2017-2018學(xué)年高中物理 第二章 交變電流 第4節(jié) 電感器對(duì)交變電流的作用 第5節(jié) 電感器對(duì)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(duì)交變電流的作用第五節(jié)電容器對(duì)交變電流的作用學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解電感對(duì)交變電流的阻礙作用，知道感抗與哪些因素有關(guān)(重點(diǎn))2通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解電容對(duì)交變電流的阻礙作用，能夠理解交變電流能“通過(guò)”電容器，并知道容抗與哪些因素有關(guān)(重點(diǎn))3了解電感器“通直流、阻交流 ”和“通低頻、阻高頻”的特點(diǎn)及其具體應(yīng)用，能從能量的角度分析各元件的性能，并將其作為電路設(shè)計(jì)的選擇基礎(chǔ)(難點(diǎn))4了解電容器“隔直流、通交流”和“阻低頻、通高頻”的特點(diǎn)及其具體應(yīng)用(難點(diǎn))電 感 器 對(duì) 交 變 電 流 的 阻 礙作 用1實(shí)驗(yàn)電路圖2感抗(1)物理意義：表示電感器對(duì)交變電流的阻礙作用的大小(2)影響感抗大小的因素：線圈的自感系數(shù)越大，交流的頻率越高，感抗越大3感抗的應(yīng)用類型低頻扼流圈高頻扼流圈自感系數(shù)較大較小感抗大小較大較小作用通直流、阻交流通直流、通低頻、阻高頻1電感對(duì)交變電流阻礙作用越大，感抗就越小(×)2交流電的頻率越高，電感對(duì)交流的阻礙作用越大()3電感線圈之所以對(duì)交變電流有阻礙作用，是由于自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙電流的變化()為什么電感線圈對(duì)交變電流的阻礙作用隨線圈的自感系數(shù)、交變電流的頻率的增大而增大？【提示】電感線圈的阻礙作用是由交變電流通過(guò)線圈時(shí)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)引起的，自感系數(shù)越大時(shí)產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)也越大；交變電流的頻率越高，電流的變化率也越大，自感電動(dòng)勢(shì)也就越大，所以阻礙作用就越大，感抗也就越大如圖2­4­1所示，閉合開(kāi)關(guān)后燈泡發(fā)光，交流電源的頻率可以改變，但輸出電壓的有效值不變探討1：當(dāng)交流電源的頻率增大時(shí)，小燈泡的亮度會(huì)如何變化？圖2­4­1【提示】電源的頻率增大時(shí)，電感線圈的感抗增大，小燈泡變暗些探討2：當(dāng)交流電源的頻率減小時(shí)，小燈泡的亮度會(huì)如何變化？【提示】電源的頻率減小時(shí)，電感線圈的感抗減小，小燈泡變亮些1電感線圈對(duì)交變電流的阻礙作用的本質(zhì)交變電流通過(guò)線圈時(shí)，由于電流時(shí)刻都在變化，所以自感現(xiàn)象就不斷地發(fā)生，而自感電動(dòng)勢(shì)總是要阻礙電流變化的，這就是線圈的電感對(duì)交變電流的阻礙作用因此，感抗的產(chǎn)生是由線圈的自感現(xiàn)象引起的直流電通過(guò)線圈時(shí)，電流的大小、方向都不變，線圈中不產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，也就沒(méi)有感抗2感抗電感線圈對(duì)電流的阻礙作用感抗用“XL”表示，XL2fLL，其中f是交流電的頻率，L是線圈的自感系數(shù)3感抗與電感的關(guān)系線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)就越大，感抗就越大，對(duì)交變電流的阻礙作用也就越大4線圈(扼流圈)的分類根據(jù)不同線圈對(duì)交流電的阻礙作用不同分類：(1)低頻扼流圈構(gòu)造：閉合鐵芯、繞在鐵芯上的線圈特點(diǎn)：匝數(shù)多、自感系數(shù)L大、電阻很小它對(duì)低頻交流會(huì)產(chǎn)生很大的阻礙作用，而對(duì)直流的阻礙作用則較小，故低頻扼流圈的作用為“通直流、阻交流”(2)高頻扼流圈構(gòu)造：它的線圈有的是繞在圓柱形的鐵氧體芯上或空心特點(diǎn)：匝數(shù)少，自感系數(shù)L小它只對(duì)頻率很高的交流產(chǎn)生很大的阻礙作用，而對(duì)低頻交流的阻礙作用較小，故高頻扼流圈的作用為“通直流、通低頻，阻高