教科版高中物理选修3-2学案第2章4电容器在交流电路中的作用5电感器在交流电路中的作用

4．电容器在交流电路中的作用5．电感器在交流电路中的作用[学习目标]1.了解电容器对交变电流的阻碍作用及其原因．(难点)2.了解电感器对交变电流的阻碍作用及其原因．(难点)3.知道感抗和容抗以及与哪些因素有关．(重点)4.了解电容器和电感器通交流电的特性．(重点)一、电容器在交流电路中的作用1．电容器对交流电的导通作用(1)实验电路(如图所示)(2)实验现象：电路中串有电容器时，接通直流电源，灯泡不亮；接通交流电源时，灯泡亮．(3)实验结论：交变电流能够通过电容器，直流电不能通过电容器．(4)电容器导通交流电的实质：电容器接入交变电路时，使电容器反复地充电和放电，使电路中形成交变电流．2．电容器对交流电的阻碍作用(1)容抗：电容器对交流电的阻碍作用称为容抗．(2)容抗大小的影响因素：容抗的大小跟电容和交流电的频率有关．电容越小、频率越低，容抗越大，容抗大小的公式是XC＝eq\f(1,2πfC).(3)电容的作用：通交流，隔直流，通高频，阻低频．3．电容器在电子技术中的应用(1)隔直电容：利用了电容器通交流、隔直流的性质．只让交流信号通过而直流成分不能通过．如图甲所示．(2)旁路电容：利用了电容器对高频电流阻碍小而对低频电流阻碍作用大的特性．低频信号不能通过而高频干扰信号可以通过，如图乙所示．甲乙二、电感器在交流电路中的作用1．电感器对交流电的阻碍作用(1)感抗：表示电感器对交流电阻碍作用的大小．(2)影响感抗大小的因素线圈的电感(即自感系数L)越大，交流电的频率越高，对交流电的阻碍作用越大，即感抗越大．感抗大小的公式是XL＝2πfL.2．电感器在电子技术中的应用(1)低频扼流圈特点：电感较大、电阻较小，感抗较大．对低频交流电产生较大的感抗．作用：可用来“通直流、阻交流”．(2)高频扼流圈特点：匝数较少，自感系数较小，感抗较小，对高频交流电产生较大的感抗．作用：可用来“通低频、阻高频”．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)对于同一个电容器，容抗可以发生变化． (√)(2)在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器． (√)(3)电气设备和电子仪器的金属外壳都应该接地． (√)(4)电感器的感抗只由线圈本身决定． (×)(5)电感器对直流电的阻碍作用也较大． (×)(6)电感器对直流没有阻碍作用，对所有交流电的阻碍作用都一样． (×)2．(多选)如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交流电源的频率增加时()A．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AD[由频率增大可知，容抗减小，电流增大，灯泡两端电压增大，电压表示数变小，灯泡功率增大而变亮，故A、D两项正确．]3．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，再接入原电路，通过线圈的电流为I′，则()A．I′＞IB．I′＜IC．I′＝I D．无法比较B[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作是纯电阻，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但有电阻，而且有线圈的阻碍作用(感抗)，阻碍作用增大，电流减小．]电容器对交变电流的阻碍作用1.对电容器容抗的理解(1)产生原因电容器的极板充电带有电荷后，会产生阻碍电流的反向电压，从而对继续充电产生阻碍作用．(2)相关因素①电容：电容器的电容越大，充电过程中两极板间电压增长越慢，对继续充电阻碍作用越小．②频率：交流电频率越高，电流方向变化越快，对继续充电的阻碍作用越小．2．电容器在电子技术中的两种应用(1)隔直电容器：如图所示，作用是“通交流、隔直流”，因为直流电不能通过电容器，交流电能“通过”电容器．起这样作用的电容器电容要大些．(2)高频旁路电容器：如图所示，作用是“通高频，阻低频”，因为对不同频率的交流电，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大，即电容器对低频交变电流阻碍作用大，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．【例1】将一平行板电容器与灯泡串联，接在交流电源上，如图所示，灯泡正常发光，则()A．电容器对交变电流的阻碍作用仅与交流频率有关，与电容的大小无关B．增大电容器两极板间的距离，灯泡亮度不变C．