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3-2

1、自自主主学学习习基基础础知知识识 3 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 学习目标学习目标1.电感和电容对交变电流的影电感和电容对交变电流的影响响(重点重点)2.电感器和电容器的应电感器和电容器的应用用(重点重点)3.电感和电容对交变电流阻碍电感和电容对交变电流阻碍作用的理解作用的理解(难点难点)4.影响感抗和容抗大影响感抗和容抗大小的因素小的因素(难点难点)合合作作探探究究重重难难疑疑点点解解题题技技巧巧素素养养培培优优 2感抗感抗 (1)物理意义：表示电感器对物理意义：表示电感器对_阻碍作用的大小的物理量阻碍作用的大小的物理量 (2)影响因素：线圈的影响因素：线圈的_越大

2、，越大，交流的交流的_越高，感抗越大越高，感抗越大 (3)应用：扼流圈应用：扼流圈 低频扼流圈：可以用来低频扼流圈：可以用来“通通_，阻，阻_” 高频扼流圈：可以用来高频扼流圈：可以用来“通通_，通，通_，阻，阻 _”交变电流交变电流自感系数自感系数频率频率直流直流交流交流直流直流低频低频高频高频 电感线圈对交变电流的阻碍作用为什么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随线圈的自感系数、交变电流的频率的增大而增大呢？大而增大呢？ 【提示提示】电感线圈的阻碍作用是由交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变电流通过线圈时产生的自感电动势引起的

3、，自感系数越大时产生的自感电动势也的，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，感抗也就越大碍作用就越大，感抗也就越大 1电感对交变电流阻碍作用越大，感抗电感对交变电流阻碍作用越大，感抗就越小就越小( ) 2交流电的频率越高，电感对交流的阻交流电的频率越高，电感对交流的阻碍作用越大碍作用越大( ) 3电感线圈之所以对交变电流有阻碍作电感线圈之所以对交变电流有阻碍作用，是由于自感电动势总是阻碍电流的变用，是由于自感电动势总是阻碍电流的变化化( ) 1

4、交变电流能通过电容器交变电流能通过电容器 (1)实验电路实验电路(如图如图531) 图图531 (2)实验目的：了解并验证电容器对交变实验目的：了解并验证电容器对交变电流的阻碍作用电流的阻碍作用 (3)实验方法：把白炽灯和电容器串联起实验方法：把白炽灯和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，观察灯泡的发光情接到交流电源上，观察灯泡的发光情况把电容器从电路中取下来，使灯泡直况把电容器从电路中取下来，使灯泡直接与交流电源相连，再观察灯泡的发光情接与交流电源相连，再观察灯泡的发光情况况 (4)实验现象实验现象 接到接到_上的灯泡不亮，接到

5、上的灯泡不亮，接到_上的灯泡亮把电容器从电路中取下来，上的灯泡亮把电容器从电路中取下来，使灯泡直接与交流电源相连，灯泡要比接使灯泡直接与交流电源相连，灯泡要比接有电容器时有电容器时_ (5)实验结论实验结论 _能够能够“通过通过”电容器，电容器，_不能通过电容器不能通过电容器 电容器对电容器对_有有_作用作用直流直流交流交流亮亮交变电流交变电流直流直流交变电流交变电流阻碍阻碍 2电容器对交变电流的阻碍作用电容器对交变电流的阻碍作用 (1)容抗：表示电容器对容抗：表示电容器对_阻碍作用阻碍作用的大小的大小 (2)影响容抗大小的因素：电容器的电容影响容抗大小的因素：电容器的电容_，交流的频率，交流

6、的频率_，容抗越小，容抗越小 (3)电容器特点：电容器特点：“通交流、隔直流；通通交流、隔直流；通高频、阻低频高频、阻低频”交流交流越大越大越高越高 感抗的实质是由线圈的自感现象引起的，感抗的实质是由线圈的自感现象引起的，那么，电容器对交变电流阻碍作用的实质那么，电容器对交变电流阻碍作用的实质是什么呢？是什么呢？ 【提示提示】当交变电流当交变电流“通过通过”电容器时，电容器时，给电容器充电或放电，形成充电或放电电给电容器充电或放电，形成充电或放电电流，在形成电流的过程中，对自由电荷来流，在形成电流的过程中，对自由电荷来说，当电源的电压推动它们向某一方向做说，当电源的电压推动它们向某一方向做定向

