2018版高中物理 第3章 交變電流 3.3 交流電路中的電容和電感學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

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第4講　交流電路中的電容和電感 [目標(biāo)定位]　1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解電容、電感對(duì)交變電流的阻礙，能夠分析簡(jiǎn)單電路中的電容、電感的作用.2.知道感抗、容抗，了解感抗、容抗與哪些因素有關(guān)． 一、電容、電感對(duì)直流和交流的影響 1．電阻器對(duì)直流和交流的影響是相同的． 2．電容器不能讓直流通過(guò)卻能讓交流通過(guò)，但對(duì)交流有一定的阻礙作用． 3．電感器既能讓直流通過(guò)也能讓交流通過(guò)，但對(duì)交流有一定的阻礙作用． 二、電容器的容抗及其應(yīng)用 1．實(shí)驗(yàn)探究：如圖1所示，把白熾燈和電容器串聯(lián)起來(lái)，然后分別接在直流電源上和交流電源上，調(diào)整兩個(gè)電源的有效值相等，觀察燈泡的發(fā)光情況． 圖1 2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：接通直流電源時(shí)，燈泡不亮，接通交流電源時(shí)，燈泡發(fā)光，但和沒(méi)有電容器接入時(shí)相比較暗． 3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：交變電流能夠通過(guò)電容器，電容器對(duì)交變電流有阻礙作用． 4．電容器對(duì)交變電流的阻礙作用用容抗表示．電容器的電容越大，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用就越小，也就是說(shuō)，電容器的容抗就越小，電容器在交流電路中起的作用是隔直流，通交流． 三、電感器的感抗及其應(yīng)用 1．實(shí)驗(yàn)探究：如圖2所示，把線圈L與白熾燈串聯(lián)起來(lái)，先接在直流電源上，后接在交流電源上，讓兩個(gè)電壓的有效值相等，觀察燈泡的亮度． 圖2 2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：接通直流電源時(shí)，燈泡發(fā)光；接通交流電源時(shí)，燈泡較暗． 3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電感線圈對(duì)交變電流有阻礙作用，電感對(duì)交變電流的阻礙作用的大小用感抗表示，線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，阻礙作用越大，感抗也就越大． 4．扼流圈是電子技術(shù)中常見(jiàn)的電子元件，分為兩種：一種是線圈繞在鐵芯上，它的自感系數(shù)很大，感抗很大，叫做低頻扼流圈，它的作用是“阻交流、通直流”；另一種線圈繞在鐵氧體芯上，它的自感系數(shù)很小，感抗很小，叫做高頻扼流圈，它的作用是“阻高頻，通低頻”. 一、理解電感器對(duì)交變電流的阻礙作用 1．高頻扼流圈 高頻扼流圈的自感系數(shù)很小，只對(duì)高頻交變電流有較大的阻礙作用，對(duì)低頻交變電流的阻礙作用較小，對(duì)直流的阻礙作用更?。哂小巴ㄖ绷鳎ǖ皖l、阻高頻”的作用． 2．低頻扼流圖 低頻扼流圈的自感系數(shù)很大，即使交流的頻率較低，它產(chǎn)生的感抗也很大．它具有“通直流，阻交流”的作用． 例1　關(guān)于電子電路中的扼流圈，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．扼流圈是利用電感線圈對(duì)交流的阻礙作用來(lái)工作的 B．高頻扼流圈的作用是允許低頻交流通過(guò)，而阻礙高頻交流通過(guò) C．低頻扼流圈的作用不僅要阻礙高頻交流通過(guò)，還要阻礙低頻交流通過(guò) D．高頻扼流圈的電感比低頻扼流圈的電感大 答案　ABC 解析　扼流圈是利用變化的電流通過(guò)線圈時(shí)，感應(yīng)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而來(lái)阻礙電流的變化的，故A正確；高頻扼流圈是“通低頻、阻高頻”，故B正確；低頻扼流圈是“阻高頻、阻低頻、通直流”，故C正確；高頻扼流圈比低頻扼流圈自感系數(shù)小，故D錯(cuò)． 針對(duì)訓(xùn)練1　如圖3所示，輸入端ab的輸入電壓既有直流成分，又有交流成分，以下說(shuō)法中正確的是(L的直流電阻與R相同)(　　) 圖3 A．直流成分只能從L通過(guò) B．交流成分只能從R通過(guò) C．通過(guò)R的既有直流成分又有交流成分 D．通過(guò)L的交流成分比通過(guò)R的交流成分必定要少 答案　CD 二、理解電容器對(duì)交變電流的阻礙作用 電容器對(duì)交流電的阻礙作用概括為“通交流、隔直流；通高頻，阻低頻”． 例2　如圖4甲、乙兩圖是電子技術(shù)中的常用電路，a、b是各部分電路的輸入端，其中輸入的交流高頻成分用“～～～”表示，交流低頻成分用“～”表示，直流成分用“—”表示．