2017-2018高中物理 第二章 交變電流 第四節(jié) 電感器對交變電流的作用 第五節(jié) 電容器對交變電流的作用學案 粵教版選修3-2

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1、 第四節(jié)　電感器對交變電流的作用 第五節(jié)　電容器對交變電流的作用 [學習目標]1.通過演示實驗，了解電感器和電容器對交變電流的阻礙和導通作用.2.知道感抗和容抗的物理意義以及與哪些因素有關.3.能夠分析簡單電路中的電容器、電感器的作用． 一、電感器對交變電流的作用 [導學探究]　如圖1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． 圖1 (1)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

2、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． [知識梳理]　電感器的作用： (1)電感器的感抗是由變化的電流在線圈中產(chǎn)生的感應電動勢引起的，與制成線圈導體的電阻無關．是表征電感器對交變電流的阻礙作用的大小的物理量． (2)線圈的自感系數(shù)越大，交流電的頻率越高，電感線圈對交變電流的阻礙作用越大． (3)電感線圈在電路中的作用：通直流，阻交流；通低頻，阻高頻． [即學即用]　判斷下列說法的正誤． (1)同一個線圈對直流和對交流的阻

3、礙作用是相同的．(　　) (2)繞制線圈的導線的電阻可以忽略時，線圈對交流沒有阻礙作用．(　　) (3)交流電的頻率越高，電感線圈對交流的阻礙作用越大．(　　) (4)線圈的匝數(shù)越多，對同一個交變電流的阻礙作用就越大．(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)√ 二、電容器對交變電流的作用 [導學探究]　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． 圖2 (1)觀察燈泡的發(fā)光情況，并分析原因． (2)若把圖乙中的電容器去掉，變成圖丙所示電路，會發(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，

4、燈泡亮度會有什么變化？說明了什么？ 答案　(1)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極板上后，電容器交替進行充電和放電，電路中就有了電流，好像是交流“通過”了電容器，燈泡就亮了，但實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)電容越大，燈泡越亮；頻率越高，燈泡越亮．說明電容器的電容越大、頻率越高，電容器對交變電流的阻礙作用越?。? [知識梳理]　電容器的作用： (1)電容器接到交流電源兩端時，交替地進

5、行充電和放電，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交流“通過”了電容器． (2)電容器在電路中的作用：通交流，隔直流；通高頻，阻低頻． (3)電容器的電容越大，交流電的頻率越高，電容器對交變電流的阻礙作用越小. 一、對感抗的理解 交變電流通過電感器時，由于電流時刻在變化，在線圈中就會產(chǎn)生自感電動勢，而自感電動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1　(多選)如圖3所示實驗電路中，若直流電壓和交變電壓的有效值相等，S為雙刀雙擲開關，下面敘述正確的是(　　) 圖3 A．當S擲向a、b時燈較亮，擲向c、d時燈較暗 B．當S擲向a、b時燈較暗，擲向c、d時燈較亮 C

6、．S擲向c、d，把電感線圈中的鐵芯抽出時燈變亮 D．S擲向c、d，電源電壓不變，而使頻率減小時，燈變暗 答案　AC 解析　線圈對直流無感抗，對交變電流有感抗，當交流電頻率減小時，感抗變小，燈變亮，并且是有鐵芯時感抗更大，故鐵芯抽出時燈變亮． 二、對容抗的理解 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著電荷的定向移動，其表現(xiàn)就是電容器對交流電的阻礙作用． 例2　(多選)圖4甲、乙兩圖是電子技術中的常用電路，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．關于

7、兩圖中負載電阻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　電容器有“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錯誤；乙圖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錯誤． 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220V、50Hz的交流電路上，三只燈泡亮度恰好相同．若保