增大电容器两极板间的距离，灯泡一定变暗D．使交流频率减小，灯泡变亮思路点拨：(1)容抗的大小与交流电的频率和电容器的电容大小有关．(2)电源电压一定时，容抗越大，灯泡越暗．C[影响容抗大小的因素有电容C和交流的频率f，故A错误；将电容器的两极板间距增大，电容器的电容变小，容抗变大，对电流的阻碍作用变大，电流变小，则灯泡变暗，故B错误，C正确；当交流频率减小时，容抗变大，则灯泡变暗，D错误．](1)电容器通交变电流的实质是充放电．(2)决定容抗大小的因素：电容器电容的大小和电源的频率．交变电流的频率越高，容抗越小；交变电流的频率越低，容抗越大．[跟进训练]训练角度1：电容器对交流电的导通作用1．(多选)甲、乙两图是电子技术中的常用电路，a、b是各部分电路的输入端，其中输入的交流高频成分用“～～～”表示，交流低频成分用“～”表示，直流成分用“－”表示．关于两图中负载电阻R上得到的电流特征是()甲乙A．图甲中R得到的是交流成分B．图甲中R得到的是直流成分C．图乙中R得到的是低频成分D．图乙中R得到的是高频成分AC[当交变电流加在电容器上时，电容器有“通交流、隔直流，通高频、阻低频”的特性，甲图中电容器隔直流，R得到的是交流成分，A正确，B错误；乙图中交流高频成分能通过电容器，电容器阻碍交流低频成分，R得到的是低频成分，C正确，D错误．]训练角度2：电容器对交流电的阻碍作用2.如图所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是()A．等于220V B．大于220VC．小于220V D．等于零C[虽然交变电流能通过电容器，但也要受到阻碍作用，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源电压，电压表测的是电阻两端的电压，C正确．]电感器对交变电流的阻碍作用1.电感器由导线绕成的各种形状的线圈，电感器用字母“L”及电路符号“”表示．2．电感对交变电流的阻碍作用的成因交变电流通过电感器时，由于电流时刻都在变化，所以自感现象就不断地发生，而自感电动势总是要阻碍电流的变化，故电感器表现出对交变电流的阻碍作用．3．扼流圈及其作用(1)低频扼流圈，线圈绕在铁芯上，匝数为几千甚至超过一万，自感系数较大，对低频电流感抗也较大，所以有“通直流、阻交流”的作用．(2)高频扼流圈，线圈绕在铁氧体芯上，匝数有几百或几十，自感系数较小，只对高频电流有较大的阻碍作用，对低频电流和直流阻碍都很小，所以有“通直流、通低频，阻高频”的作用．【例2】(多选)在如图所示的电路中，L为电感线圈，L1为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无穷大，交流电源的电压u＝220eq\r(2)sin100πtV．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为60Hz，下列说法正确的有()A．电流表示数增大 B．电压表示数增大C．灯泡变亮 D．灯泡变暗BD[由u＝220eq\r(2)sin100πtV，可知电源原来的频率为f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz.当电源频率由原来的50Hz增为60Hz时，线圈的感抗增大，在电源电压有效值不变的情况下，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＝I2R减小，灯泡变暗，选项D正确，C错误；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UL1，则电源电压的有效值为U＝UL＋UL1.因UL1＝IR，故电流I减小时，UL1减小，因电源电压有效值保持不变，故UL＝U－UL1增大，选项B正确．](1)电感器的感抗，是由于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．(2)电感器的感抗不仅与线圈本身的自感系数有关，还与电流的频率有关，电流的频率越大感抗就越大．[跟进训练]训练角度1：对感抗的理解3．(多选)关于对感抗的理解，下面说法正确的有()A．感抗是由于电流变化时在线圈中产生了自感电动势而对电流的变化产生的阻碍作用B．感抗仅与电源的频率有关，与线圈自感系数无关C．电感产生的感抗对交变电流有阻碍作用，但不会因此消耗电能D．感抗和电阻等效，对任何交变电流都是一个确定值AC[感抗产生的机理就是通过电感的电流发生变化，电感中会产生自感电动势阻碍原电流的变化，这种对变化电流的阻碍作用就是感抗．此过程中电感存储的电能没有消耗，交变电流频率越大，自感电动势越大，产生的阻碍作用越强；线圈自感系数越大，感抗越大，产生的自感电动势也越大，阻碍作用也越大，所以只有A、C对．]