關(guān)于兩圖中負(fù)載電阻R上得到的電流特征是(　　) 圖4 A．圖甲中R得到的是交流成分 B．圖甲中R得到的是直流成分 C．圖乙中R得到的是低頻成分 D．圖乙中R得到的是高頻成分 答案　AC 解析　當(dāng)交變電流加在電容器上時(shí)，有“通交流，隔直流，通高頻、阻低頻”的特性，甲圖中電容器隔直流，R得到的是交流成分，A正確，B錯(cuò)誤；乙圖中電容器能通過(guò)交流高頻成分，阻礙交流低頻成分，R得到的是低頻成分，C正確，D錯(cuò)誤． 針對(duì)訓(xùn)練2　 圖5 如圖5所示的電路中，正弦交流電源電壓的有效值為220V，則關(guān)于交流電壓表的示數(shù)，以下說(shuō)法中正確的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A．等于220V B．大于220V C．小于220V D．等于零 答案　C 解析　雖然交變電流能通過(guò)電容器，但也受到阻礙作用，電容器與電阻串聯(lián)，根據(jù)分壓原理可知電阻兩端的電壓小于電源電壓，電壓表測(cè)的是電阻兩端的電壓，C正確． 三、電阻、電感、電容的區(qū)別 1．容抗的大小除了與電容自身的性質(zhì)有關(guān)外，還與交變電流的頻率有關(guān)．若用XC表示容抗，則XC＝. 2．感抗的大小除了與電感線圈自身的性質(zhì)有關(guān)外，還與交變電流的頻率有關(guān)，若用XL表示感抗，則XL＝2πfL. 3．電阻R無(wú)論對(duì)直流還是交流，阻礙作用相同，只取決于電阻本身． 例3　在頻率為f的交變電流電路中，如圖6所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)S依次分別接通R、C、L支路，這時(shí)通過(guò)各支路的電流有效值相等．若將交變電流的頻率提高到2f，維持其他條件不變，則下列幾種情況不正確的是(　　) 圖6 A．通過(guò)R的電流有效值不變 B．通過(guò)C的電流有效值變大 C．通過(guò)L的電流有效值變小 D．流過(guò)R、C、L的電流有效值都不變 答案　D 解析　交變電流的頻率變大時(shí)，電阻R對(duì)交流的阻礙作用不變，電容C對(duì)交流的阻礙作用減小，電感L對(duì)交流的阻礙作用變大，故A、B、C說(shuō)法正確，D說(shuō)法錯(cuò)誤． 電感及其應(yīng)用 1．如圖7所示的電路中，L為電感線圈，L′為燈泡，電流表內(nèi)阻為零．電壓表內(nèi)阻無(wú)限大，交流電源的電壓u＝220sin (100πt) V．若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為100Hz，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖7 A．電流表示數(shù)增大 B．電壓表示數(shù)減小 C．燈泡變暗 D．燈泡變亮 答案　C 解析　由u＝220sin (100πt) V可知電源原來(lái)的頻率：f＝＝Hz＝50Hz，當(dāng)頻率增大時(shí)，線圈的感抗增大，電路中的干路電流將減小，因此A、D錯(cuò)，C正確．圖中燈泡與電感線圈串聯(lián)，所以總電壓(有效值)U＝UL＋UL′，因UL′減小，而總電壓的有效值不變，所以UL增大，因此選項(xiàng)B錯(cuò)． 電容及其應(yīng)用 2．在如圖8所示電路中，u是有效值為220 V的交流電源，C是電容器，R是電阻．關(guān)于交流電壓表的示數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖8 A．等于220 V B．大于220 V C．小于220 V D．等于零 答案　C 解析　交變電流“通過(guò)”電容器，電阻R中有電流，電壓表的示數(shù)不為零；電容器與電阻串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)分壓原理可知電阻兩端電壓應(yīng)小于電源電壓，C正確． 電阻、電感、電容的區(qū)別 3．直流電源的電壓與交流電源電壓的有效值相同，自感線圈的直流電阻不計(jì)，則燈泡發(fā)光最亮的是圖中的(　　) 答案　D 解析　電容C、電感L都對(duì)交流電有阻礙作用，故A、B兩圖中燈不是最亮的；C圖中燈被短路，不亮；D圖中電容C有隔直流作用，D正確． 4．如圖9所示的電路中，A、B、C三燈亮度相同，電源為220 V,50 Hz的交流電源，以下敘述中正確的是(　　) 圖9 A．改接220 V,100 Hz的交流電源時(shí)，A燈變亮，B燈變暗，C燈亮度不變 B．改接220 V,100 Hz的交流電源時(shí)，A燈變暗，B燈變亮，C燈變亮 C．改接220 V的直流電源時(shí)，A燈熄滅，B燈變亮，C燈亮度不變 D．改接220 V的直流電源時(shí)，A燈熄滅，B燈變亮，C燈變暗 答案　AC 解析　增加交流電源的頻率時(shí)，感抗增大，容抗減小，電阻的阻礙不變．故A變亮，B變暗，C不變，故A正確，B錯(cuò)誤；改為直流電源時(shí)，電容斷路，A燈滅，電感L無(wú)感抗，B燈更亮，電阻R阻礙不變，C燈亮度不變．