2024-2025学年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学案新人教版选修3-2

PAGE10-电感和电容对交变电流的影响1．电感器的感抗及其应用(1)感抗电感对沟通的阻碍作用．(2)影响感抗的因素电感器的自感系数和交变电流的频率．自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大．(3)实际应用低频扼流圈——通直流，阻沟通．高频扼流圈——通直流，通低频，阻高频．电感对交变电流的阻碍作用是怎样形成的？提示：交变电流通过线圈时，由于电流时刻在改变，线圈中产生自感电动势，自感电动势总是阻碍电流的改变，就形成了对交变电流的阻碍作用．2．电容器的容抗及其应用(1)容抗电容器对沟通有肯定的阻碍作用．(2)影响容抗的因素电容器的电容和交变电流的频率．电容越大，频率越高，容抗越小．(3)电路中的电流通过试验可以看到交变电流能够通过电容器，其实自由电荷并未通过极板间的绝缘介质，只是在交变电压的作用下，电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流．电容对交变电流的阻碍作用是怎样形成的？提示：电源电压推动自由电荷做定向运动，而电容器两极板上积累的电荷抗拒自由电荷的定向运动，从而产生了电容器对交变电流的阻碍作用．考点一电感器对交变电流的阻碍作用1．电感器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改变，都会引起通过线圈的磁通量发生改变，从而产生感应电动势，这种现象就是自感现象．依据楞次定律，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改变，所以自感电动势对线圈中电流的改变有阻碍作用，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．2．感抗的两个确定因素确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确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．3．电感线圈在电路中的作用由上面第一个因素可知：电感线圈对恒定直流(eq\f(ΔI,Δt)＝0)没有感抗作用，因此电感线圈在电路中的作用可以概括为“通直流，阻沟通”，同时对频率越高的交变电流感抗越大，即所谓“通低频，阻高频”．【例1】[多选]在如图所示的电路中，L为电感线圈，R为灯泡的电阻，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，沟通电源的电压U＝220eq\r(2)sin(100πt)V．若保持电源电压有效值不变，只将电源频率改为100Hz，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．灯泡变暗 D．灯泡变亮解答本题时应把握以下两点：(1)感抗与交变电流的频率的关系．(2)闭合电路的电压关系．答案：BC解析：由U＝220eq\r(2)sin(100πt)V，可得电源原来的频率为f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz.当电源频率由原来的50Hz增为100Hz时，线圈的感抗增大；在电压不变的状况下，电路中的电流减小，选项A错误．灯泡的电阻R是肯定的，电流减小时，实际消耗的电功率(P＝I2R)减小，灯泡变暗，选项C正确、D错误．电压表与电感线圈并联，表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，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)增大，选项B正确．总结提能解答此类题目的关键是：(1)电感线圈的感抗XL＝2πfL，在自感系数不变的状况下与频率成正比．(2)能够正确推断出电压表、电流表所测量的元件及电路的连接方式．[多选]关于感抗，下列说法中正确的是(ABC)A．感抗就是由于电流改变时在线圈中产生了自感电动势，阻碍电流的改变B．感抗的大小不仅与自感系数有关，还与电流的频率有关C．感抗虽然对沟通电有阻碍作用，但不消耗能量D．以上说法都不对解析：交变电流通过线圈时，由于自感现象而产生了对交变电流的阻碍作用，其阻碍作用与自感系数及电流的频率有关，由于电能仅与磁场能相互转化，电感并不消耗能量，所以A、B、C均正确．2．电阻、感抗、容抗的比较电阻感抗容抗产生的缘由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改变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抗拒作用在电路中的特点对直流、沟通均有阻碍作用只对改变的电流，如交变电流有阻碍作用不能通直流，只能通改变的电流．对直流的阻碍作用无限大，对沟通的阻碍作用随频率的降低而增大确定因素由导体本身(长短、粗细、材料)确定，与温度有关由线圈本身的自感系数和沟通的频率确定由电容的大小和沟通的频率确定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往复转化电能与电场能往复转化【例2】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的沟通电路中，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变亮解答本题时要留意以下两点：(1)电阻、电感器和电容器对交变电流的阻碍作用与哪些因素有关．(2)明确交变电流的频率增大时电阻、感抗、容抗的改变状况，进而推断灯泡亮度的改变状况．[答案]D[解析]本题主要考查电感器、电容器对交变电流的影响，即感抗、容抗与交变电流频率的关系．