2019-2020學(xué)年高中物理 第2章 交變電流 第4節(jié) 電感器對交變電流的作用 第5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.通過實驗了解電感對交變電流的阻礙作用，知道感抗與哪些因素有關(guān)(重點)2.通過實驗了解電容對交變電流的阻礙作用，能夠理解交變電流能“通過”電容器，并知道容抗與哪些因素有關(guān)(重點)3.了解電感器“通直流、阻交流 ”和“通低頻、阻高頻”的特點及其具體應(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)計的選擇基礎(chǔ)(難點)4.了解電容器“隔直流、通交流”和“阻低頻、通高頻”的特點及其具體應(yīng)用(難點)一、電感器對交變電流的作用1實驗電路圖2感抗(1)物理意義：表示電感器對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、阻高頻二、電容器對交變電流的阻礙作用1實驗電路(如圖所示)2實驗現(xiàn)象：電路中串有電容器時，接通直流電源，燈泡不亮；接通交流電源，燈泡亮3實驗結(jié)論：交變電流能夠通過電容器，直流電流不能通過電容器4容抗：表示電容器對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思考判斷(正確的打“”，錯誤的打“×”)(1)同一個線圈對直流和對交流的阻礙作用是相同的(×)(2)線圈的匝數(shù)越多，對同一個交變電流的阻礙作用就越大()(3)線圈對交變電流的阻礙作用隨著交變電流的頻率的變大而減小(×)(4)電流通過電容器，并不是電荷穿過電容器兩極板間的絕緣層到達(dá)另一極板，而是電容器不斷地充放電的表現(xiàn)()(5)電容器的電容越大對同一交變電流的阻礙作用就越大(×)2交變電流通過一段長直導(dǎo)線時，電流為I，如果把這根長直導(dǎo)線繞成線圈再接入原電路，通過線圈的電流為I，則()AI>IBI<ICII D無法比較B長直導(dǎo)線的自感系數(shù)很小，感抗可忽略不計，其對交變電流的阻礙作用可以看成純電阻，流經(jīng)它的交變電流只受到導(dǎo)線電阻的阻礙作用當(dāng)導(dǎo)線繞成線圈后，電阻值未變，但自感系數(shù)增大，對交變電流的阻礙作用不但有電阻，而且有感抗，其阻礙作用增大，電流減小故B正確3.在如圖所示電路中，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)，下列說法正確的是()A等于220 VB大于220 VC小于220 V D等于零C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)小于電源電壓對感抗的認(rèn)識1.電感線圈對交變電流的阻礙作用的本質(zhì)交變電流通過線圈時，由于電流時刻都在變化，所以自感現(xiàn)象就不斷地發(fā)生，而自感電動勢總是要阻礙電流變化的，這就是線圈的電感對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線圈時，電流的大小、方向都不變，線圈中不產(chǎn)生自感電動勢，也就沒有感抗2感抗電感線圈對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)生的自感電動勢就越大，感抗就越大，對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：匝數(shù)多、自感系數(shù)L大、電阻很小它對低頻交流會產(chǎn)生很大的阻礙作用，而對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：繞在空心絕緣體上，繞在鐵氧體芯上特點：匝數(shù)少、自感系數(shù)L較小，對高頻交變電流的阻礙作用較大，對低頻交變電流的阻礙作用較小，對直流的阻礙作用更小，因此可用來“通直流、通低頻、阻高頻”【例1】(多選)在如圖所示電路中，L為電感線圈，燈泡電阻為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()A電流表示數(shù)減小B電壓表示數(shù)減小C燈泡變暗D燈泡變亮AC由u220sin 100t V，可得電源原來的頻率為f Hz50 Hz.當(dāng)電源頻率由原來的50 Hz增為100 Hz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正確燈泡的電阻R是一定的，電流減小時，實際消耗的電功率PI2R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(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，UR減小因電源電壓有效值保持不變，故ULUUR，UL增大，選項B錯誤含電感器的交流電路的動態(tài)分析(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、電壓的變化情況訓(xùn)練角度1：對扼流圈的認(rèn)識1(多選)關(guān)于電子技術(shù)中的扼流圈，下列說法正確的是()A扼流圈是利用電感線圈對交流電的阻礙作用來工作的B高頻扼流圈的作用是允許低頻交流通過，而阻礙高頻交流通過C低頻扼流圈的作用是不僅要阻礙高頻交流通過，還要阻礙低頻交流通過D高頻扼流圈的電感比低頻扼流圈的電感大ABC扼流圈是利用變化的電流通過線圈時，感應(yīng)出自感電動勢，從而來阻礙電流的變化，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錯誤訓(xùn)練角度2：電感器對直流與交流的作用對比2(多選)如圖所示實驗電路中，若直流電壓和交變電壓的有效值相等，S為雙刀雙擲開關(guān)，下面敘述正確的是()A當(dāng)S擲向a、b時燈較亮，擲向c、d時燈較暗B當(dāng)S擲向a、b時燈較暗，擲向c、d時燈較亮CS擲向c、d，把電感線圈中的鐵芯抽出時燈變亮DS擲向c、d，電源電壓不變，而使頻率減小時，燈變暗A(chǔ)C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，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,對容抗的理解1.