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(xué)案 粵教版選修3-2

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(xué)習(xí)目標(biāo)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、電感器對交變電流的作用導(dǎo)學(xué)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(yīng)電動(dòng)勢引起的，與制成線圈導(dǎo)體的電阻無關(guān)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(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)同一個(gè)線圈對直流和對交流的阻礙作用是相同的()(2)繞制線圈的導(dǎo)線的電阻可以忽略時(shí)，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(gè)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(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(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？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(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)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小知識梳理電容器的作用：(1)電容器接到交流電源兩端時(shí)，交替地進(jìn)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(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1(多選)如圖3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()圖3A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)，燈變暗答案AC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，并且是有鐵芯時(shí)感抗更大，故鐵芯抽出時(shí)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(dòng)，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(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4A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(cuò)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(cuò)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5A三燈亮度不變B三燈均變亮CL1不變、L2變亮、L3變暗DL1不變、L2變暗、L3變亮答案D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.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(shí)，把感抗、容抗類比于導(dǎo)體的電阻，再用歐姆定律分析.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u220sin (100t) 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6A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fHz50Hz，當(dāng)電源頻率由原來的50Hz增為100Hz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)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2如圖7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7A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，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，對交變電流的阻礙作用增大，電流表A的示數(shù)減小，C、D項(xiàng)錯(cuò)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(gè)25mH的高頻扼流圈，C是一個(gè)100pF的電容器，R是負(fù)載電阻，下列說法正確的是()圖8AL的作用是“通低頻，阻高頻”BC的作用是“通低頻，隔高頻”CC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ACD解析因?yàn)殡姼蠰是一個(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就較大，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正確選擇題(18題為單選題，912題為多選題)1一個(gè)燈泡通過一個(gè)粗導(dǎo)線的線圈與一交流電源相連接，如圖1所示一鐵棒插進(jìn)線圈后，該燈將()圖1A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，故B項(xiàng)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(dāng)交流電源的頻率增大時(shí) ()圖2A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)D正確，C錯(cuò)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(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，乙燈能接近正常亮度，則下列判斷正確的是()圖3A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)知，元件x是電感線圈，元件y是電容器，選項(xiàng)B正確4有兩個(gè)電容器的電容分別為C15F和C23F，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50HzB在C2上所加交變電流的頻率為50HzC在C1上所加交變電流的頻率為100HzD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(guān)于交流電壓表的示數(shù)，下列說法正確的是()圖4A等于220VB大于220VC小于220VD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(yīng)小于電源電壓，而電壓表測量的是電阻兩端的電壓，故選項(xiàng)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(yīng)()圖5A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)較大的線圈和電容較大的電容器答案D7在收音機(jī)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(yīng)選擇的元件是()圖6Aa是電容較大的電容器，b是低頻扼流線圈Ba是電容較大的電容器，b是高頻扼流線圈Ca是電容較小的電容器，b是高頻扼流線圈Da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(yīng)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是一個(gè)高頻扼流線圈，故C選項(xiàng)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(guān)于感抗，下列說法中正確的是()A感抗是由于電流變化時(shí)在線圈中產(chǎn)生了自感電動(dòng)勢，阻礙電流的變化B感抗的大小不僅與自感系數(shù)有關(guān)，還與電流的頻率有關(guān)C感抗對交變電流有阻礙作用D感抗是線圈的電阻產(chǎn)生的答案ABC10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(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，圖丙中電源為直流電源，各電路中線圈自感系數(shù)相同且直流電阻不計(jì)，各電壓表示數(shù)相同，下列說法正確的是()圖7A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UU1UL1，線圈對交流有阻礙作用，相當(dāng)于串聯(lián)了一個(gè)電阻，根據(jù)電阻的分壓作用可知U10，燈泡兩端電壓UL1<U；圖乙中線圈與燈泡并聯(lián)，相當(dāng)于燈泡與一個(gè)電阻并聯(lián)，并聯(lián)電路中各支路的電壓相同，燈泡電壓UL2U；圖丙中，線圈對直流電沒有阻礙作用，線圈就像一根沒有電阻的導(dǎo)線，燈泡電壓UL3U，故UL1<UL2UL3.即L2與L3一樣亮且都比L1亮，B、C正確，A、D錯(cuò)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8A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(xiàng)正確11