1I却减小 C. 2I减小，1I也减小 D. 2I减小，1I却增大8. 用理想变压器给负载电阻 R 供电，变压器输入电压一定时在下列办法中，哪些可以使变压器的输入功率增加（ ） A. 增加原线圈的匝数，而副线圈的匝数和负载电阻 R 保持不变 B. 减小负载电阻的阻值，而原、副线圈的匝数保持不变 C. 增大负载电阻，而原、副线圈的匝数保持不变 D. 增加副线圈的匝数，而原线圈的匝数和负载电阻保持不变9. 将输入为 220V、输出为 6V 的变压器改绕成输出为 30V 的变压器，副线圈原来是 36匝若原线圈匝数不变，则副线圈应增加的匝数是（ ） A. 144 匝 B180 匝 C216 匝 D324