人教版物理选修3-2 第5章第3节 电感和电容对交变电流的影响

人教版物理选修3-2 第5章第3节 电感和电容对交变电流的影响

第5章 第三节 电感和电容对交变电流的影响 课标定位 学习目标：1.通过实验了解电感器对交变电流的阻 碍作用，能够运用所学知识分析含有电感的简单 交变电路． 2．通过实验了解电容器对交变电流的阻碍作用， 能够分析简单交变电路中电容器的作用． 3．简单了解电感器和电容器在电工和电子技术中 的应用． 重点难点：1.交变电流“通过”电容器的原理． 2．影响容抗、感抗大小的因素． 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案第 三 节 　 电 感 和 电 容 对 交 变 电 流 的 影 响 课前自主学案 一、电感器对交变电流的阻碍作用 1．电感对交变电流的阻碍作用的大小用_____来 表示，线圈的__________越大，交变电流的_____ 越高，阻碍作用就越大，_____也就越大． 感抗 自感系数 频率 感抗 2．扼流圈是电子技术中常用的电子元件，分为 两种：一种是线圈绕在铁芯上，它的自感系数较 ____，感抗较大，叫做______扼流圈，它的作用 是_______________；另一种是线圈绕在铁氧体 芯上或空心，它的自感系数较___,感抗较小，叫 做_____扼流圈,它的作用是________________． 大 低频 通直流，阻交流 小 高频 通低频，阻高频 二、交变电流能够通过电容器 通过实验可以看到交变电流能够通过电容器，其实 自由电荷并未通过两极板间的绝缘介质，只是在交 流电压的作用下，电容器交替进行_____和_____， 电路中就有了电流． 充电 放电 三、电容器对交变电流的阻碍作用 电容对交变电流的阻碍作用的大小用______来表 示，电容器的______越大，交变电流的频率越高， 电容器对交变电流的阻碍作用就越小， ______也 就 越 小 ． 电 容 对 交 变 电 流 的 作 用 是 __________________________________． 容抗 电容 容抗 通交流，隔直流，通高频，阻低频 核心要点突破 一、电感器、电容器对交变电流的阻碍机理 1．电感器对交变电流的阻碍作用 交变电流通过线圈时，由于电流时刻在变化，线圈 中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的变化， 就形成了对交变电流的阻碍作用． 2．交变电流能够“通过”电容器 当电容器接到交流电源上时，由于两极板间的电压 变化，电压升高时，形成充电电流，电压降低时， 形成放电电流，充放电交替进行，电路中就好像交 变电流“通过”了电容器，实际上，自由电荷并没 有通过两极板间的绝缘介质． 3．电容器对交变电流的阻碍作用 电源电压推动自由电荷定向运动，而电容器两极板 上积累的电荷反抗自由电荷的定向运动，从而产生 了电容器对交变电流的阻碍作用． 特别提醒：当电容器与直流电源的两极相连接 时 ， 接 通 的 瞬 间 因 电 容 器 充 电 产 生 瞬 时 电 流．充电完毕后，电容器两极板间电压与电源 两极间电压相等，电路中没有电流． 即时应用 (即时突破，小试牛刀) 1．下列说法中正确的是(　　) A．感抗是由于电流变化时在线圈中产生了自感电 动势，阻碍电流的变化 B．感抗大小不仅与自感系数有关，还与电流的频 率有关 C．当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷 通过电容器，电路中才有交变电流 D．容抗的大小不仅与电容有关，还与电流的频率 有关． 解析：选ABD.交流电通过线圈时，由于电流时刻 变化，在线圈中产生自感电动势，自感电动势总是 阻碍电流变化，这就是产生感抗的原因，A正 确．频率越高，电流变化越快，自感电动势越大； 线圈自感系数越大，自感电动势越大，对电流的变 化阻碍作用越大，感抗越大，B正确．电容器能通 交变电流的实质是通过反复充、放电来实现的， 并无电荷通过电容器，所以C错．频率越高，充、 放电越快，容抗越小，故D对． 二、电阻、感抗、容抗的比较 电阻 感抗 容抗 产生的 原因 定向移动的 自由电荷与 不动的离子 间的碰撞 由于电感线 圈的自感现 象阻碍电流 的变化 电容器两极板 上积累的电荷 对这个方向定 向移动的电荷 的反抗作用 在电路 中的特 点 对直流、交 流均有阻碍 作用 只对变化的 电流(如交流) 有阻碍作用 不能通直流， 只能通变化的 电流 电阻 感抗 容抗 决定因素 由导体本身 (长短、粗细、 材料)决定， 与温度有关 由线圈的自 感系数和交 流电的频率 决定(成正 比) 由电容的大 小和交流电 的频率决定 (成反比) 电能的转 化与做功 电流通过电阻 做功，电能转 化为内能 电能和磁场 能往复转化 电能与电场 能往复转化 即时应用 (即时突破，小试牛刀) 2．