2022-2023年高考物理一轮复习 电感和电容对交变电流的影响 (2)

电感和电容对交变电流的影响\n\n2．感抗(1)物理意义：表示电感器对__________阻碍作用的大小的物理量．(2)影响因素：线圈的___________越大,交流的_____越高,感抗越大．(3)应用：扼流圈低频扼流圈：可以用来“通_____,阻______”．高频扼流圈：可以用来“通______,通______,阻_____”．交变电流自感系数频率直流交流直流低频高频\n电感线圈对交变电流的阻碍作用为什么随线圈的自感系数、交变电流的频率的增大而增大呢？【提示】电感线圈的阻碍作用是由交变电流通过线圈时产生的自感电动势引起的,自感系数越大时产生的自感电动势也越大；交变电流的频率越高,电流的变化率也越大,感应电动势也就越大,所以阻碍作用就越大,感抗也就越大．\n1．电感对交变电流阻碍作用越大,感抗就越小．()2．交流电的频率越高,电感对交流的阻碍作用越大．()3．电感线圈之所以对交变电流有阻碍作用,是由于自感电动势总是阻碍电流的变化．()√√×\n1．交变电流能通过电容器(1)实验电路(如图531)图531\n(2)实验目的：了解并验证电容器对交变电流的阻碍作用．(3)实验方法：把白炽灯和电容器串联起来,先把它们接到直流电源上,再把它们接到交流电源上,观察灯泡的发光情况．把电容器从电路中取下来,使灯泡直接与交流电源相连,再观察灯泡的发光情况．\n(4)实验现象接到______上的灯泡不亮,接到______上的灯泡亮．把电容器从电路中取下来,使灯泡直接与交流电源相连,灯泡要比接有电容器时___．(5)实验结论①_________能够“通过”电容器,_____不能通过电容器．②电容器对_________有______作用．直流交流亮交变电流直流交变电流阻碍\n2．电容器对交变电流的阻碍作用(1)容抗：表示电容器对______阻碍作用的大小．(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容______,交流的频率_____,容抗越小．(3)电容器特点：“通交流、隔直流；通高频、阻低频”．交流越大越高\n感抗的实质是由线圈的自感现象引起的,那么,电容器对交变电流阻碍作用的实质是什么呢？【提示】当交变电流“通过”电容器时,给电容器充电或放电,形成充电或放电电流,在形成电流的过程中,对自由电荷来说,当电源的电压推动它们向某一方向做定向移动时,电容器两极板上积累的电荷却反抗它们向这个方向做定向移动,也就是说在给电容器充电或放电过程中,在电容器两极板形成跟原电压相反的电压,这就对电流产生了阻碍作用．\n1．电容器在交变电路中,相当于一个电阻,具有分压作用．()2．电容器接到交流电源时,有自由电荷通过电容器．()3．电容器是通直流、阻交流,通高频、阻低频．()××√\n学生分组探究一电感器和电容器对交变电流的阻碍作用第1步探究——分层设问,破解疑难1．交流电路和直流电路中阻碍电流大小的因素分别有哪些？【提示】在直流电路中,受电阻的阻碍作用,在交流电路中除了电阻外,还受电感器和电容器对交变电流的阻碍作用．\n2．交变电流的频率越高,电感器、电容器、电阻对电流的阻碍作用会怎样变化？【提示】交变电流的频率越高,感抗越大,容抗越小,电阻值不变．\n第2步结论——自我总结,素能培养1．电阻、感抗、容抗的区别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向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、交流均有阻碍作用对交流有阻碍作用对直流的阻碍作用无限大,对交流的阻碍作用随频率的降低而增大\n决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定,与温度有关由线圈本身的自感系数和交流的频率f决定由电容的大小和交流的频率f决定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\n2.交变电流能够“通过”电容器的理解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．\n第3步例证——典例印证,思维深化(多选)在如图532所示的电路中,L为电感线圈,R为灯泡的电阻,电流表内阻为零,电压表内阻无限大,交流电源的电压U＝220sin100πt(V)．若保持电源电压有效值不变,只将电源频率改为100Hz,下列说法正确的是()\nA．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】解答本题时应把握以下两点：(1)感抗与交变电流的频率的关系．(2)串联电路的电压关系．\n在电压不变的情况下,电路中的电流减小,选项A错误；灯泡的电阻R是一定的,电流减小时,实际消耗的电功率(P＝I2R)减小,灯泡变暗,选项C正确,D错误；\n电压表与电感线圈并联,其示数为线圈两端的电压UL,设灯泡两端电压为UR,则电源电压的有效值为U＝UL＋UR,由于因UR＝IR,由于电流I减小,故UR减小,因电源电压有效值保持不变,故UL＝(U－UR)增大,选项B正确．