训练角度2：电感线圈对交流电的阻碍作用4.(多选)如图所示，是由交流电源供电的线路，如果交变电流的频率增大，则()A．线圈L的自感系数增大B．线圈L的感抗增大C．电路中的电流增大D．灯泡变暗BD[自感系数由线圈本身决定，与交变电流频率无关，A项错误；当交变电流频率增大时，线圈L的感抗增大，B项正确；感抗增大对交变电流的阻碍作用增大，使电路中电流减小，灯泡变暗，C项错误，D项正确．]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离子间的碰撞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向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、交流有相同的阻碍作用“阻交流、通直流”“阻高频、通低频”“隔直流、通交流”“阻低频、通高频”决定公式R＝ρeq\f(l,S)XL＝2πfLXC＝eq\f(1,2πfC)电能的转化与做功电流通过电阻做功，电能转化为内能电能和磁场能反复转化电能与电场能反复转化[特别提醒]虽然不要求应用容抗、感抗的公式进行计算，但熟记感抗及容抗公式XL＝2πfL和XC＝eq\f(1,2πfC)可快速判定感抗、容抗大小变化．【例3】如图所示，完全相同的三只灯泡a、b、c分别与电阻R、电感器L、电容器C串联，然后并联到220V、50Hz的交流电路中，三只灯泡的亮度恰好相同．若保持交变电压的最大值不变，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变亮思路点拨：交变电流的频率增大到60Hz，根据电阻、电感器、电容器对交变电流的阻碍作用的不同，来判断通过三只灯泡的电流如何变化．D[根据电阻、感抗、容抗与交变电流频率大小的关系，可按如下思维流程分析：(1)电阻对交流、直流有相同的阻碍作用，交流电频率变化时，阻碍作用不变．(2)电容器通交流、隔直流，通高频、阻低频．(3)电感器通直流、阻交流，通低频、阻高频．(4)在分析电流变化时，把感抗、容抗类比于导体的电阻，再用欧姆定律分析．[跟进训练]5.(多选)如图所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略．单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那么S接B时()A．三个灯亮度不再相同B．甲灯最亮，丙灯不亮C．甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮D．只有丙灯不亮，乙灯最亮AD[S接A时，为交流电源，此时R、L、C对交变电流的阻碍作用相同；S接B时，变为直流电源，故三灯亮度不再相同，其中乙灯最亮，而丙灯不亮，故A、D正确．]1．两个概念——感抗、容抗2．两个规律——电容器对交流电的阻碍规律电感器对交流电的阻碍规律3．两个应用——电容器在电子技术中的应用电感器在电子技术中的应用1．(多选)如图所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下面叙述正确的是()A．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、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗AC[电感线圈对直流无感抗，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．]2.如图所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表A的示数增大，可行的办法是()A．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A[当发电机转速增大时，交变电流的频率增大，电容器容抗减小，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，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的示数减小，C、D项错误．]3．某电源输出的电流中既有交流成分又有直流成分，如果需要在R上得到直流成分，应在如图所示电路中的A、B两处连接合适的元件．合理的连接方式是()A．A、B处均接电感线圈B．A、B处均接电容器C．A处接电感线圈，B处接电容器D．A处接电容器，B处接电感线圈C[电感线圈能通直流，阻交流，电容器能使交流电通过，直流电不能通过；而题中需要