详细解题过程如下：总结提能电容器、电感器、电阻这三种电路元件的导电特性不同，接不同的电源电压，就会产生不同的现象．在沟通电路中，电感器、电容器和电阻对交变电流都有阻碍作用，但对于恒定电流，电感器没有阻碍作用．[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，当沟通电源的频率增加时(AD)A．电流表示数增大 B．电压表示数增大C．灯泡变暗 D．灯泡变亮解析：由频率增大可知，容抗减小，电流增大，电灯两端电压增大，电压表示数变小，灯泡功率增大而变亮，故A、D两项正确．考点三电感器、电容器的应用1．电容器的应用(1)隔直电容器，如图所示．作用是“通沟通、隔直流”，因为直流电不能通过电容器，沟通电能“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”，因为对不同频率的沟通电，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．2．电感器的应用(1)低频扼流圈：可起到“通直流、阻沟通”的作用．(2)高频扼流圈：可起到“通直流、通低频、阻高频”的作用．3．电感和电容的组合应用依据电感、电容对交变电流阻碍作用的特点，可以将二者结合到一起来完成肯定的任务．(1)假如将电容器与负载并联，然后与电感线圈串联，就能更好的起到滤掉电流中沟通成分和高频成分的作用，如图所示．(2)假如将电感线圈与负载并联，然后与电容器串联，就能更好的起到滤掉电流中直流成分和低频成分的作用，如图所示．【例3】“二分频”音响内有高音、低音两个扬声器，音响要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频按高频、低频段分别出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高频、低频的机械振动．如图所示为音响的电路图，高频、低频混合电流由a、b输入，L1和L2是线圈，C1和C2是电容器，则()A．甲扬声器是高音扬声器B．C2的作用是阻碍高频电流通过乙扬声器C．L1的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器D．L2的作用是减弱乙扬声器的低频电流解答本题时应把握以下两点：(1)弄清晰电感器和电容器在电路中的连接方式；(2)依据电感器和电容器对交变电流的阻碍作用的特点，分析电感器和电容器在电路中的作用．[答案]D[解析]本题的解答过程如下：eq\x(\a\al(L1串联在甲电路里，其作用是阻高,频；C1并联在电路里，通过L1的少,量高频成分由C1滤掉))→eq\x(\a\al(甲是低音扬声,器，选项A、C错误))eq\x(\a\al(C2串联在乙电路里，其作用是阻低,频；L2并联在电路里，通过C2的少,量低频成分由L2滤掉))→eq\x(\a\al(乙是高音扬声器，,选项B错误，D正确))总结提能分析电感器和电容器在电路中的作用时，关键是要理解电感器和电容器的工作特点，依据电感器和电容器在电路中的连接方式，便可确定电感器和电容器在电路中的作用．如图所示，线圈的自感系数L和电容器的电容C都很小(如L＝1mH，C＝200pF)，此电路的重要作用是(D)A．阻直流通沟通，输出沟通B．阻沟通通直流，输出直流C．阻低频通高频，输出高频沟通D．阻高频通低频，输出低频沟通和直流解析：线圈的作用是：“通直流、阻沟通，通低频、阻高频”．电容的作用：“通沟通、隔直流，通高频、阻低频”．因线圈自感系数L很小，所以对低频成分的阻碍作用很小，这样，直流和低频成分能顺当通过线圈；电容器并联在电路中，起旁路作用，因电容器C很小，对低频成分的阻碍作用很大，而对部分通过线圈的高频成分阻碍作用很小，被它滤掉，最终输出的是低频沟通和直流.1．电容对交变电流影响的下列说法中，错误的是(B)A．交变电流能通过电容器B．电容器具有通直流、阻沟通的作用C．电容器电容较小，它具有通高频、阻低频的作用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解析：电容器“通沟通、隔直流”，但对沟通电有阻碍作用，电容越大，频率越高，容抗越小，所以选项A、C、D均正确．B错误．2．[多选]电感对交变电流的影响的以下说法中，正确的是(BC)A．电感对交变电流没有阻碍作用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小3．[多选]如图所示试验电路中，若直流电压和沟通电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下面哪个叙述正确(AC)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来时灯变亮D．S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗解析：线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，当交变电流频率减小时，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．4．在如图所示电路中，交变电源是有效值为220V的电源，C是电容器，R是电阻，关于沟通电压表的示数，下列说法中正确的是(C)A．等于220VB．大于220VC．小于220VD．等于零解析：虽然交变电流能通过电容器，但对沟通有阻碍作用，电容器的容抗与电阻串联，依据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压，而电压表测的是电阻两端的电压，故选项C正确．5．[多选]如图所示的电路中，a、b两端连接的沟通电源既含高频沟通，又含低频沟通，L是一个25mH的高频扼流圈，C是一个100pF的电容器，R是负载电阻，下列说法正确的是(ACD)A．L的作用是“通低频，阻高频”