1、教科版高中物理选修32第2章 第45节电容器在交流电路中的作用 电感器在交流电路中的作用word学案学案5电容器在交流电路中的作用电感器在交流电路中的作用 目标定位 1.通过演示实验了解电感器和电容器对交变电流的阻碍和导通作用.2.知道感抗和容抗的物理意义以及与哪些因素有关.3.能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用一、电容器对交流电的阻碍作用问题设计如图1甲、乙所示,把灯泡和电容器串联起来,先把它们接到直流电源上,再把它们接到交流电源上,观察灯泡的发光情况图1(1)分析电容器能通交流的原因(2)若把图乙中的电容器去掉,变成图丙所示电路,会发生什么现象?说明了什么?(3)在图乙中,改变电容器
2、的电容和电源频率,灯泡亮度会有什么变化?答案(1)把交流电源接到电容器两个极板上后,当电源电压升高时,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;当电源电压降低时,电容器放电,电荷从极板上流出,在电路中形成放电电流电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,好像是交流“通过”了电容器,但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质(2)灯泡变得比乙中亮,说明电容器对交变电流有阻碍作用(3)电容变大时,灯泡变亮;频率增大时,灯泡变亮要点提炼1容抗:电容器对交流电的阻碍作用2影响容抗的因素:电容器的电容越大,交流电的频率越高,容抗越小3注意:电容器能通交变电流,并不是电荷
3、真的穿过了电容器4电容器在电路中的作用:通交流,隔直流;通高频,阻低频. 二、电感器对交流电的阻碍作用问题设计如图2所示,把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来,先把它们接到直流电源上,再把它们接到交流电源上,取直流电源的电压与交流电压的有效值相等图2(1)对比两种情况下灯泡的亮度有什么不同?说明了什么?(2)乙图中换用自感系数更大的线圈或调换频率更高的交流电源,灯泡的亮度有何变化?说明了什么?答案(1)甲图中灯泡比乙图中灯泡更亮,说明电感器对交变电流有阻碍作用(2)不论是换用自感系数更大的线圈还是调换频率更高的交流电源,灯泡均变得更暗,说明线圈的自感系数越大,交流电的频率越高,线圈对交流电的阻碍作
4、用越大要点提炼1感抗:电感器对交变电流的阻碍作用的大小2影响感抗的因素:线圈的自感系数越大,交流电的频率越高,感抗越大3注意:电感器的感抗是由变化的电流在线圈中产生的感应电动势引起的,与制成线圈导体的电阻无关4扼流圈是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的电感线圈(1)高频扼流圈高频扼流圈的自感系数很小,只对高频交变电流有较大的阻碍作用,对低频交变电流的阻碍作用较小,对直流电流的阻碍作用更小它具有“通直流,通低频,阻高频”的作用(2)低频扼流圈低频扼流圈的自感系数很大,既使交流的频率较低,它产生的感抗也很大它具有“通直流,阻交流”的作用三、电阻、感抗、容抗的作用及区别1容抗的大小除了与电容自身的性
5、质有关,还与交变电流的频率有关,频率越高,容抗越小(填“大”或“小”)2感抗的大小除了与电感线圈自身的性质有关外,还与交变电流的频率有关,频率越高,感抗越大(填“大”或“小”)3电阻无论对直流还是交流,阻碍作用相同,只取决于电阻本身一、对容抗的理解例1如图3所示,接在交流电源上的灯泡正常发光,以下说法正确的是 ()图3A把电介质插入电容器,灯泡变亮B增大电容器两极板间的距离,灯泡变亮C减小电容器两极板间的正对面积,灯泡变暗D使交变电流频率减小,灯泡变暗解析把电介质插入电容器,电容变大,容抗变小,电容器对交变电流阻碍作用变小,所以灯泡变亮,故A正确;增大电容器两极板间的距离,电容变小,电容器对交
6、变电流阻碍作用变大,所以灯泡变暗,故B错误;减小电容器两极板间的正对面积,电容变小,灯泡变暗,故C正确;使交变电流频率减小,电容器对交变电流阻碍作用变大,灯泡变暗,故D正确答案ACD二、对感抗的理解例2如图4所示的实验电路中,若直流电压和交变电压的有效值相等,S为双刀双掷开关,下列叙述正确的是()图4A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CS掷向c、d,把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮DS掷向c、d,电源电压不变,而使频率减小时,灯变暗解析线圈对恒定电流无感抗,对交变电流有感抗,当交流电频率减小时,感抗变小,灯变亮,并且是有铁芯时感抗更大,故铁芯
