高中物理第5章交变电流第3节电感和电容对交变电流影响课件新人教版选修3-2

2017年高中物理第5章交变电流第3节电感和电容对交变电流影响课件新人教版选修3_2第一页，共48页。※了解电感和电容对交变电流的影响※了解感抗与哪些因素有关※知道交流电能“通过”电容器※了解容抗与哪些因素有关第二页，共48页。在现代无线电仪器中，电容器、电感器都有广泛的应用，如下图是半导体收音机电路板上的电子元件，其中电容器、电感器十分醒目。在交流电路中，它们对交变电流的作用是怎样的呢？第三页，共48页。1知识自主梳理2重点难点突破3考点题型设计4易错案例剖析5课堂知识结构6随堂巩固提升7课时作业第四页，共48页。知识自主梳理第五页，共48页。1．感抗实验(1)实验电路电感对交变电流的阻碍作用知识点1第六页，共48页。(2)实验现象：取直流电源的电压与交流电源电压的有效值相等，接通________电源时，灯泡亮些；接通________电源时，灯泡暗些。(3)实验结论，电感线圈对________电流有阻碍作用。2．感抗(1)物理意义：表示电感对__________阻碍作用的大小。(2)影响感抗大小的因素：线圈的__________越大，交流的________越高，感抗越大。直流交流交变交变电流自感系数频率第七页，共48页。3．感抗的应用较小较小直流交流低频高频第八页，共48页。1．交变电流能够通过电容器(1)实验电路(如图)电容器对交变电流的阻碍作用知识点2第九页，共48页。(2)实验现象：电路中串有电容器时，接通________电源，灯泡不亮；接通________电源，灯泡亮。(3)实验结论________电流能够通过电容器，________不能通过电容器。2．电容器对交变电流的作用(1)容抗：表示电容对__________阻碍作用的大小。(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容________，交变电流的频率________，容抗越小。(3)应用：电容器具有“隔________，通________”的作用。直流交流交变直流交变电流越大越高直流交流第十页，共48页。重点难点突破第十一页，共48页。1.电感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。一、电感对交变电流的阻碍作用的成因分析第十二页，共48页。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。第十三页，共48页。3．电感线圈在电路中的作用(1)通直流、阻交流。这是对两种不同类型的电流而言的，因为恒定电流不变化，不能引起自感现象，所以对恒定电流没有阻碍作用。交变电流时刻改变，必有自感电动势产生以阻碍电流的变化，所以对交流有阻碍作用。(2)通低频、阻高频。这是对不同频率的交变电流而言的因为交变电流的频率越高，电流变化越快，感抗也就越大，对电流的阻碍作用越大。第十四页，共48页。(3)扼流圈：利用电感阻碍交变电流的作用制成的电感线圈。低频扼流圈：线圈绕在铁芯上，匝数多，自感系数大，铜线绕制电阻较小，具有“通直流、阻交流”的作用。高频扼流圈：线圈有的绕在铁氧体芯上，有的是空心的，匝数少，自感系数小具有“通直流、通低频、阻高频”的作用。第十五页，共48页。第十六页，共48页。答案：变暗，不变解析：(1)线圈和灯泡是串联的，当铁芯插入线圈后，电感线圈的自感系数增大，所以电感器对交变电流阻碍作用增大，电路中的电流变小，灯泡的实际功率减小，则灯泡变暗。(2)如果在该题中把交变电流换成直流电，由于直流电的电流大小和方向都不发生变化，所以线圈不会由于自感现象而对电流形成阻碍，铁芯插入不会影响到灯泡的亮度。第十七页，共48页。1．交变电流“通过”电容器电容器两极板间是绝缘材料，当电容器接到交流电源上时，自由电荷不会通过两板间的绝缘电介质，只不过在交变电压的作用下，电容器交替进行充电和放电，电路中就有电流了，表现为交变电流“通过”了电容器。2．电容器对交变电流有阻碍作用的原因我们知道，恒定电流不能通过电容器，原因是电容器的两个极板被绝缘介质隔开了。当接到交流电源上时，电源使导线中的自由电荷向某一方向定向移动，对电容器进行“充、放电”，电容器两极板在此过程中由于电荷积累(或减少)而产生电动势，因而反抗电荷继续运动，就形成了电容器对交变电流的阻碍作用。二、电容对交变电流的阻碍作用的成因分析第十八页，共48页。3．决定容抗的两个因素交流电的频率和电容器的电容4．电容器在电路中的作用(1)通交流、隔直流。用来“通交流、隔直流”的电容器叫耦合电容器。其电容一般较大，常串接在两级电路之间，以使电流中的交流成分通过，如图所示。第十九页，共48页。(2)通高频，阻低频。在电子技术中，从某一装置输出的交流常常既有高频成分，又有低频成分。