7、移动时，电容器两极板上积累的电荷定向移动时，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，也就却反抗它们向这个方向做定向移动，也就是说在给电容器充电或放电过程中，在电是说在给电容器充电或放电过程中，在电容器两极板形成跟原电压相反的电压，这容器两极板形成跟原电压相反的电压，这就对电流产生了阻碍作用就对电流产生了阻碍作用 1电容器在交变电路中，相当于一个电电容器在交变电路中，相当于一个电阻，具有分压作用阻，具有分压作用( ) 2电容器接到交流电源时，有自由电荷电容器接到交流电源时，有自由电荷通过电容器通过电容器( ) 3电容器是通直流、阻交流，通高频、电容器是通直流、阻交流，通高频、阻低

8、频阻低频( ) 预习完成后，请把你认为难以解决的问预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中题记录在下面的表格中问题问题1问题问题2问题问题3问题问题4 学生分组探究一学生分组探究一电感器和电容器对交电感器和电容器对交变电流的阻碍作用变电流的阻碍作用 第第1步探究步探究分层设问，破解疑难分层设问，破解疑难 1交流电路和直流电路中阻碍电流大小交流电路和直流电路中阻碍电流大小的因素分别有哪些？的因素分别有哪些？ 【提示提示】在直流电路中，受电阻的阻在直流电路中，受电阻的阻碍作用，在交流电路中除了电阻外，还受碍作用，在交流电路中除了电阻外，还受电感器和电容器对交变电流的阻碍作用电感器和电

9、容器对交变电流的阻碍作用 2交变电流的频率越高，电感器、电容交变电流的频率越高，电感器、电容器、电阻对电流的阻碍作用会怎样变化？器、电阻对电流的阻碍作用会怎样变化？ 【提示提示】交变电流的频率越高，感抗交变电流的频率越高，感抗越大，容抗越小，电阻值不变越大，容抗越小，电阻值不变 第第2步结论步结论自我总结，素能培养自我总结，素能培养 1电阻、感抗、容抗的区别电阻、感抗、容抗的区别电阻电阻感抗感抗容抗容抗产生的产生的原因原因定向移动的自定向移动的自由电荷与不动由电荷与不动的离子间的碰的离子间的碰撞撞由于电感由于电感线圈的自线圈的自感现象阻感现象阻碍电流的碍电流的变化变化电容器两极板上积电容器两极

10、板上积累的电荷对向这个累的电荷对向这个方向定向移动的电方向定向移动的电荷的反抗作用荷的反抗作用在电路在电路中中的特点的特点对直流、交流对直流、交流均有阻碍作用均有阻碍作用对交流有对交流有阻碍作用阻碍作用对直流的阻碍作用对直流的阻碍作用无限大，对交流的无限大，对交流的阻碍作用随频率的阻碍作用随频率的降低而增大降低而增大决定决定因素因素由导体本身由导体本身(长短、粗细、长短、粗细、材料材料)决定，决定，与温度有关与温度有关由线圈本身的由线圈本身的自感系数和交自感系数和交流的频率流的频率f决决定定由电容的大小由电容的大小和交流的频率和交流的频率f决定决定电能的电能的转化与转化与做功做功电流通过电阻电

11、流通过电阻做功，电能转做功，电能转化为内能化为内能电能和磁场能电能和磁场能往复转化往复转化电能与电场能电能与电场能往复转化往复转化 2.交变电流能够交变电流能够“通过通过”电容器的理解电容器的理解 当电容器接到交流电源上时，由于两极当电容器接到交流电源上时，由于两极板间的电压变化，电压升高时，形成充电板间的电压变化，电压升高时，形成充电电流，电压降低时，形成放电电流，充、电流，电压降低时，形成放电电流，充、放电交替进行，电路中就好像交变电流放电交替进行，电路中就好像交变电流“通通过过”了电容器，实际上，自由电荷并没有通了电容器，实际上，自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质过两极板间的绝缘介质

