2019-2020年高中物理 第2章 第4、5節(jié) 電容器在交流電路中的作用 電感器在交流電路中的作用學(xué)案 教科版選修3-2.doc

2019-2020年高中物理 第2章 第4、5節(jié) 電容器在交流電路中的作用 電感器在交流電路中的作用學(xué)案 教科版選修3-2 目標(biāo)定位 1.通過演示實(shí)驗(yàn)了解電感器和電容器對交變電流的阻礙和導(dǎo)通作用.2.知道感抗和容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、電感器的作用一、電容器對交流電的阻礙作用問題設(shè)計(jì)如圖1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，觀察燈泡的發(fā)光情況圖1(1)分析電容器能通交流的原因(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？說明了什么？(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？答案(1)把交流電源接到電容器兩個(gè)極板上后，當(dāng)電源電壓升高時(shí)，電源給電容器充電，電荷向電容器極板上聚集，在電路中，形成充電電流；當(dāng)電源電壓降低時(shí)，電容器放電，電荷從極板上流出，在電路中形成放電電流電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有了電流，好像是交流“通過”了電容器，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)燈泡變得比乙中亮，說明電容器對交變電流有阻礙作用(3)電容變大時(shí)，燈泡變亮；頻率增大時(shí)，燈泡變亮要點(diǎn)提煉1容抗：電容器對交流電的阻礙作用2影響容抗的因素：電容器的電容越大，交流電的頻率越高，容抗越小3注意：電容器能通交變電流，并不是電荷真的穿過了電容器4電容器在電路中的作用：通交流，隔直流；通高頻，阻低頻. 二、電感器對交流電的阻礙作用問題設(shè)計(jì)如圖2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，再把它們接到交流電源上，取直流電源的電壓與交流電壓的有效值相等圖2(1)對比兩種情況下燈泡的亮度有什么不同？說明了什么？(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(1)甲圖中燈泡比乙圖中燈泡更亮，說明電感器對交變電流有阻礙作用(2)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要點(diǎn)提煉1感抗：電感器對交變電流的阻礙作用的大小2影響感抗的因素：線圈的自感系數(shù)越大，交流電的頻率越高，感抗越大3注意：電感器的感抗是由變化的電流在線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢引起的，與制成線圈導(dǎo)體的電阻無關(guān)4扼流圈是利用電感對交變電流的阻礙作用制成的電感線圈(1)高頻扼流圈高頻扼流圈的自感系數(shù)很小，只對高頻交變電流有較大的阻礙作用，對低頻交變電流的阻礙作用較小，對直流電流的阻礙作用更小它具有“通直流，通低頻，阻高頻”的作用(2)低頻扼流圈低頻扼流圈的自感系數(shù)很大，既使交流的頻率較低，它產(chǎn)生的感抗也很大它具有“通直流，阻交流”的作用三、電阻、感抗、容抗的作用及區(qū)別1容抗的大小除了與電容自身的性質(zhì)有關(guān)，還與交變電流的頻率有關(guān)，頻率越高，容抗越小(填“大”或“小”)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)，頻率越高，感抗越大(填“大”或“小”)3電阻無論對直流還是交流，阻礙作用相同，只取決于電阻本身一、對容抗的理解例1如圖3所示，接在交流電源上的燈泡正常發(fā)光，以下說法正確的是 ()圖3A把電介質(zhì)插入電容器，燈泡變亮B增大電容器兩極板間的距離，燈泡變亮C減小電容器兩極板間的正對面積，燈泡變暗D使交變電流頻率減小，燈泡變暗解析把電介質(zhì)插入電容器，電容變大，容抗變小，電容器對交變電流阻礙作用變小，所以燈泡變亮，故A正確；增大電容器兩極板間的距離，電容變小，電容器對交變電流阻礙作用變大，所以燈泡變暗，故B錯(cuò)誤；減小電容器兩極板間的正對面積，電容變小，燈泡變暗，故C正確；使交變電流頻率減小，電容器對交變電流阻礙作用變大，燈泡變暗，故D正確答案ACD二、對感抗的理解例2如圖4所示的實(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)，下列敘述正確的是()圖4A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、b時(shí)燈較暗，擲向c、d時(shí)燈較亮CS擲向c、d，把電感線圈中的鐵芯抽出時(shí)燈變亮DS擲向c、d，電源電壓不變，而使頻率減小時(shí)，燈變暗解析線圈對恒定電流無感抗，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，并且是有鐵芯時(shí)感抗更大，故鐵芯抽出時(shí)燈變亮，故A、C正確答案AC三、電阻、感抗、容抗的對比例3如圖5所示，電路中完全相同的三只燈泡L1、L2、L3分別與電阻R、電感L、電容C串聯(lián)，然后再并聯(lián)到220 V、50 Hz的交流電路上，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()圖5A三燈亮度不變B三燈均變亮CL1亮度不變、L2變亮、L3變暗DL1亮度不變、L2變暗、L3變亮解析當(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.