若在下一级电路的输入端并联一个电容器，就可只把低频成分的交流信号输送到下一级装置。具有这种“通高频、阻低频”用途的电容器叫高频旁路电容器，如图所示。第二十页，共48页。第二十一页，共48页。解析：因为与电源连接的机芯和金属外壳可以看成电容器的两个极板，电源中的交变电流能“通过”这个“电容器”产生“漏电”，故用手触摸设备外壳时有触电的感觉。为确保安全，电气设备外壳应接地。第二十二页，共48页。三、电阻、感抗、容抗的比较电阻感抗容抗产生的原因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化电容器两极板上积累的电荷对这个方向定向移动的电荷的反抗作用在电路中的特点对直流、交流均有阻碍作用只对变化的电流(如交流)有阻碍作用不能通直流，只能通变化的电流决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定，与温度有关由线圈的自感系数和交流的频率决定(成正比)由电容的大小和交流的频率决定(成反比)化与做功电能的转电流通过电阻做功，电能转化为内能电能和磁场能往复转化电能与电场能往复转化第二十三页，共48页。[特别提醒]电感、电容接到交流电源上时，电能与磁场能或电能与电场能往复转化，所以电感、电容上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，从而造成电能的损耗。第二十四页，共48页。第二十五页，共48页。答案：a亮度不变，b变亮，c变暗解析：当交变电流的频率变小时，线圈的感抗变小，电容器的容抗变大，因此b变亮，c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。第二十六页，共48页。考点题型设计第二十七页，共48页。题型1电感对交变电流的阻碍作用BC第二十八页，共48页。第二十九页，共48页。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，故电流I减小时，UR减小。因电源电压有效值保持不变。故UL＝U－UR，UL增大，选项B正确。点评：①电感在交流电路中有类似于直流电路中的“电阻”的作用，这种阻碍作用不是保持不变的，它的大小与交流电的频率有关，频率变化，阻碍作用相应变化，做题时应注意。②直流电路中的有关公式、规律在交流电路中同样适用。第三十页，共48页。CD第三十一页，共48页。解析：由于线圈直流电阻不为零，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，因为导线的直流电阻很小，所以通过线圈的直流要比通过R的大，D正确。第三十二页，共48页。题型2电容对交变电流的阻碍作用B第三十三页，共48页。①图甲中R得到的是交流成分②图甲中R得到的是直流成分③图乙中R得到的是低频成分④图乙中R得到的是高频成分A．①④ B．①③

C．②③ D．②④解析：甲图中输入的是直流和低频交流电。直流电不能通过电容器，R上得到的是交流成分；乙图中输入的是低、高频交流电，电容器一定时，对高频交流电阻碍作用小，因此高频交流电更容易通过电容器，R上得到的是低频成分，所以选项B正确。第三十四页，共48页。A第三十五页，共48页。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的示数增大，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项错误。第三十六页，共48页。题型3开放·探究第三十七页，共48页。解析：由图可知，在“日”字形的软铁芯上，绕了数百匝线圈，每隔数十匝就将抽头接到2至5各端钮上。线圈与电风扇电动机串联，由于感抗它将分掉电源加在电风扇上的部分电压，使电风扇转速降低。图中端钮0是断路；端钮1不经线圈直接通电，风扇的转速最高；端钮5经过的线圈匝数最多，故转速最低。第三十八页，共48页。解析：使用交变电流的电器设备和电子仪器，与电源相连的机芯和金属外壳可以看做电容器的两个极板，电源中的交变电流能够“通过”这个“电容器”，将“漏电”导入大地，为了确保安全，电器设备和电子仪器的金属外壳都应该接地。第三十九页，共48页。易错案例剖析第四十页，共48页。A第四十一页，共48页。易错分析：本题易错选项及错误原因分析如下：易错选项错误原因B不理解电感对交变电流的阻碍作用是由于变化的电流在线圈中产生感应电动势引起的，而恒定电流在线圈中的磁场不变，故不能产生感应电动势，因而没有阻碍作用C不理解电容器通过充放电可以使得有电容器的支路上有交变电流通过D不清楚感抗随交变电流频率的增大而增大，容抗随交变电流频率的增大而减小，电阻的阻值与交变电流的频率无关第四十二页，共48页。正确解答：电