12、第第3步例证步例证典例印证，思维深化典例印证，思维深化 (多选多选)(2014泰安高二检测泰安高二检测)在如图在如图532所示的电路中，所示的电路中，L为电感线圈，为电感线圈，R为灯为灯泡的电阻，电流表内阻为零，电压表内阻泡的电阻，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压无限大，交流电源的电压U220sin100 t (V)若保持电源电压有效值不变，只将电若保持电源电压有效值不变，只将电源频率改为源频率改为100 Hz，下列说法正确的是，下列说法正确的是() A电流表示数增大电流表示数增大 B电压表示数增大电压表示数增大 C灯泡变暗灯泡变暗 D灯泡变亮灯泡变亮 【思路点拨思路点拨】解答

13、本题时应把握以下解答本题时应把握以下两点：两点： (1)感抗与交变电流的频率的关系感抗与交变电流的频率的关系 (2)串联电路的电压关系串联电路的电压关系 在电压不变的情况下，电路中的电流减在电压不变的情况下，电路中的电流减小，选项小，选项A错误；灯泡的电阻错误；灯泡的电阻R是一定的，是一定的，电流减小时，实际消耗的电功率电流减小时，实际消耗的电功率(PI2R)减小，灯泡变暗，选项减小，灯泡变暗，选项C正确，正确，D错误；错误； 电压表与电感线圈并联，其示数为线圈电压表与电感线圈并联，其示数为线圈两端的电压两端的电压UL，设灯泡两端电压为，设灯泡两端电压为UR，则，则电源电压的有效值为电源电压的

14、有效值为UULUR，由于因，由于因URIR，由于电流，由于电流I减小，故减小，故UR减小，因减小，因电源电压有效值保持不变，故电源电压有效值保持不变，故UL(UUR)增大，选项增大，选项B正确正确 【答案答案】BC 如图如图533所示白炽灯和电容器串联后接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在交流电源的两端，当交流电源的频率增大时大时() A电容器电容增大电容器电容增大 B电容器电容减小电容器电容减小 C电灯变暗电灯变暗 D电灯变亮电灯变亮 【思路点拨思路点拨】(1)电容器的容抗与交变电容器的容抗与交变电流的频率有关电流的频率有关 (2)频率增大时，容抗减小频率增大时

15、，容抗减小 【解析解析】电容器的电容是由电容器本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身的特性决定的，与外加的交流电源的频率无关，故选项率无关，故选项A和和B是错误的当交流电是错误的当交流电源的频率增加时，电容器充、放电的速度源的频率增加时，电容器充、放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，电加快，电容器的容抗减小，电流增大，电灯变亮灯变亮 【答案答案】D 电容器、电感器、二极管的导电性能电容器、电感器、二极管的导电性能 它们的导电特性不同，接不同的电源电它们的导电特性不同，接不同的电源电压，就会产生不同的现象，应根据它们的压，就会产生不同的现象，应根据它们的特性和所

16、加的电压逐一判断发生的现象特性和所加的电压逐一判断发生的现象 第第4步巧练步巧练精选习题，落实强化精选习题，落实强化 图图534 1(2014曲阜师大附中高二检测曲阜师大附中高二检测)一个灯一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图连接，如图534所示一铁棒插进线圈之所示一铁棒插进线圈之后，该灯将后，该灯将() A变亮变亮B变暗变暗 C没有影响没有影响 D无法判断无法判断 【解析解析】在线圈内由于磁场变化而产在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势，总是反抗电流的变生的感应电动势，总是反抗电流的变化正是这种反抗变化的特性化正是这种反抗变化的特性(电惰

17、性电惰性)，使线圈产生了感抗加入铁芯改变了电感使线圈产生了感抗加入铁芯改变了电感的自感系数，自感系数增大，感抗增大，的自感系数，自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，灯泡上的电压减小，所降落的电压增大，灯泡上的电压减小，所以灯以灯 变暗故变暗故B正确正确 【答案答案】B 2. 图图535 (2014徐州一中高一检测徐州一中高一检测)如图如图535所示所示的电路中，正弦式电流源电压的有效值为的电路中，正弦式电流源电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是法中正确的是() A等于等于220 V B大于大于220 V C小于小于220 V

