2020高中物理5.3 电感和电容对交变电流的影响

2020高中物理5.3 电感和电容对交变电流的影响

‎5.3 电感和电容对交变电流的影响 学案（人教版选修3-2） ‎ ‎1．如图1所示，电键接直流上灯泡的亮度______(填大于、小于或等于)接到交流上灯泡亮度，说明线圈对直流电和交变电流的阻碍作用不同．‎ 图1‎ 电感对交变电流阻碍作用的大小，用__________来表示，线圈的自感系数越大，自感作用就越大，感抗就______；交变电流的频率越高，电流变化越快，自感作用越大，感抗______，电感有______________________________的作用．‎ ‎2．如图2所示，开关S接到直流电源上，观察的现象是灯泡______；接通交变电流源，观察的现象是灯泡____，说明了直流电__________电容器，交变电流能够“______”电容器．‎ 电容对交变电流的阻碍作用的大小用______来表示，电容越大，容抗就______；交变电流的频率越高，容抗______，电容器有“________________”的作用．‎ 图2‎ ‎3．电感和电容对交流电的阻碍作用的大小不但跟电感、电容本身有关，还跟交流电的频率有关，下列说法中正确的是( )‎ A．电感是通直流、阻交流，通高频、阻低频 B．电容是通直流、阻交流，通高频、阻低频 C．电感是通直流、阻交流，通低频、阻高频 D．电容是通交流、隔直流，通低频、阻高频 ‎4．如图3所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是( )‎ 图3‎ A．等于220 V B．大于220 V C．小于220 V D．等于零 ‎5．如图4甲、乙两图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上得到的电流特征是( )‎ 图4‎ A．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 ‎【概念规律练】‎ 知识点一 电感对交变电流的阻碍作用 图5‎ ‎1．如图5所示的电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零．电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝220sin 10πt V．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为25 Hz，下列说法中正确的是( )‎ A．电流表示数增大 B．电压表示数减小 C．灯泡变暗 D．灯泡变亮 ‎2．一个灯泡通过一个线圈与一交流电源相连接，如图6所示．一个铁块插进线圈之后，该灯泡将( )‎ 图6‎ A．变亮 B．变暗 C．对灯泡没影响 D．无法判断 知识点二 电容器对交变电流的阻碍作用 ‎3．如图7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的示数增加，可行的方法是( )‎ 图7‎ A．使发电机F的转速增加 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．使电容器两极板间距离增大 ‎4．如图8所示，(a)、(b)两电路是电容器的两种不同连接方式，它们各在什么情况下采用？应该怎样选用电容器？‎ 图8‎ 知识点三 电阻、电感、电容器在电路中的不同特点 ‎5．在图9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9‎ 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 ‎6．如图10所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220 V,50 Hz的交流电源，以下叙述中正确的是( )‎ 图10‎ A．改接220 V,100 Hz的交流电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变 B．改接220 V,100 Hz的交流电源时，A灯变暗，B灯变亮，C灯变亮 C．改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变 D．改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗 ‎【方法技巧练】‎ 电感、电容的处理技巧 ‎7．如图11所示，输入端ab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)( )‎ 图11‎ A．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的直流成分要大 图12‎ ‎8．