2024-2025学年高中物理第5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

PAGE8-3电感和电容对交变电流的影响[学习目标]1.[物理观念]知道电感和电容对交变电流的影响．(重点)2.[科学看法与责任]了解电感器和电容器的应用．(重点)．3.[物理观念]理解电感和电容对交变电流阻碍作用．(难点)4.[科学思维]知道影响感抗和容抗大小的因素．(难点)一、电感器对交变电流的阻碍作用1．试验探究如图所示，取直流电源电压与沟通电源电压有效值相等．(1)试验目的：了解并验证电感线圈对交变电流的阻碍作用．(2)试验现象：接通直流电源时，灯泡亮些；接通沟通电源时，灯泡暗些．(3)试验结论：电感线圈对交变电流有阻碍作用．2．感抗(1)物理意义：表示电感器对沟通的阻碍作用的大小．(2)影响感抗大小的因素：线圈的自感系数，沟通的频率．线圈的自感系数越大，沟通的频率越高，感抗越大．3．感抗的应用低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大较小感抗大小较大较小作用通直流、阻沟通通低频、通直流，阻高频二、电容器对交变电流的阻碍作用1．交变电流能够通过电容器(1)试验电路(如图所示)(2)试验现象电路中串有电容器时，接通直流电源，灯泡不亮；接通沟通电源，灯泡亮．(3)试验结论交变电流能够通过电容器，直流不能通过电容器．2．电容器对交变电流的阻碍作用(1)容抗：表示电容器对交变电流阻碍作用的大小．(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗越小．(3)应用：电容器具有“隔直流、通沟通”的作用．1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)沟通电的频率越高，电感对沟通的阻碍作用越大． (√)(2)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更． (√)(3)电容器在交变电路中，相当于一个电阻，具有分压作用． (√)(4)电容器接到沟通电源时，有自由电荷通过电容器． (×)(5)电容器的电容越大，容抗就越大． (×)2．(多选)关于电子技术中的扼流圈，下列说法正确的是()A．扼流圈是利用电感线圈对沟通电的阻碍作用来工作的B．高频扼流圈的作用是允许低频沟通通过，而阻碍高频沟通通过C．低频扼流圈的作用是不仅要阻碍高频沟通通过，还要阻碍低频沟通通过D．高频扼流圈的电感比低频扼流圈的电感大ABC[扼流圈是利用变更的电流通过线圈时，感应出自感电动势，从而来阻碍电流的变更，故A正确；高频扼流圈是“通低频，阻高频”，故B正确；低频扼流圈是“阻沟通，通直流”，故C正确；高频扼流圈比低频扼流圈自感系数小，故D错误．]3．有两个电容器的电容分别为C1＝5μF和C2＝3μF，分别加上峰值肯定的交变电源，在下列各种状况下，哪一种状况下通过电容器的电流最大()A．在C1上所加交变电流的频率为50HzB．在C2上所加交变电流的频率为50HzC．在C1上所加交变电流的频率为60HzD．在C2上所加交变电流的频率为60HzC[电容器对电流的阻碍作用的大小，即为容抗．容抗的大小是由电容器电容C和交变电流的频率共同确定的．交变电流的频率越高，电容器的电容越大，电容器的容抗就越小，电流就越大．因此要使通过电容器的电流最大则必需使频率最高，电容最大．]对电感器感抗的理解1.电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质(1)交变电流通过线圈时，由于电流时刻都在变更，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更，这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用．(2)直流电通过线圈时，电流的大小、方向都不变，线圈中不产生自感电动势，也就没有感抗．2．感抗的大小：XL＝2πfL.其中f是沟通电的频率，L是线圈的自感系数．3．低频扼流圈用来“通直流、阻沟通”，因此可以用低频扼流圈来分别“直流和沟通”；高频扼流圈对高频电流阻碍作用很大，对低频电流阻碍作用较小，因此可以用高频扼流圈分别“低频沟通电和高频沟通电”．【例1】在如图所示电路中，L为电感线圈，灯泡电阻为R，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)sin100πt(V)．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的是()A．电流表示数增大 B．电压表示数减小C．灯泡变暗 D．灯泡变亮C[由u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，可得电源原来的频率为f＝eq\f(ω,2π)＝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，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，C正确，D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UR，则电源两端电压的有效值为U＝UL＋UR，因UR＝IR，故电流I减小时，UR减小，且电源两端电压有效值保持不变，故UL＝U－UR，UL增大，B错误．]直流电阻不计的线圈对直流电无阻碍作用相当于短路，对沟通电有阻碍作用，因而使电流减小，加在电路其他部分的电压也减小，且减小量与线圈两端电压的增加量相等.eq\O([跟进训练])1．(多选)如图所示试验电路中，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[线圈对直流无感抗，对交变电流有感抗，当沟通电频率减小时，感抗变小，灯变亮；有铁芯时感抗更大，故铁芯抽出时灯变亮．]对电容器容抗的理解1.交变电流“通过”电容器的本质(1)当电源电压上升时，电源给电容器充电，电荷向电容器极板上聚集，在电路中，形成充电电流．(2)当电源电压降低时，电容器放电，原来聚集在极板上的电荷又放出，在电路中形成放电电流．(3)电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，似乎是沟通电“通过”了电容器，但事实上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质．2．