（通用）高中物理 第二章 交變電流 2.4-2.5 電容器在交流電路中的作用 電感器在交流電路中的作用課件 教科選修3-2

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1、4電容器在交流電路中的作用5電感器在交流電路中的作用第二章交變電流學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過演示實(shí)驗(yàn)，了解電容器和電感器對交變電流的阻礙和導(dǎo)通作用.2.知道容抗和感抗的物理意義以及與哪些因素有關(guān).3.能夠分析簡單電路中的電容器、電感器的作用.內(nèi)容索引自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ)重點(diǎn)探究啟迪思維 探究重點(diǎn)達(dá)標(biāo)檢測檢測評價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān)自主預(yù)習(xí)一、電容器在交流電路中的作用一、電容器在交流電路中的作用1.電容器對交流電的導(dǎo)通作用電容器接入交變電路中時(shí)，由于兩極板間的電壓在周期性地變化，使電容器反復(fù)地 和 ，雖然電容器的兩極板間并沒有 通過，但在連接電容器的電源和電路中形成 電流.2.電容器對交流電的阻礙作用電容器對

2、交流電有阻礙作用，電容器對 的阻礙作用稱為 .容抗大小跟電容有關(guān)，電容越小，容抗 ；容抗大小還跟交流電的頻率有關(guān)，頻率越低，容抗 .3.電容器在電子技術(shù)中的應(yīng)用在電子技術(shù)中，常用的電容器有 電容和 電容.充電放電電流交變交流電容抗越大越大隔直旁路二、電感器在交流電路中的作用二、電感器在交流電路中的作用1.電感器對交流電的阻礙作用電感器對交流電有阻礙作用，阻礙作用的大小可用 表示.線圈的電感(即自感系數(shù)L)越大，交流電的頻率越高，線圈對交流電的阻礙作用 ，即 .2.電感器在電子技術(shù)中的應(yīng)用兩種扼流圈感抗越大感抗越大低頻扼流圈，主要作用“通 ，阻 ”.高頻扼流圈，主要作用“通 ，阻 ”.直流交流低

3、頻高頻即學(xué)即用即學(xué)即用1.判斷下列說法的正誤.(1)線圈的匝數(shù)越多，對同一個(gè)交變電流的阻礙作用就越大.()(2)線圈對交變電流的阻礙作用隨著交變電流的頻率的增大而減小.()(3)電流通過電容器，并不是電荷穿過電容器兩極板間的絕緣層到達(dá)另一極板，而是電容器不斷地充、放電的表現(xiàn).()(4)電容器的電容越大，對同一交變電流的阻礙作用就越大.()答案2.在頻率為f的交變電流電路中，如圖1所示，當(dāng)開關(guān)S依次分別接通R、C、L支路，這時(shí)通過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，則通過R的電流有效值 ，通過C的電流有效值 ，通過L的電流有效值 .(選填“不變”“變大”或“變

4、小”)答案圖1不變變大變小重點(diǎn)探究導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖2甲、乙所示，把燈泡和電容器串聯(lián)起來，先把它們接到直流電源上，再把它們接到交流電源上.一、電容器對交變電流的阻礙作用答案圖2(1)觀察燈泡的發(fā)光情況，并分析原因.答案答案甲圖中的燈泡不亮，乙圖中的燈泡亮.甲圖中的電源是直流電源，電容器在電路中是斷路，電路中沒有電流，燈泡不亮.乙圖中的電源是交流電源，把交流電源接到電容器兩個(gè)極板上后，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有了電流，好像是交變電流“通過”了電容器，燈泡就亮了，但實(shí)際上自由電荷并沒有通過電容器兩極板間的絕緣介質(zhì).(2)若把圖乙中的電容器去掉，變成圖丙所示電路，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？說明了什

5、么？答案答案答案燈泡變得比乙中亮，說明電容器對交變電流有阻礙作用.(3)在圖乙中，改變電容器的電容和電源頻率，燈泡亮度會(huì)有什么變化？說明了什么？答案答案電源頻率不變時(shí)，電容越大，燈泡越亮；電容不變時(shí)，電源頻率越高，燈泡越亮.電容器的電容和交變電流的頻率都對電容器對交變電流的阻礙作用有影響.知識深化知識深化電容器在充、放電的過程中電容器兩極板上聚集著等量異種電荷，從而在兩極板間存在著電場，此電場的電場力阻礙電荷的定向移動(dòng)，其表現(xiàn)就是電容器對交流電的阻礙作用.例例1如圖3所示，電路由交流電源供電，最大電壓保持不變，如果交變電流的頻率升高，則下列說法中正確的是 A.電容器上的電荷量最大值增大B.電容