答案D四、電感器、電容器在電路中的應(yīng)用例4在收音機(jī)線路中，經(jīng)天線接收下來的電信號(hào)既有高頻成分，又有低頻成分，經(jīng)放大后送到下一級(jí)，需要把低頻成分和高頻成分分開，只讓低頻成分輸送到再下一級(jí)，可以采用如圖6所示電路，其中a、b應(yīng)選擇的元件是 ()圖6Aa是電容較大的電容器，b是低頻扼流圈Ba是電容較大的電容器，b是高頻扼流圈Ca是電容較小的電容器，b是低頻扼流圈Da是電容較小的電容器，b是高頻扼流圈解析電容器具有通高頻、阻低頻的作用，這樣的電容器電容較小，所以a處放電容較小的電容器，電感線圈在該電路中要求起到通低頻、阻高頻的作用，b處接一個(gè)高頻扼流圈，D對答案D電容器和電感器在交流電路中的作用1(對容抗的理解)如圖7所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在交流電源的兩端，當(dāng)交流電源的頻率增大時(shí) ()圖7A電容器電容增大 B電容器電容減小C燈變暗 D燈變亮答案D解析電容器的電容是由電容器本身的特性決定的，與外加的交流電源的頻率無關(guān)，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤當(dāng)交流電源的頻率增大時(shí)，電容器充、放電的速度加快，電容器的容抗減小，電流增大，燈變亮，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確2. (對感抗的理解)在如圖8所示的電路中，L為電感線圈，燈泡的電阻為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u220sin (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()圖8A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BC解析由u220sin (100t) V，可得電源原來的頻率f Hz50 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R是一定的，電流減小時(shí)，實(shí)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，選項(xiàng)B正確3. (電阻、感抗、容抗的對比)如圖9所示，三個(gè)燈泡相同，而且足夠耐壓，電源內(nèi)阻忽略(兩電源的電動(dòng)勢相同)單刀雙擲開關(guān)S接A時(shí)，三個(gè)燈亮度相同，那么S接B時(shí)()圖9A三個(gè)燈亮度相同B甲燈最亮，丙燈不亮C甲燈和乙燈亮度相同，丙燈不亮D只有丙燈不亮，乙燈最亮答案D解析開關(guān)S接A時(shí)，甲、乙、丙三個(gè)支路均有交流電通過，開關(guān)S接B時(shí)，電路處于直流工作狀態(tài)電容器C“隔直流、通交流”；電感線圈L“阻交流、通直流”；R對交流電、直流電有相同的阻抗可判斷S接B時(shí)電路中I丙0，I甲不變，I乙增大；又因?yàn)闊襞萘炼扰c功率(PI2R)成正比，所以只有丙燈不亮，乙燈最亮.題組一對容抗的理解1對交變電流通過電容器的理解正確的是()A交變電流能夠使電容器極板間的絕緣介質(zhì)變成導(dǎo)體B交變電流定向移動(dòng)的電荷通過電容器兩極板間的絕緣介質(zhì)C交變電流能夠使電容器交替進(jìn)行充電、放電，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交變電流通過了電容器D交變電流通過了電容器，實(shí)際上自由電荷并沒有通過電容器極板間的絕緣介質(zhì)(擊穿除外)答案CD解析電流能“通過”電容器，并非自由電荷真的通過電容器兩極板間的絕緣介質(zhì)，而是交變電流交替對電容器充、放電，電路中有了電流，表現(xiàn)為交變電流通過了電容器2有兩個(gè)電容器的電容分別為C15 F和C23 F，分別加在峰值一定的正弦交流電源上，在下列各種情況下，哪一種情況通過電容器的電流最大()A在C1上所加交變電流頻率為50 HzB在C2上所加交變電流的頻率為50 HzC在C1上所加交變電流的頻率為100 HzD在C2上所加交變電流的頻率為100 Hz答案C解析電容越大，交變電流頻率越大，容抗越小，電流越容易通過電容器C1>C2,100 Hz>50 Hz，所以C正確3如圖1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 ()圖1A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A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，容抗減小，電流表A的讀數(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，對交變電源的阻礙作用增大，電流表A示數(shù)減小，C、D兩項(xiàng)均錯(cuò)誤題組二對感抗的理解4. 