下列说法正确的是(　　) A．电阻对直流、交流的阻碍作用相同，电流通 过电阻时，消耗电能 B．电容器接在直流电路中，因为没有电流，所 以不消耗电能，接在交流电路中，有交变电流， 所以消耗电能 C．感抗虽然对交变电流有阻碍作用，但不消耗 能量 D．感抗是线圈的电阻产生的 答案：AC 课堂互动讲练 电感器对电流的阻碍作用 图5－3－1 A．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 【思路点拨】　根据频率的变化，判断感抗的变 化，然后分析电路电流、电压及电灯功率的变 化． 【答案】　BC 【规律总结】　感抗与线圈的自感系数和交变电 流的频率成正比，交变电流频率越高，感抗越 大． 变式训练1　一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一 交流电源相连接，如图5－3－2所示．一铁块插进 线圈之后，该灯将(　　) 图5－3－2 A．变亮 B．变暗 C．对灯没影响 D．无法判断 解析：选B.加入铁芯改变了电感自感系数，自感 系数增大，感抗增大，降落的电压增大，降落在 灯上的电压减小，所以灯变暗． 如图5－3－3所示，白炽灯和 电容器串联后接在交变电源的两端, 当交流电源的频率增加时(　　) A．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 电容器对电流的阻碍作用 图5－3－3 【思路点拨】　根据频率的变化，判断容抗的变 化，然后分析电流、电压及灯泡功率的变化． 【精讲精析】　频率增大可知，容抗减小，电流 增大，电灯两端电压增大，电压表示数变小，灯 泡功率增大而变亮，故A、D项正确． 【答案】　AD 【规律总结】　电容器对交流电的阻碍作用大小 (容抗)与电容大小和交流电频率都有关．电容越大, 容抗越小，频率越高，容抗越小． 变式训练2　如图5－3－4所示，接在交流电源上 的电灯泡正常发光，以下说法正确的是(　　) A．把电介质插入电容器，灯泡变亮 B．增大电容器两板间的距离，灯泡变亮 C．减小电容器两板间的正对面积，灯泡变暗 D．使交变电流频率减小，灯泡变暗 图5－3－4 解析：选ACD.电容器的电容与介电常数成正比， 与正对面积成正比，与两板间距离成反比．而容 抗与电容成反比，与频率成反比．把介质插入电 容器，电容变大，容抗减小，灯泡变亮，A正 确．电容器两板间距离增大，电容减小，容抗增 大，灯泡变暗，B错．减小电容器两极正对面积， 电容减小，容抗增大，灯泡变暗，C正确．交流 电的频率减小，容抗增大，灯泡变暗，D正确． 电感和电容电路的综合分析 如图5－3－5所示是电视机电源部分的滤波 装置，当输入端输入含有直流成分、交流低频成 分的电流后，能在输出端得到较稳定的直流电， 试分析其工作原理及各电容和电感的作用． 图5－3－5 【自主解答】　当含有多种成分的电流输入到C1 两端时，由于C1具有“通交流、隔直流”的功能, 电流中的交流成分被衰减；而线圈L有“通直流、 阻交流”的功能，直流成分电流顺利通过L，一小 部分交流通过L；到达C2两端时，由于C2具有 “通交流、隔直流”的功能，C2进一步滤除电流 中残余的交流成分，这样在输出端得到较稳定的 直流电． 【答案】　见自主解答 【规律总结】　交流电路的分析跟直流电路的分 析有很多相似的地方，但是由于电感、电容等电 路元件自身的特点，而造成在分析电路时的不同, 要特别注意这些元件的特性． 变式训练3　(2011年潮州高二检测)如图5－3－6 所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含 高频交流，又含低频交流，L是一个25 mH的高 频扼流圈，C是一个100 pF的电容器，R是负载 电阻，下列说法正确的是(　　) 图5－3－6 A．L的作用是“通低频、阻高频” B．C的作用是“通交流，隔直流” C．C的作用是“通高频，阻低频” D．通过R的电流中，低频交流所占的百分比远 远大于高频交流所占的百分比 解析：选ACD.L是一个自感系数很小的高频扼流圈, 其作用是“通低频，阻高频”，A正确；C是一个 电容很小的电容器，在题图示电路中，对高频交流 的容抗远小于对低频交流的容抗，其作用是“通高 频、阻低频”，C正确；因电路中无直流电流，B 错误；由于L对高频交流的阻碍作用和C对高频交 流的旁路作用，使得通过R的电流中，低频交流所 占的百分比远大于高频交流的百分比，D正确．