如图12所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是( )‎ A．等于220 V B．大于220 V C．小于220 V D．等于零 参考答案 课前预习练 ‎1．大于 感抗 越大 越大 通低频，通直流，阻高频 ‎2．不亮 亮 不能通过 通过 容抗 越小 越小 隔直流，通交流 ‎3．C [电感线圈的作用是“通直流、阻交流，通低频、阻高频”，电容器的作用是“通交流、隔直流，通高频、阻低频”，所以C项正确．]‎ ‎4．C [电感对交变电流有阻碍作用，线圈与灯泡串联，其电压之和等于电源电压，即UL＋UR＝U，故交流电压表的示数小于220 V，C正确．]‎ ‎5．AC [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，甲图中电容器隔直流，R得到的是交流成分．A正确，B错误；乙图中电容器能通过交流高频成分，阻碍交流低频成分，R得到的是低频成分，C正确，D错误．]‎ 课堂探究练 ‎1．C [根据所加的交流电u＝220sin 10πt V，可知ω＝10π，由ω＝2πf可得f＝5 Hz.若只将电源的频率改为f′＝25 Hz，则可知电感线圈对交变电流的阻碍作用变大，即感抗变大，电感线圈跟灯泡串联，由串联分压原理知，线圈两端电压变大，所以电压表示数变大，电流表示数变小，灯泡变暗．]‎ 点评 电感线圈对交变电流的阻碍作用跟交变电流的频率有关：频率越高阻碍作用就越大．‎ ‎2．B [加入铁芯改变了电感线圈的自感系数，自感系数增大，感抗增大，降落在电感线圈上的电压增大，降落在灯上的电压减小，所以灯变暗．]‎ 点评 电感线圈的自感系数与线圈大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关．加入铁芯后，自感系数增大，自感系数增大，对交流的阻碍作用变大．‎ ‎3．A [当发电机转速增加时，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；使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，对交变电流的阻碍作用增大，电流表A示数减小，C、D两项均错误．故正确答案为A.]‎ 点评 容抗由电容和交流电的频率来决定．电容越大，容抗越小，交流电的频率越高，容抗越小．‎ ‎4．见解析 解析 (a)C1起隔直的作用，对下级输出的是交流，应选用电容较大的电容器．(b)C2起过滤高频的作用：若对下级输出直流，C2选用容量大的；若对下级输出低频，C2选用容量小的．‎ 图中的C1串联在电路中，它的作用是“通交流、隔直流”，为了使交流成分都能顺利地通过，容抗必须较小，应选用电容较大的电容器．‎ 图中的C2并联在电路中，如果输入端输入的电流中包含有高频和低频两种交流成分，该电容器的作用是“通高频、阻低频”，即对高频电流起旁路作用，而让需要的低频信号输入到下一级，一般取电容较小的电容器；如果输入的电流是直流和交流两种成分，该电容器的作用是滤去交流成分，把直流成分输入到下一极，这时要选用电容较大的电容器．‎ 另外，选用电容器还须注意它的耐压值，以防被击穿．‎ 点评 交流电路中常包含有直流成分和交流成分，电容器在电路中有“通交流、隔直流”或“通高频、阻低频”的作用．‎ ‎5．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，在题图所示电路中，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．]‎ 点评 (1)电阻对交流、直流有相同的阻碍作用，交变电流频率变化时，阻碍作用不变．‎ ‎(2)电感线圈通直流阻交流，通低频阻高频．‎ ‎(3)电容器通交流隔直流，通高频阻低频．‎ ‎6．AC [电源由“220 V,50 Hz”改为“220 V,100 Hz”时，由XL＝2πfL，XC＝可知XL变大，XC减小，A变亮，B变暗，C不变，A对，改接220 V直流电源时，电容器处于断路，A灯熄灭，C灯亮度不变，由于L对直流没有感抗，所以B灯变亮，C对．]‎ 点评 ‎ 交流电频率变大时，感抗变大，容抗变小，电阻不受影响；电感对直流的阻碍作用几乎为零，电容不通直流．‎ ‎7．CD [由于线圈直流电阻不为零，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；因为一般导线的直流电阻都很小，所以通过线圈的直流要比通过R的要大，D正确．]‎ 方法总结 当电感线圈对直流电阻很小时，在直流电路中可做为一个小电阻来理解，当电感线圈对直流电阻为零时，在直流电路中可做为一根导线来理解．‎ ‎8．C [虽然交变电流能通过电容器，但也受到阻碍作用，电容器与电阻串联，根据分压原理可知电阻两端的电压小于电源电压，电压表测的是电阻两端的电压，C正确．]‎ 方法总结 电容对直流有“隔断”作用，对交流有阻碍作用，当交流电“通过”时，电容器两端也有电压．‎