7、抽出时灯变亮,故A、C正确答案AC三、电阻、感抗、容抗的对比例3如图5所示,电路中完全相同的三只灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联,然后再并联到220 V、50 Hz的交流电路上,三只灯泡亮度恰好相同若保持交变电压不变,将交变电流的频率增大到60 Hz,则发生的现象是()图5A三灯亮度不变B三灯均变亮CL1亮度不变、L2变亮、L3变暗DL1亮度不变、L2变暗、L3变亮解析当交变电流的频率变大时,线圈的感抗变大,电容器的容抗变小,因此L3变亮,L2变暗又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用,故L1亮度不变,所以选D.答案D四、电感器、电容器在电路中的应用例4在收音机线路中,经
8、天线接收下来的电信号既有高频成分,又有低频成分,经放大后送到下一级,需要把低频成分和高频成分分开,只让低频成分输送到再下一级,可以采用如图6所示电路,其中a、b应选择的元件是 ()图6Aa是电容较大的电容器,b是低频扼流圈Ba是电容较大的电容器,b是高频扼流圈Ca是电容较小的电容器,b是低频扼流圈Da是电容较小的电容器,b是高频扼流圈解析电容器具有通高频、阻低频的作用,这样的电容器电容较小,所以a处放电容较小的电容器,电感线圈在该电路中要求起到通低频、阻高频的作用,b处接一个高频扼流圈,D对答案D电容器和电感器在交流电路中的作用1(对容抗的理解)如图7所示,白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两
9、端,当交流电源的频率增大时 ()图7A电容器电容增大 B电容器电容减小C灯变暗 D灯变亮答案D解析电容器的电容是由电容器本身的特性决定的,与外加的交流电源的频率无关,选项A、B错误当交流电源的频率增大时,电容器充、放电的速度加快,电容器的容抗减小,电流增大,灯变亮,故选项C错误,D正确2. (对感抗的理解)在如图8所示的电路中,L为电感线圈,灯泡的电阻为R,电流表内阻为零,电压表内阻无限大,交流电源的电压u220sin (100t) V若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为100 Hz,下列说法正确的是()图8A电流表示数增大B电压表示数增大C灯泡变暗D灯泡变亮答案BC解析由u220sin
10、(100t) V,可得电源原来的频率fHz50 Hz,当电源频率由原来的50 Hz增为100 Hz时,线圈的感抗增大,在电压不变的情况下,电路中的电流减小,选项A错误;灯泡的电阻R是一定的,电流减小时,实际消耗的电功率(PI2R)减小,灯泡变暗,选项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,则电源电压的有效值为UULUR,因URIR,故电流I减小时,UR减小,因电源电压的有效值保持不变,故ULUUR增大,选项B正确3. (电阻、感抗、容抗的对比)如图9所示,三个灯泡相同,而且足够耐压,电源内阻忽略(两电源的电动势相同)单刀双掷开关S接A时,三个灯亮
11、度相同,那么S接B时()图9A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,乙灯最亮答案D解析开关S接A时,甲、乙、丙三个支路均有交流电通过,开关S接B时,电路处于直流工作状态电容器C“隔直流、通交流”;电感线圈L“阻交流、通直流”;R对交流电、直流电有相同的阻抗可判断S接B时电路中I丙0,I甲不变,I乙增大;又因为灯泡亮度与功率(PI2R)成正比,所以只有丙灯不亮,乙灯最亮.题组一对容抗的理解1对交变电流通过电容器的理解正确的是()A交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体B交变电流定向移动的电荷通过电容器两极板间的绝缘介质C交变电流能够使电容器交替进行
12、充电、放电,电路中就有了电流,表现为交变电流通过了电容器D交变电流通过了电容器,实际上自由电荷并没有通过电容器极板间的绝缘介质(击穿除外)答案CD解析电流能“通过”电容器,并非自由电荷真的通过电容器两极板间的绝缘介质,而是交变电流交替对电容器充、放电,电路中有了电流,表现为交变电流通过了电容器2有两个电容器的电容分别为C15 F和C23 F,分别加在峰值一定的正弦交流电源上,在下列各种情况下,哪一种情况通过电容器的电流最大()A在C1上所加交变电流频率为50 HzB在C2上所加交变电流的频率为50 HzC在C1上所加交变电流的频率为100 HzD在C2上所加交变电流的频率为100 Hz答案C解
13、析电容越大,交变电流频率越大,容抗越小,电流越容易通过电容器C1C2,100 Hz50 Hz,所以C正确3如图1所示的电路,F为一交流发电机,C为平行板电容器,为使电流表A的示数增大,可行的办法是 ()图1A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介电常数较小的电介质D使电容器两极板间的距离增大答案A解析当发电机转速增大时,交变电流的频率增大,容抗减小,电流表A的读数增大,A项正确,B项错误;在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时,电容器的电容减小,电容器两极板间距离增大时电容也减小,当电容减小时,容抗增大,对交变电源的阻碍作用增大,电流表A示数减小,C、D两项均错