頻”1(多選)關(guān)于電子技術(shù)中的扼流圈，下列說(shuō)法正確的是()A扼流圈是利用電感線圈對(duì)交流電的阻礙作用來(lái)工作的B高頻扼流圈的作用是允許低頻交流通過(guò)，而阻礙高頻交流通過(guò)C低頻扼流圈的作用是不僅要阻礙高頻交流通過(guò)，還要阻礙低頻交流通過(guò)D高頻扼流圈的電感比低頻扼流圈的電感大【解析】扼流圈是利用變化的電流通過(guò)線圈時(shí)，感應(yīng)出自感電動(dòng)勢(shì)，從而來(lái)阻礙電流的變化，故A正確；高頻扼流圈是“通低頻，阻高頻”，故B正確；低頻扼流圈是“阻高頻，阻低頻，通直流”，故C正確；高頻扼流圈比低頻扼流圈自感系數(shù)小，故D錯(cuò)誤【答案】ABC2如圖2­4­2所示電路由交變電流供電，如果交變電流的頻率升高，則() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：97192078】圖2­4­2A線圈的自感系數(shù)增大B線圈的感抗減小C電路中的電流增大D電路中的電流減小【解析】線圈的自感系數(shù)是線圈自身的屬性，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；交變電流的頻率升高，感抗增大，線圈對(duì)電流的阻礙作用增大，電路中的電流減小，故選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤，D正確【答案】D含電感器交流電路的動(dòng)態(tài)分析方法1分析電路中各元件的串、并聯(lián)關(guān)系2明確交流電源頻率的變化情況3根據(jù)電感器中線圈匝數(shù)、形狀、橫截面積、長(zhǎng)短和是否插入鐵芯，判斷自感系數(shù)的情況4判斷感抗的變化情況5確定含電感器支路電流、電壓的變化情況電 容 器 對(duì) 交 變 電 流 的 阻 礙 作 用1實(shí)驗(yàn)電路(如圖2­4­3所示)圖2­4­32實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：電路中串有電容器時(shí)，接通直流電源，燈泡不亮；接通交流電源，燈泡亮3實(shí)驗(yàn)結(jié)論：交變電流能夠通過(guò)電容器，直流電流不能通過(guò)電容器4容抗：表示電容器對(duì)交變電流阻礙作用的大小5影響容抗的因素：電容器的電容越大，交流的頻率越高，容抗越小6應(yīng)用：電容器具有“隔直流，通交流”的作用1電容器在交變電路中，相當(dāng)于一個(gè)電阻，具有分壓作用()2電容器接到交流電源時(shí)，有自由電荷通過(guò)電容器(×)3電容器是“通直流、阻交流，通高頻、阻低頻”(×)使用220 V交流電源的電氣設(shè)備和電子儀器，金屬外殼和電源之間都有良好的絕緣，但是有時(shí)用手觸摸外殼時(shí)會(huì)有“麻手”的感覺(jué)，用測(cè)電筆測(cè)試時(shí)氖管也會(huì)發(fā)光，這是為什么呢？采取什么措施可解決這一問(wèn)題？【提示】與電源連接的機(jī)芯和金屬外殼構(gòu)成一個(gè)電容器，交變電流能夠通過(guò)這個(gè)電容器，也就是說(shuō)機(jī)芯、外殼間始終在進(jìn)行著充放電，所以能感覺(jué)到“漏電”解決方案就是金屬外殼接地，其實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)的電氣設(shè)備都增加了接地線如圖2­4­4所示，將一電容器接入電路中，當(dāng)接入恒定電壓的電源時(shí)，燈泡不亮；當(dāng)接入交流電源時(shí)，燈泡發(fā)光探討1：交變電流是如何“通過(guò)”電容器的？【提示】所謂交變電流能“通過(guò)”電容器，其實(shí)是電容器不斷充電和放電的一個(gè)交替過(guò)程探討2：當(dāng)交流電源的電壓有效值不變，其頻率變化時(shí)，燈泡的亮度如何變化？【提示】當(dāng)交流電源的頻率升高時(shí)，燈泡變亮；當(dāng)交流電源的頻率降低時(shí)，燈泡變暗1交變電流是怎樣通過(guò)電容器的電容器兩極板之間是相互絕緣的，不論是恒定電流還是交變電流，自由電荷都不能通過(guò)兩極板之間的絕緣體(電介質(zhì))，通常所說(shuō)的交變電流“通過(guò)”電容器，并不是自由電荷穿過(guò)了電容器，而是在交流電壓作用下，當(dāng)電壓升高時(shí)電容器充電，電容器極板上的電荷量增加，形成充電電流，如圖2­4­5甲所示；當(dāng)電壓降低時(shí)，電容器放電，電容器極板上的電荷量減少，形成放電電流，如圖乙所示由于電容器反復(fù)不斷的充電、放電，使電路中有持續(xù)的交變電流甲乙圖2­4