6、器的容抗增大C.電路中燈泡的亮度變亮D.電路中燈泡的亮度變暗答案圖3解析解析當(dāng)交變電流的頻率升高時(shí)，電容器的容抗減小，燈泡的亮度變亮，燈泡兩端的電壓變大，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤；電容器兩端的電壓變小，由QCU可知，選項(xiàng)A錯(cuò)誤.解析交變電流不同于直流，交變電流能“通過”電容器.交變電流的頻率改變，電容器的容抗改變，電容器兩端的電壓變化，燈泡兩端的電壓也隨著變化.總結(jié)提升總結(jié)提升例例2(多選)如圖4甲、乙所示是電子技術(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 A.圖甲中R得到

7、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圖4解析解析解析當(dāng)交變電流加在電容器上時(shí)，電容器有“通交流、隔直流，通高頻、阻低頻”的特性，題圖甲中電容器隔直流，R得到的是交流成分，A正確，B錯(cuò)誤；題圖乙中交流高頻成分能通過電容器，電容器阻礙交流低頻成分，R得到的是低頻成分，C正確，D錯(cuò)誤.(1)兩種情況下燈泡的亮度有什么不同？說明了什么？導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究如圖5所示，把帶鐵芯的線圈L與小燈泡串聯(lián)起來，先把它們接到直流電源上，再把它們接到有效值等于直流電源電壓的交流電源上.二、電感器對交變電流的阻礙作用圖5答案答案答案甲圖中燈泡比乙圖中燈泡更亮

8、，說明電感器對交變電流有阻礙作用.(2)乙圖中換用自感系數(shù)更大的線圈或調(diào)換頻率更高的交流電源，燈泡的亮度有何變化？說明了什么？答案答案答案不論是換用自感系數(shù)更大的線圈還是調(diào)換頻率更高的交流電源，燈泡均變得更暗，說明線圈的自感系數(shù)越大，交流電的頻率越高，線圈對交流電的阻礙作用越大.知識深化知識深化交變電流通過電感器時(shí)，由于電流時(shí)刻在變化，在線圈中就會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，而自感電動(dòng)勢總是阻礙原電流的變化，故電感器對交變電流產(chǎn)生阻礙作用.例例3(多選)如圖6所示實(shí)驗(yàn)電路中，若直流電壓和交變電壓的有效值相等，S為雙刀雙擲開關(guān)，下面敘述正確的是 A.當(dāng)S擲向a、b時(shí)燈較亮，擲向c、d時(shí)燈較暗B.當(dāng)S擲向a、

9、b時(shí)燈較暗，擲向c、d時(shí)燈較亮C.S擲向c、d，把電感線圈中的鐵芯抽出時(shí)燈 變亮D.S擲向c、d，電源電壓不變，而使頻率減小時(shí)，燈變暗答案解析圖6解析解析線圈對直流無感抗，對交變電流有感抗，當(dāng)交流電頻率減小時(shí)，感抗變小，燈變亮；有鐵芯時(shí)感抗更大，故鐵芯抽出時(shí)燈變亮.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XC2.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XL2fL.3.電阻無論對直流還是交流，阻礙作用相同，只取決于電阻本身.三、電阻、感抗、容抗的對比解析解析當(dāng)交變電流的頻率變大時(shí)，線圈的感抗變大，電容器的

10、容抗變小，因此L3變亮，L2變暗.又因?yàn)殡娮柙谥绷骱徒涣麟娐分衅鹣嗤淖饔?，故L1亮度不變，所以選D.例例4如圖7所示，電路中完全相同的三只燈泡L1、L2、L3分別與電阻R、線圈L、電容器C串聯(lián)，然后再并聯(lián)到220 V、50 Hz的交流電源上，三只燈泡亮度恰好相同.若保持交變電壓不變，將交變電流的頻率增大到60 Hz，則發(fā)生的現(xiàn)象是 A.三燈亮度不變B.三燈均變亮C.L1不變、L2變亮、L3變暗D.L1不變、L2變暗、L3變亮圖7答案解析1.電阻對交流、直流有相同的阻礙作用，交流頻率變化時(shí)，阻礙作用不變.2.電容器通交流、隔直流，通高頻、阻低頻.3.電感器通直流、阻交流，通低頻、阻高頻.4.在