8、持交變電壓不變，將交變電流的頻率增大到60Hz，則發(fā)生的現(xiàn)象是(　　) 圖5 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 答案　D 解析　當交變電流的頻率變大時，線圈的感抗變大，電容器的容抗變小，因此L3變亮，L2變暗．又因為電阻在直流和交流電路中起相同的作用，故L1亮度不變，所以選D. 1．電阻對交流、直流有相同的阻礙作用，交流頻率變化時，阻礙作用不變． 2．電感器通直流、阻交流，通低頻、阻高頻． 3．電容器通交流、隔直流，通高頻、阻低頻． 4．在分析電流變化時，把感抗、容抗類比于導體的電阻，再用歐姆定律

9、分析. 1.(多選)在如圖6所示的電路中，L為電感線圈，R為燈泡的電阻值，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無限大，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，下列說法正確的是(　　) 圖6 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　BC 解析　由u＝220sin (100πt) V，可得電源原來的頻率f＝＝Hz＝50Hz，當電源頻率由原來的50Hz增為100Hz時，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A錯誤；燈泡的電阻值R是一定的，電流減小時，實際消耗的電功率

10、(P＝I2R)減小，燈泡變暗，選項C正確，D錯誤；電壓表與電感線圈并聯(lián)，其示數(shù)為線圈兩端的電壓UL，設燈泡兩端電壓為UR，則電源電壓的有效值為U＝UL＋UR，因UR＝IR，故電流I減小時，UR減小，因電源電壓的有效值保持不變，故UL＝U－UR增大，選項B正確． 2．如圖7所示的電路，F(xiàn)為一交流發(fā)電機，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7 A．使發(fā)電機F的轉(zhuǎn)速增大 B．使發(fā)電機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　當發(fā)電機轉(zhuǎn)速增大時，交變電流的頻率增大，電容器容抗減小，電流

11、表A的示數(shù)增大，A項正確，B項錯誤；在平行板電容器間換用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)時，電容器的電容減小，電容器兩極板間距離增大時電容也減小，當電容減小時，容抗增大，對交變電流的阻礙作用增大，電流表A的示數(shù)減小，C、D項錯誤． 3．(多選)如圖8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25mH的高頻扼流圈，C是一個100pF的電容器，R是負載電阻，下列說法正確的是(　　) 圖8 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遠大于高頻交流所占的百分比

12、答案　ACD 解析　因為電感L是一個高頻扼流圈，“通低頻，阻高頻”，A選項正確；C是一個電容較小的電容器，所以對低頻的交流容抗就較大，故選項C正確，B錯誤；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遠大于高頻交流所占的百分比，選項D正確． 選擇題(1～8題為單選題，9～12題為多選題) 1．一個燈泡通過一個粗導線的線圈與一交流電源相連接，如圖1所示．一鐵棒插進線圈后，該燈將(　　) 圖1 A．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)生的感應電動勢，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

13、．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，故B項正確． 2.如圖2所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在交流電源的兩端，當交流電源的頻率增大時 (　　) 圖2 A．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，選項A、B錯誤．當交流電源的頻率增大時，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D正確，C錯誤． 3.如圖3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，無論電源

14、的正極與哪一個接線柱相連，甲燈均能正常發(fā)光，乙燈完全不亮．當a、b接電壓的有效值為U的交流電源時，甲燈發(fā)出微弱的光，乙燈能接近正常亮度，則下列判斷正確的是(　　) 圖3 A．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

15、感線圈的特點知，元件x是電感線圈，元件y是電容器，選項B正確． 4．有兩個電容器的電容分別為C1＝5μF和C2＝3μF，分別加在峰值一定的交流電源上，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上所加交變電流的頻率為50Hz B．在C2上所加交變電流的頻率為50Hz C．在C1上所加交變電流的頻率為100Hz D．在C2上所加交變電流的頻率為100Hz 答案　C 解析　電容越大，電流頻率越高，容抗越小，電流越容易通過電容器．C1>C2,100Hz>50Hz，所以C正確． 5.在如圖4所示電路中，u是有效值為220V的交流電源，C是電容器，R是電阻．關于交