18、D等于零等于零 【解析解析】虽然交变电流能通过电容器，虽然交变电流能通过电容器，但也受到阻碍作用，电容器与电阻串联，但也受到阻碍作用，电容器与电阻串联，根据分压原理可知电阻两端的电压小于电根据分压原理可知电阻两端的电压小于电源电压，电压表测的是电阻两端的电压，源电压，电压表测的是电阻两端的电压，C正确正确 【答案答案】C 学生分组探究二学生分组探究二电感器、电容器在交电感器、电容器在交变电路中的应用变电路中的应用 第第1步探究步探究分层设问，破解疑难分层设问，破解疑难 1使用使用220 V交流电源的电气设备和电交流电源的电气设备和电子仪器，金属外壳和电源之间都有良好的子仪器，金属外壳和电源之间

19、都有良好的绝缘，但是有时用手触摸外壳时会有绝缘，但是有时用手触摸外壳时会有“麻手麻手”的感觉，用试电笔测试时氖管也会发光，的感觉，用试电笔测试时氖管也会发光，这是为什么呢？采用什么措施可解决这一这是为什么呢？采用什么措施可解决这一问题？问题？ 【提示提示】与电源连接的机芯和金属外与电源连接的机芯和金属外壳构成一个电容器，交变电流能够通过这壳构成一个电容器，交变电流能够通过这个电容器，也就是说机芯、外壳间始终在个电容器，也就是说机芯、外壳间始终在进 行 着 充 放 电 ， 所 以 能 感 觉 到进 行 着 充 放 电 ， 所 以 能 感 觉 到 “ 漏漏电电”解决方案就是金属外壳接地，其实解决方

20、案就是金属外壳接地，其实现在生产的电气设备都增加了接地线现在生产的电气设备都增加了接地线 2试分析电容器的电容试分析电容器的电容C与容抗的定性与容抗的定性关系，若要通高频阻低频，应选用电容关系，若要通高频阻低频，应选用电容C大些的还是小些的电容器？大些的还是小些的电容器？ 【提示提示】电容器的电容电容器的电容C越大，充放越大，充放电显示的容抗越小，若要通高频阻低频，电显示的容抗越小，若要通高频阻低频，则电容器的容抗在低频时应表现很大，应则电容器的容抗在低频时应表现很大，应选用电容选用电容C较小的电容器较小的电容器 第第2步结论步结论自我总结，素能培养自我总结，素能培养 1电感器的作用电感器的作

21、用 (1)低频扼流圈：可起到低频扼流圈：可起到“通直流、阻交通直流、阻交流流”的作用的作用 (2)高频扼流圈：可起到高频扼流圈：可起到“通直流、通低通直流、通低频，阻高频频，阻高频”的作用的作用 2电容器的作用电容器的作用 图图536 (1)隔直电容器，如图隔直电容器，如图536所示作用是所示作用是“通交流、隔直流通交流、隔直流”，因为直流不能通过电，因为直流不能通过电容器，交流能容器，交流能“通过通过”电容器起这样作用电容器起这样作用的电容器电容要大些的电容器电容要大些 图图537 (2)高频旁路电容器，如图高频旁路电容器，如图537所示，作所示，作用是用是“通高频、阻低频通高频、阻低频”，

22、因为对不同频率，因为对不同频率的交流电，频率越高，容抗越小，频率越的交流电，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大，即电容对低频交变电流阻低，容抗越大，即电容对低频交变电流阻碍作用大，对高频交变电流阻碍作用小，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起这样作用的电容器电容要小些 3电感器和电容器的组合作用电感器和电容器的组合作用 图图538 (1)如果将电容器与负载并联，然后与电如果将电容器与负载并联，然后与电感线圈串联，就能更好地起到滤掉电流中感线圈串联，就能更好地起到滤掉电流中交流成分或高频成分的作用，如图交流成分或高频成分的作用，如图538所所示示 图图539 (

23、2)如果将电感线圈与负载并联，然后与如果将电感线圈与负载并联，然后与电容器串联，就能更好地起到滤掉电流中电容器串联，就能更好地起到滤掉电流中直流成分或低频成分的作用，如图直流成分或低频成分的作用，如图539所所示示 第第3步例证步例证典例印证，思维深化典例印证，思维深化 图图5310 (2013广东中山中学期中广东中山中学期中)在收音机线在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送给下一级，成分又有低频成分，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用了