交變電流是怎樣通過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兩極板之間的絕緣體(電介質(zhì))，通常所說的交變電流“通過”電容器，并不是自由電荷穿過了電容器，而是在交流電壓作用下，當(dāng)電壓升高時電容器充電，電容器極板上的電荷量增加，形成充電電流，如圖甲所示；當(dāng)電壓降低時，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)不斷地充電、放電，使電路中有持續(xù)的交變電流甲乙2對容抗及“阻礙”作用的理解(1)對容抗的理解：容抗是表示電容器對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來表示，單位是歐姆此公式雖然不要求掌握，但可以用來定性地分析問題，當(dāng)交變電流的頻率增加時，容抗減小(2)電容器對交變電流的阻礙作用：對導(dǎo)線中形成電流的自由電荷來說，當(dāng)電源的電壓推動它們向某一方向做定向移動的時候，電容器兩極板上積累的電荷卻反抗它們向這個方向做定向移動，這就產(chǎn)生了對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，如圖甲所示，作用是“通交流、隔直流”，因為直流不能通過電容器，交流能“通過”電容器起這樣作用的電容器電容要大些甲 (2)高頻旁路電容器，如圖乙所示，作用是“通高頻、阻低頻”，因為對不同頻率的交流電，頻率越高，容抗越小，頻率越低，容抗越大，即電容對低頻交變電流阻礙作用大，對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乙4電阻、感抗、容抗的區(qū)別電阻感抗容抗產(chǎn)生的原因定向移動的自由電荷與不動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向這個方向定向移動的電荷的反抗作用在電路中的特點對直流、交流均有阻礙作用對交流有阻礙作用對直流的阻礙作用無限大，對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)和交流電的頻率f決定由電容的大小和交流電的頻率f決定電能的轉(zhuǎn)化與做功電流通過電阻做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電能和磁場能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場能往復(fù)轉(zhuǎn)化【例2】(多選)如圖所示，接在交流電源上的燈泡正常發(fā)光，以下說法正確的是()A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面積，燈泡變暗D使交變電流頻率減小，燈泡變暗思路點撥：交變電流可以“通過”電容器，使燈泡發(fā)光電容器的容抗大小與電容器的電容、交變電流的頻率成反比電容器的容抗越大，燈泡越暗A(chǔ)CD電容器的電容與介電常數(shù)成正比，與正對面積成正比，與兩板間距離成反比而容抗與電容成反比，與頻率成反比把電介質(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錯誤；減小電容器兩極板正對面積，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正確含電容器的交流電路的動態(tài)分析(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、電壓的變化情況訓(xùn)練角度1：對容抗相關(guān)因素的認(rèn)識3如圖所示，電路由正弦交流電源供電，最大電壓保持不變，如果交變電流的頻率升高，則下列說法正確的是()A電容器上的電荷量最大值增大B電容器的容抗增大C電路中燈泡的亮度變亮D電路中燈泡的亮度變暗C當(dāng)交變電流的頻率升高時，電容器的容抗減小，燈泡的亮度變亮，燈泡兩端的電壓變大，故選項C正確，選項B、D錯誤；由QCU可知，選項A錯誤訓(xùn)練角度2：電容對交流信號中低頻及高頻成分的作用4(多選)如圖甲、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 ()甲乙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AC當(dāng)交變電流加在電容器上時，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錯誤訓(xùn)練角度3：電阻、感抗、容抗的對比5.如圖所示，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()A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D當(dāng)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.課 堂 小 結(jié)知 識 脈 絡(luò)1.電感器對交變電流的阻礙作用的大小用感抗表示，感抗的大小與線圈的自感系數(shù)和交流的頻率有關(guān)2低頻扼流圈可以“通直流，阻交流”，而高頻扼流圈可以“通低頻、通直流，阻高頻”3交變電流可以通過電容器，電容器對交流的阻礙作用可以用容抗表示，容抗的大小與電容和交流的頻率有關(guān)4電容具有“隔直流、通交流”、“阻低頻、通高頻”的作用.1關(guān)于電感器對交變電流的影響的說法，正確的是()A電感器對交變電流無阻礙作用B電感器對交變電流阻礙作用的大小叫感抗C電感器對某一頻率的交變電流的阻礙作用跟線圈的自感系數(shù)無關(guān)D線圈的自感系數(shù)越小，交變電流的頻率越高，電感對交變電流的阻礙作用就越大B電感對交流電有影響，其阻礙作用的大小和線圈的自感系數(shù)L、交流電的頻率f有關(guān)，L越大，f越高，阻礙作用越大，故選項A、C、D錯誤，B正確2如圖所示，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1變亮，燈2變暗，燈3不變，則M、N、L中所接元件可能是()AM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C本題的具體解題流程如下：3對電容器能通交變電流的原因，下列說法中正確的有()A當(dāng)電容器接到交流電源上時，因為有自由電荷通過電容器，電路中才有交變電流B當(dāng)電容器接到交流電源上時，電容器交替進行充電和放電，電路中才有交變電流C在有電容器的交流電路中，沒有電荷定向移動D在有電容器的交流電路中，有電荷通過電容器B電容器能讓交流電通過，實際上是通過充放電來完成的，定向移動的電荷并沒有從一個極板到另一個極板，故A、C、D錯誤，B正確4音箱中有高音揚聲器和低音揚聲器，為了讓特定揚聲器得到較為純粹的高頻或低頻信號，常常借助由電容器與電感器組成的分頻器電路，信號通過圖甲和乙所示的分頻電路時，則關(guān)于揚聲器發(fā)出的聲音，下列說法中正確的是()甲乙A甲圖發(fā)出低音，乙圖發(fā)出高音B甲圖發(fā)出高音，乙圖發(fā)出低音C甲圖同時發(fā)出高音和低音D乙圖同時發(fā)出高音和低音A電容器C的作用是阻礙低頻電流通過，電感器L的作用是阻礙高頻電流通過，當(dāng)高頻和低頻交流電通入該電路，由于線圈通低頻，阻高頻，電容通高頻，阻低頻，所以甲圖發(fā)出低音，乙圖發(fā)出高音，故A正確；B、C、D錯誤- 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