一個(gè)燈泡通過一個(gè)粗導(dǎo)線線圈與一交流電源相連接，如圖2所示一鐵棒插進(jìn)線圈后，該燈將()圖2A變亮B變暗C對燈的亮度沒影響D無法判斷答案B解析在線圈內(nèi)由于磁場變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，總是阻礙電流變化，正是這種阻礙變化的特性，使線圈產(chǎn)生了感抗加入鐵芯改變了電感線圈的自感系數(shù)，使自感系數(shù)增大，感抗增大，降落的電壓增大，燈泡兩端的電壓減小，所以燈變暗5. 如圖3所示，輸入端a、b的輸入電壓既有直流成分，又有交流成分，以下說法中正確的是(L的直流電阻不為零但較小)()圖3A直流成分只能從L通過B交流成分只能從R通過C通過R的既有直流成分又有交流成分D通過L的直流成分比通過R的直流成分要大答案CD解析由于線圈L的直流電阻不為零，所以有直流通過R，而線圈對交流有阻礙作用，因此也有交流成分通過R，B錯(cuò)，C正確；由于R對交流也有阻礙作用，所以也有交流成分通過L，A錯(cuò)；因?yàn)榫€圈的直流電阻較小，所以通過線圈的直流成分比通過R的要大，D正確題組三電阻、感抗、容抗的對比6. 如圖4所示，甲、乙是規(guī)格相同的燈泡，接線柱a、b接電壓為U的直流電源時(shí)，無論電源的正極與哪一個(gè)接線柱相連，甲燈均能正常發(fā)光，乙燈完全不亮當(dāng)a、b接電壓的有效值為U的交流電源時(shí)，甲燈發(fā)出微弱的光，乙燈能正常發(fā)光，則下列判斷正確的是()圖4A與甲燈串聯(lián)的元件x是電容器，與乙燈串聯(lián)的元件y是電感線圈B與甲燈串聯(lián)的元件x是電感線圈，與乙燈串聯(lián)的元件y是電容器C與甲燈串聯(lián)的元件x是二極管，與乙燈串聯(lián)的元件y是電容器D與甲燈串聯(lián)的元件x是電感線圈，與乙燈串聯(lián)的元件y是二極管答案B解析由a、b接直流電流時(shí)的現(xiàn)象可知，元件x“通直流”，元件y“隔直流”，由a、b接交流電源時(shí)的現(xiàn)象可知，元件x“阻交流”，元件y“通交流”，根據(jù)電容器和電感線圈的特點(diǎn)，可判斷元件x是電感線圈，元件y是電容器，選項(xiàng)B正確7. 如圖5所示，在電路兩端加上正弦交流電，保持電壓有效值不變，使頻率增大，發(fā)現(xiàn)各燈的亮暗情況是：燈L1變亮，燈L2變暗，燈L3不變，則M、N、L中所接元件可能是 ()圖5AM為電阻，N為電容器，L為電感線圈BM為電感線圈，N為電容器，L為電阻CM為電容器，N為電感線圈，L為電阻DM為電阻，N為電感線圈，L為電容器答案C解析題組四電感器、電容器在電路中的應(yīng)用8. 在電子技術(shù)中，從某一裝置輸出的電流既有高頻成分又有低頻成分，如果只需把低頻成分輸送到下一級(jí)裝置，如圖6所示，則下列做法合理的是()圖6A在a、b間接入一個(gè)電容器B在a、b間接入一個(gè)低頻扼流圈C在a、b間接入一個(gè)高頻扼流圈D在a、b間接入一個(gè)電容器或高頻或低頻扼流圈都可以答案C解析電容器是“通高頻，阻低頻”，低頻扼流圈“通直流，阻交流”，而高頻扼流圈“通直流，通低頻，阻高頻”，C對9如圖7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，下列判斷正確的是 ()圖7A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，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；題圖乙中電容器通過交流高頻成分，阻礙交流低頻成分，R得到的是低頻成分，C正確，D錯(cuò)誤10某一電學(xué)黑箱內(nèi)可能有電容器、電感線圈、定值電阻等元件，在接線柱間以如圖8甲所示的“Z”字形連接(兩接線柱間只有一個(gè)元件)為了確定各元件種類，小華同學(xué)把DIS計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的電流傳感器(相當(dāng)于電流表)與一直流電源、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)串聯(lián)后，分別將AB、BC、CD接入電路，閉合開關(guān)，計(jì)算機(jī)顯示的電流隨時(shí)間變化的圖像分別如圖9a、b、c所示，則下列判斷中正確的是()圖8圖9AAB間是電容器 BBC間是電感線圈CCD間是電容器 DCD間是定值電阻答案ABD解析根據(jù)題圖a可知，有瞬時(shí)充電電流，穩(wěn)定后電路中無電流，說明AB間是電容器，充電完畢，電路為開路，故A正確根據(jù)題圖b可知，阻礙電流增大，但是穩(wěn)定后電流恒定，符合電感線圈的特點(diǎn)，所以BC間為電感線圈，故B正確根據(jù)題圖c，接通電路后，電流馬上達(dá)到穩(wěn)定值，說明CD間為定值電阻，故C錯(cuò)誤，D正確