­52對(duì)容抗及“阻礙”作用的理解(1)對(duì)容抗的理解：容抗是表示電容器對(duì)交變電流阻礙作用大小的物理量容抗的大小與自身的電容量、交變電流的頻率有關(guān)，可用XC來(lái)表示，單位是歐姆此公式雖然不要求掌握，但可以用來(lái)定性地分析問(wèn)題，當(dāng)交變電流的頻率增加時(shí)，容抗減小(2)電容器對(duì)交變電流的阻礙作用：對(duì)導(dǎo)線中形成電流的自由電荷來(lái)說(shuō)，當(dāng)電源的電壓推動(dòng)它們向某一方向做定向移動(dòng)的時(shí)候，電容器兩極板上積累的電荷卻反抗它們向這個(gè)方向做定向移動(dòng)，這就產(chǎn)生了對(duì)交變電流的阻礙作用(3)“阻礙”作用可概括為：“隔直流、通交流”，“通高頻、阻低頻”3電容器的作用(1)隔直電容器，如圖2­4­6所示作用是“通交流、隔直流”，因?yàn)橹绷鞑荒芡ㄟ^(guò)電容器，交流能“通過(guò)”電容器起這樣作用的電容器電容要大些圖2­4­6(2)高頻旁路電容器，如圖2­4­7所示，作用是“通高頻、阻低頻”，因?yàn)閷?duì)不同頻率的交流電，頻率越高，容抗越小，頻率越低，容抗越大，即電容對(duì)低頻交變電流阻礙作用大，對(duì)高頻交變電流阻礙作用小，起這樣作用的電容器電容要小些圖2­4­74電阻、感抗、容抗的區(qū)別電阻感抗容抗產(chǎn)生的原因定向移動(dòng)的自由電荷與不動(dòng)的離子間的碰撞由于電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的變化電容器兩極板上積累的電荷對(duì)向這個(gè)方向定向移動(dòng)的電荷的反抗作用在電路中的特點(diǎn)對(duì)直流、交流均有阻礙作用對(duì)交流有阻礙作用對(duì)直流的阻礙作用無(wú)限大，對(duì)交流的阻礙作用隨頻率的降低而增大決定因素由導(dǎo)體本身(長(zhǎng)短、粗細(xì)、材料)決定，與溫度有關(guān)由線圈本身的自感系數(shù)和交流的頻率f決定由電容的大小和交流的頻率f決定電能的轉(zhuǎn)化與做功電流通過(guò)電阻做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電能和磁場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化3(多選)如圖2­4­8所示，接在交流電源上的電燈泡正常發(fā)光，以下說(shuō)法正確的是()圖2­4­8A把電介質(zhì)插入電容器，燈泡變亮B增大電容器兩板間的距離，燈泡變亮C減小電容器兩板間的正對(duì)面積，燈泡變暗D使交變電流頻率減小，燈泡變暗【解析】電容器的電容與介電常數(shù)成正比，與正對(duì)面積成正比，與兩板間距離成反比而容抗與電容成反比，與頻率成反比把介質(zhì)插入電容器，電容變大，容抗減小，燈泡變亮，A正確；電容器兩板間距離增大，電容減小，容抗增大，燈泡變暗，B錯(cuò)；減小電容器兩極正對(duì)面積，電容減小，容抗增大，燈泡變暗，C正確；交流電的頻率減小，容抗增大，燈泡變暗，D正確【答案】ACD4(多選)如圖2­4­9所示的電路，一燈泡和一可變電容器串聯(lián)，下列說(shuō)法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：97192079】圖2­4­9Aa、b端接恒穩(wěn)直流電，燈泡發(fā)亮Ba、b端接交變電流，燈泡發(fā)亮Ca、b端接交變電流，燈泡發(fā)亮，且將電容器電容增大時(shí)，燈泡亮度增大Da、b端接交變電流，燈泡發(fā)亮，在不改變交變電流有效值的情況下增大其頻率，燈泡亮度增大【解析】電容器有“通交流、隔直流、通高頻、阻低頻”的特點(diǎn)，A錯(cuò)，B對(duì)；容抗大小與電容器電容成反比，電容越大，容抗越小，燈泡越亮，C對(duì)；容抗大小與交流電的頻率成反比，頻率越大，容抗越小，燈泡越亮，D對(duì)【答案】BCD5在如圖2­4­10所示電路中，u是有效值為220 V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(shuō)法正確的是()圖2­4­10A等于220 VB大于220 VC小于220 VD等于零【解析】交變電流“通過(guò)”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【答案】C含電容器交流電路的動(dòng)態(tài)分析方法1分析電路中各元件的串、并聯(lián)關(guān)系2明確交流電源頻率的變化情況3根據(jù)C判斷電容的變化情況4判斷容抗的變化情況5確定含電容器支路電流、電壓的變化情況8