11、分析電流變化時(shí)，把感抗、容抗類比于導(dǎo)體的電阻，再用歐姆定律分析.總結(jié)提升總結(jié)提升達(dá)標(biāo)檢測1.(容抗的理解容抗的理解)如圖8所示的電路，F(xiàn)為一交流發(fā)電機(jī)，C為平行板電容器，為使電流表A的示數(shù)增大，可行的辦法是 A.使發(fā)電機(jī)F的轉(zhuǎn)速增大B.使發(fā)電機(jī)F的轉(zhuǎn)速減小C.在平行板電容器間換用相對介電常數(shù)較小的電介質(zhì)D.使電容器兩極板間的距離增大答案解析1234圖8解析解析當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，交變電流的頻率增大，電容器容抗減小，電流表A的示數(shù)增大，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；在平行板電容器間換用相對介電常數(shù)較小的電介質(zhì)時(shí)，電容器的電容減小，電容器兩極板間距離增大時(shí)電容也減小，當(dāng)電容減小時(shí)，容抗增大，對交變電流的阻礙

12、作用增大，電流表A的示數(shù)減小，C、D項(xiàng)錯(cuò)誤.12342.(感抗的理解感抗的理解)(多選)在如圖9所示的電路中，L為電感線圈，燈泡的電阻值為R，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無限大，交流電源的電壓u220 sin(100t)V.若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為100 Hz，下列說法正確的是 A.電流表示數(shù)增大B.電壓表示數(shù)增大C.燈泡變暗D.燈泡變亮答案解析圖91234解析解析由u220 sin(100t)V，可得電源原來的頻率f50 Hz，當(dāng)電源頻率由原來的50 Hz增為100 Hz時(shí)，線圈的感抗增大，在電壓不變的情況下，電路中的電流減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；燈泡的電阻值R是一定的，電流減小時(shí)，實(shí)

13、際消耗的電功率(PI2R)減小，燈泡變暗，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤；電壓表與電感線圈并聯(lián)，其示數(shù)為線圈兩端的電壓UL，設(shè)燈泡兩端電壓為UR，則電源電壓的有效值為UULUR，因URIR，故電流I減小時(shí)，UR減小，因電源電壓的有效值保持不變，故ULUUR增大，故電壓表示數(shù)增大，選項(xiàng)B正確.12343.(電阻、感抗、容抗的對比電阻、感抗、容抗的對比)如圖10所示，把電阻R、電感線圈L、電容器C并聯(lián)到一交流電源上，三個(gè)電流表的示數(shù)相同.若保持電源電壓大小不變，而將頻率降低，則三個(gè)電流表的示數(shù)I1、I2、I3的關(guān)系是 A.I1I2I3 B.I1I2I3C.I2I1I3 D.I3I1I2答案圖10解析1234解

14、析解析在交流電路中，當(dāng)頻率減小時(shí)，電阻對交流的阻礙作用不變，電感線圈對交流的阻礙作用(感抗)減小，電容器對交流的阻礙作用(容抗)增大.電流與電壓、電阻(感抗、容抗)的關(guān)系符合歐姆定律.所以R支路電流I1不變，L支路電流I2增大，C支路電流I3減小，選項(xiàng)C正確.12344.(電阻、感抗、容抗的對比電阻、感抗、容抗的對比)(多選)如圖11所示的電路中，a、b兩端連接的交流電源中既含高頻交流，又含低頻交流，L是一個(gè)25 mH的高頻扼流圈，C是一個(gè)100 pF的電容器，R是負(fù)載電阻，下列說法正確的是 A.L的作用是“通低頻，阻高頻”B.C的作用是“通低頻，隔高頻”C.C的作用是“通高頻，阻低頻”D.通過R的電流中，低頻交流所占的百分比 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻交流所占的百分比答案解析圖111234解析解析因?yàn)殡姼芯€圈L是一個(gè)高頻扼流圈，“通低頻，阻高頻”，A選項(xiàng)正確；C是一個(gè)電容較小的電容器，所以對低頻的交流容抗較大，故選項(xiàng)C正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)分析可知通過電阻R的電流中，低頻交流所占百分比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻交流所占的百分比，選項(xiàng)D正確.1234