容抗的大小：XC＝eq\f(1,2πfC).其中f是沟通电频率，C是电容器的电容．【例2】如图所示，白炽灯和电容器串联后接在沟通电源的两端，当沟通电源的频率增加时()A．电容器的电容增加B．电容器的电容减小C．电灯变暗D．电灯变亮D[电容器的电容是由电容器本身的特性所确定的，与外加的沟通电源的频率无关，A、B错误；当沟通电源的频率增加时，电容器充放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，电灯变亮，C错误，D正确．]交变电流不同于直流，交变电流能“通过”电容器，所以灯泡会亮.交变电流的频率变更，电容器的容抗变更，电容器两端的电压变更，灯泡两端的电压也随着变更.eq\O([跟进训练])2.(多选)如图所示，接在沟通电源上的电灯泡正常发光，以下说法正确的是()A．把电介质插入电容器，灯泡变亮B．增大电容器两板间的距离，灯泡变亮C．减小电容器两板间的正对面积，灯泡变暗D．使沟通电的频率减小，灯泡变暗ACD[电容器的电容与相对介电常数成正比，与正对面积成正比，与两板间距离成反比．而容抗与电容成反比，与沟通电频率成反比．把介质插入电容器，电容变大，容抗减小，灯泡变亮，A正确；电容器两板间距离增大，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，B错误；减小电容器两板间的正对面积，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，C正确；沟通电的频率减小，容抗增大，灯泡变暗，D正确．]电阻、感抗、容抗的比较电阻感抗容抗产生缘由定向移动的自由电荷与不动的粒子间的碰撞由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变更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、沟通均有阻碍作用阻沟通、通直流，阻高频、通低频隔直流、通沟通，阻低频、通高频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电的频率f确定由电容的大小和沟通电的频率f确定电能的转化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3】如图所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽视．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D[开关S接A时，甲、乙、丙三个支路均有沟通电通过．开关S接B时，电路处于直流工作状态，电容器C“隔直流、通沟通”；电感线圈L“阻沟通、通直流”；电阻R对沟通和直流有相同的阻抗．可推断此时电路中I丙＝0，I甲不变，I乙增大；又因为灯泡亮度与电功率(P＝I2R)成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮．]上例中，若将电路中的开关S接A，并将交变电流的频率增大，灯泡亮暗如何变更？提示：甲灯不变，乙灯变暗，丙灯变亮．电感器、电容器接到沟通电源上时，电能与磁场能或电场能反复转化，所以电感器、电容器上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必定会产生焦耳热，从而造成电能的损耗．三种阻碍，其本质不同，特点不同．(1)电感器对直流起“短路”作用，对交变电流起阻碍作用．(2)电容器对直流起“断路”作用，对交变电流有旁路分流作用．(3)电阻对直流、交变电流都有阻碍作用，且与交变电流的频率无关．eq\O([跟进训练])3．(多选)如图所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220V、50Hz的沟通电源，以下叙述中正确的是()A．改接220V、100Hz的沟通电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变B．改接220V、100Hz的沟通电源时，A灯变暗，B灯变亮，C灯变亮C．改接220V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变D．改接220V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗AC[增加沟通电源的频率时，感抗增大，容抗减小，电阻的阻碍作用不变，故A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变，故A正确，B错误；改接直流电源时，电容器相当于断路，A灯熄灭，线圈无感抗，B灯更亮，电阻R阻碍作用不变，C灯亮度不变，故C正确，D错误．]1．[物理观念]电感器和电容器对交变电流的阻碍和导通作用、感抗、容抗．2．[科学探究]通过视察演示试验的现象归纳出电感器和电容器对交变电流的作用．3．[科学看法与责任]在利用科学学问说明试验现象的过程中，逐步培育学生大胆提出科学猜想的精神．1．关于电感对交变电流的影响，下列说法正确的是()A．电感线圈不能通直流电流，只能通交变电流B．电感线圈对各种不同频率的交变电流的阻碍作用相同C．同一个电感线圈对频率低的交变电流的阻碍较小D．同一个电感线圈对频率高的交变电流的阻碍较小C[电感线圈可以通直流，A错误；电感线圈对不同频率的交变电流阻碍作用不同，B错误；同一电感线圈对高频沟通电阻碍作用大，D错误，C正确．]2．对电容器能通交变电流的缘由，下列说法中正确的有()A．当电容器接到沟通电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流B．当电容器接到沟通电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有交变电流C．在有电容器的沟通电路中，没有电荷定向移动D．在有电容器的沟通电路中，有电荷通过电容器B[电容器能让沟通电通过，事实上是通过充放电来完成的，定向移动的电荷并没有从一个极板到另一个极板，故A、C、D错误，B正确．]3．如图所示的电路，F为一沟通发电机，C为平行板电容器，为使电流表A的示数增大，可行的方法是()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相对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相对介电常数较小的电介质时，电容器的电容减小，电容器两