24、如图频成分输入给下一级，我们采用了如图5310所示的装置电路，其中代号所示的装置电路，其中代号a、b应应选择的元件是选择的元件是() Aa是电容较大的电容器，是电容较大的电容器，b是低频扼是低频扼流圈流圈 Ba是电容较大的电容器，是电容较大的电容器，b是高频扼是高频扼流圈流圈 Ca是电容较小的电容器，是电容较小的电容器，b是低频扼是低频扼流圈流圈 Da是电容较小的电容器，是电容较小的电容器，b是高频扼是高频扼流圈流圈 【思路点拨思路点拨】搞清搞清a、b处元件应起的处元件应起的作用，是正确选择元件的关键作用，是正确选择元件的关键 【解析解析】电容器具有电容器具有“通高频、阻低通高频、阻低频频”作

25、用，这样的电容器电容应较小，故作用，这样的电容器电容应较小，故a处是电容较小的电容器电感线圈在该电处是电容较小的电容器电感线圈在该电路中要求做到路中要求做到“通低频、阻高频通低频、阻高频”，所以，所以b处处应接一个高频扼流线圈应接一个高频扼流线圈 【答案答案】D 第第4步巧练步巧练精选习题，落实强化精选习题，落实强化 图图5311 如图如图5311所示的电路中，当在所示的电路中，当在a、b两两端加上直流电压时，端加上直流电压时，L1正常发光，正常发光，L2不亮；不亮；当在当在a、b两端加上同样的交变电压时，两端加上同样的交变电压时，L1发光亮度变暗，发光亮度变暗，L2正常发光，则正常发光，则A

26、、B分别分别为为_和和_ 【解析解析】本题考查电感器、电容器对本题考查电感器、电容器对交变电流的作用的逆向推导在交变电流的作用的逆向推导在a、b两端两端加上直流电压时，加上直流电压时，L2不亮，说明不亮，说明B中元件中元件不让直流通过，故不让直流通过，故B中元件应为电容器；中元件应为电容器；在在a、b两端加上直流电压时，两端加上直流电压时，L1正常发光，正常发光，当在当在a、b两端加上同样的交流电压时，两端加上同样的交流电压时，L1发光亮度变暗，说明发光亮度变暗，说明A中元件对交变电流中元件对交变电流的阻碍作用大于对直流的阻碍作用，所以的阻碍作用大于对直流的阻碍作用，所以应为电感线圈应为电感线

27、圈 【答案答案】电感线圈电容器电感线圈电容器 电感器和电容器的组合电路问题电感器和电容器的组合电路问题 1电感器、电容器接到交流电源上时，电感器、电容器接到交流电源上时，电能与磁场能或电场能往复转化，所以电电能与磁场能或电场能往复转化，所以电感器、电容器上不会消耗电能，而电流通感器、电容器上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，使部分电过电阻时，必然会产生焦耳热，使部分电能转变为内能，从而造成电能的损耗能转变为内能，从而造成电能的损耗 2在直流电路中，电流的大小由电压和在直流电路中，电流的大小由电压和电阻决定，而在交流电路中，决定电流大电阻决定，而在交流电路中，决定电流大小的除了电

28、压和电阻，还与电感器和电容小的除了电压和电阻，还与电感器和电容器对交变电流的阻碍作用有关，电路中的器对交变电流的阻碍作用有关，电路中的电感器和电容器两端均有电压，在交流的电感器和电容器两端均有电压，在交流的频率不变时，纯电感器电路和纯电容器电频率不变时，纯电感器电路和纯电容器电路中，电流大小跟电压成正比路中，电流大小跟电压成正比 在频率为在频率为f的交变电流电路中，如图的交变电流电路中，如图5312所示，当开关所示，当开关S依次分别接通依次分别接通R、C、L支路，这时通过各支路的电流有效值相支路，这时通过各支路的电流有效值相等若将交变电流的频率提高到等若将交变电流的频率提高到2f，维持，维持其他条件不变，则下列几种情况不可能的其他条件不