16、流電壓表的示數(shù)，下列說法正確的是(　　) 圖4 A．等于220V B．大于220V C．小于220V D．等于零 答案　C 解析　交變電流“通過”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小于電源電壓，而電壓表測量的是電阻兩端的電壓，故選項C正確． 6.如圖5所示的電路，有直流和交流成分的電流通過，為了盡量減少R2上的交流成分，應(　　) 圖5 A．選用自感系數(shù)較大的線圈和電容較小的電容器 B．選用自感系數(shù)較小的線圈和電容較大的電容器 C．選用自感系數(shù)較小的線圈和電容較小的電容器 D．選用自感系數(shù)較大的線圈

17、和電容較大的電容器 答案　D 7．在收音機線路中，經(jīng)天線接收到的電信號中既有高頻成分又有低頻成分，經(jīng)放大后送給下一級，需要把低頻成分和高頻成分分開，只讓低頻成分輸入給下一級，我們采用了如圖6所示的裝置電路，其中代號a、b應選擇的元件是(　　) 圖6 A．a(chǎn)是電容較大的電容器，b是低頻扼流線圈 B．a(chǎn)是電容較大的電容器，b是高頻扼流線圈 C．a(chǎn)是電容較小的電容器，b是高頻扼流線圈 D．a(chǎn)是電容較小的電容器，b是低頻扼流線圈 答案　C 解析　電容器具有“通高頻、阻低頻”的作用，這樣的電容器電容應較小，故a是電容較小的電容器．電感線圈在該電路中要求做到“通低頻、阻高頻”，所以b

18、是一個高頻扼流線圈，故C選項正確． 8．某信號源中有直流成分、交流高頻成分和交流低頻成分，為使放大器僅得到交流低頻成分，如圖所示電路中可行的是(　　) 答案　D 解析　A圖放大器得到所有成分．B圖放大器可得到直流成分，若為高頻扼流圈也能得到低頻成分．C圖既可得高頻成分也可得低頻成分．D圖通過C1的是高、低頻成分都有，通過C2的旁路電容將高頻成分濾去，故只有D可行． 9．關于感抗，下列說法中正確的是(　　) A．感抗是由于電流變化時在線圈中產(chǎn)生了自感電動勢，阻礙電流的變化 B．感抗的大小不僅與自感系數(shù)有關，還與電流的頻率有關 C．感抗對交變電流有阻礙作用 D．感抗是線圈的

19、電阻產(chǎn)生的 答案　ABC 10．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)變成導體 B．交變電流能夠使自由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　交變電流通過電容器，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． 11．如圖7所示，圖甲、乙中電源為交流電源，圖丙中電源為直流

20、電源，各電路中線圈自感系數(shù)相同且直流電阻不計，各電壓表示數(shù)相同，下列說法正確的是(　　) 圖7 A．燈L1比燈L2亮 B．燈L3比燈L1亮 C．燈L2與燈L3一樣亮 D．燈L1與燈L3一樣亮 答案　BC 解析　圖甲中電源電壓U＝U1＋UL1，線圈對交流有阻礙作用，相當于串聯(lián)了一個電阻，根據(jù)電阻的分壓作用可知U1≠0，燈泡兩端電壓UL1

21、C正確，A、D錯誤． 12．如圖8所示，甲、乙兩圖中用交流電源，丙、丁兩圖中用直流電源，各電路圖中燈泡、電容器、電壓表示數(shù)都相同，則下列說法正確的是(　　) 圖8 A．燈L1比燈L2亮 B．燈L3也能發(fā)光，但亮度最暗 C．燈L2和L4亮度相同 D．燈L4比燈L1亮 答案　CD 解析　電壓表示數(shù)相同，說明交流電壓的有效值相同．甲圖中電容器與燈L1串聯(lián)，電容器對電流有阻礙作用；乙圖中電容器與燈L2并聯(lián)，電壓表的示數(shù)為燈L2兩端的電壓；丙圖中電容器與燈L3串聯(lián)且是直流電源，電容器“隔直流，通交流”，所以沒有電流流過燈L3，燈L3不亮；丁圖中電容器與燈L4并聯(lián)，電壓表的示數(shù)為燈L4兩端的電壓．綜合以上分析，C、D兩項正確． 11