14、误题组二对感抗的理解4. 一个灯泡通过一个粗导线线圈与一交流电源相连接,如图2所示一铁棒插进线圈后,该灯将()图2A变亮B变暗C对灯的亮度没影响D无法判断答案B解析在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势,总是阻碍电流变化,正是这种阻碍变化的特性,使线圈产生了感抗加入铁芯改变了电感线圈的自感系数,使自感系数增大,感抗增大,降落的电压增大,灯泡两端的电压减小,所以灯变暗5. 如图3所示,输入端a、b的输入电压既有直流成分,又有交流成分,以下说法中正确的是(L的直流电阻不为零但较小)()图3A直流成分只能从L通过B交流成分只能从R通过C通过R的既有直流成分又有交流成分D通过L的直流成分比通过R的直流
15、成分要大答案CD解析由于线圈L的直流电阻不为零,所以有直流通过R,而线圈对交流有阻碍作用,因此也有交流成分通过R,B错,C正确;由于R对交流也有阻碍作用,所以也有交流成分通过L,A错;因为线圈的直流电阻较小,所以通过线圈的直流成分比通过R的要大,D正确题组三电阻、感抗、容抗的对比6. 如图4所示,甲、乙是规格相同的灯泡,接线柱a、b接电压为U的直流电源时,无论电源的正极与哪一个接线柱相连,甲灯均能正常发光,乙灯完全不亮当a、b接电压的有效值为U的交流电源时,甲灯发出微弱的光,乙灯能正常发光,则下列判断正确的是()图4A与甲灯串联的元件x是电容器,与乙灯串联的元件y是电感线圈B与甲灯串联的元件x
16、是电感线圈,与乙灯串联的元件y是电容器C与甲灯串联的元件x是二极管,与乙灯串联的元件y是电容器D与甲灯串联的元件x是电感线圈,与乙灯串联的元件y是二极管答案B解析由a、b接直流电流时的现象可知,元件x“通直流”,元件y“隔直流”,由a、b接交流电源时的现象可知,元件x“阻交流”,元件y“通交流”,根据电容器和电感线圈的特点,可判断元件x是电感线圈,元件y是电容器,选项B正确7. 如图5所示,在电路两端加上正弦交流电,保持电压有效值不变,使频率增大,发现各灯的亮暗情况是:灯L1变亮,灯L2变暗,灯L3不变,则M、N、L中所接元件可能是 ()图5AM为电阻,N为电容器,L为电感线圈BM为电感线圈,
17、N为电容器,L为电阻CM为电容器,N为电感线圈,L为电阻DM为电阻,N为电感线圈,L为电容器答案C解析题组四电感器、电容器在电路中的应用8. 在电子技术中,从某一装置输出的电流既有高频成分又有低频成分,如果只需把低频成分输送到下一级装置,如图6所示,则下列做法合理的是()图6A在a、b间接入一个电容器B在a、b间接入一个低频扼流圈C在a、b间接入一个高频扼流圈D在a、b间接入一个电容器或高频或低频扼流圈都可以答案C解析电容器是“通高频,阻低频”,低频扼流圈“通直流,阻交流”,而高频扼流圈“通直流,通低频,阻高频”,C对9如图7甲、乙所示是电子技术中的常用电路,a、b是各部分电路的输入端,其中输
18、入的交流高频成分用“”表示,交流低频成分用“”表示,直流成分用“”表示关于两图中负载电阻R上得到的电流特征,下列判断正确的是 ()图7A图甲中R得到的是交流成分B图甲中R得到的是直流成分C图乙中R得到的是低频成分D图乙中R得到的是高频成分答案AC解析当交变电流加在电容器上时,有“通交流、隔直流,通高频、阻低频”的特性,题图甲中电容器隔直流,R得到的是交流成分,A正确,B错误;题图乙中电容器通过交流高频成分,阻碍交流低频成分,R得到的是低频成分,C正确,D错误10某一电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件,在接线柱间以如图8甲所示的“Z”字形连接(两接线柱间只有一个元件)为了确定各元件
19、种类,小华同学把DIS计算机辅助实验系统中的电流传感器(相当于电流表)与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后,分别将AB、BC、CD接入电路,闭合开关,计算机显示的电流随时间变化的图像分别如图9a、b、c所示,则下列判断中正确的是()图8图9AAB间是电容器 BBC间是电感线圈CCD间是电容器 DCD间是定值电阻答案ABD解析根据题图a可知,有瞬时充电电流,稳定后电路中无电流,说明AB间是电容器,充电完毕,电路为开路,故A正确根据题图b可知,阻碍电流增大,但是稳定后电流恒定,符合电感线圈的特点,所以BC间为电感线圈,故B正确根据题图c,接通电路后,电流马上达到稳定值,说明CD间为定值电阻,故C错误,D正确
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