【答案】BC\n如图533所示白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端,当交流电源的频率增大时()A．电容器电容增大B．电容器电容减小C．电灯变暗D．电灯变亮\n【思路点拨】(1)电容器的容抗与交变电流的频率有关．(2)频率增大时,容抗减小．【解析】电容器的电容是由电容器本身的特性决定的,与外加的交流电源的频率无关,故选项A和B是错误的．当交流电源的频率增加时,电容器充、放电的速度加快,电容器的容抗减小,电流增大,电灯变亮．【答案】D\n电容器、电感器、二极管的导电性能它们的导电特性不同,接不同的电源电压,就会产生不同的现象,应根据它们的特性和所加的电压逐一判断发生的现象．\n第4步巧练——精选习题,落实强化图5341．一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接,如图534所示．一铁棒插进线圈之后,该灯将()A．变亮B．变暗C．没有影响D．无法判断\n【解析】在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势,总是反抗电流的变化．正是这种反抗变化的特性(电惰性),使线圈产生了感抗．加入铁芯改变了电感的自感系数,自感系数增大,感抗增大,降落的电压增大,灯泡上的电压减小,所以灯变暗．故B正确．【答案】B\n2.图535如图535所示的电路中,正弦式电流源电压的有效值为220V,则关于交流电压表的示数,以下说法中正确的是()A．等于220VB．大于220VC．小于220VD．等于零\n【解析】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．【答案】C\n学生分组探究二电感器、电容器在交变电路中的应用第1步探究——分层设问,破解疑难1．使用220V交流电源的电气设备和电子仪器,金属外壳和电源之间都有良好的绝缘,但是有时用手触摸外壳时会有“麻手”的感觉,用试电笔测试时氖管也会发光,这是为什么呢？采用什么措施可解决这一问题？\n【提示】与电源连接的机芯和金属外壳构成一个电容器,交变电流能够通过这个电容器,也就是说机芯、外壳间始终在进行着充放电,所以能感觉到“漏电”．解决方案就是金属外壳接地,其实现在生产的电气设备都增加了接地线．\n2．试分析电容器的电容C与容抗的定性关系,若要通高频阻低频,应选用电容C大些的还是小些的电容器？【提示】电容器的电容C越大,充放电显示的容抗越小,若要通高频阻低频,则电容器的容抗在低频时应表现很大,应选用电容C较小的电容器．\n第2步结论——自我总结,素能培养1．电感器的作用(1)低频扼流圈：可起到“通直流、阻交流”的作用．(2)高频扼流圈：可起到“通直流、通低频,阻高频”的作用．\n2．电容器的作用图536(1)隔直电容器,如图536所示．作用是“通交流、隔直流”,因为直流不能通过电容器,交流能“通过”电容器．起这样作用的电容器电容要大些．\n图537(2)高频旁路电容器,如图537所示,作用是“通高频、阻低频”,因为对不同频率的交流电,频率越高,容抗越小,频率越低,容抗越大,即电容对低频交变电流阻碍作用大,对高频交变电流阻碍作用小,起这样作用的电容器电容要小些．\n3．电感器和电容器的组合作用图538(1)如果将电容器与负载并联,然后与电感线圈串联,就能更好地起到滤掉电流中交流成分或高频成分的作用,如图538所示．\n图539(2)如果将电感线圈与负载并联,然后与电容器串联,就能更好地起到滤掉电流中直流成分或低频成分的作用,如图539所示．\n第3步例证——典例印证,思维深化图5310在收音机线路中,经天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分,经放大后送给下一级,需要把低频成分和高频成分分开,只让低频成分输入给下一级,我们采用了如图5310所示的装置电路,其中代号a、b应选择的元件是()\nA．a是电容较大的电容器,b是低频扼流圈B．a是电容较大的电容器,b是高频扼流圈C．a是电容较小的电容器,b是低频扼流圈D．a是电容较小的电容器,b是高频扼流圈【思路点拨】搞清a、b处元件应起的作用,是正确选择元件的关键．\n【解析】电容器具有“通高频、阻低频”作用,这样的电容器电容应较小,故a处是电容较小的电容器．电感线圈在该电路中要求做到“通低频、阻高频”,所以b处应接一个高频扼流线圈．【答案】D\n第4步巧练——精选习题,落实强化图5311如图5311所示的电路中,当在a、b两端加上直流电压时,L1正常发光,L2不亮；当在a、b两端加上同样的交变电压时,L1发光亮度变暗,L2正常发光,则A、B分别为________和________．\n【解析】本题考查电感器、电容器对交变电流的作用的逆向推导．在a、b两端加上直流电压时,L2不亮,说明B中元件不让直流通过,故B中元件应为电容器；在a、b两端加上直流电压时,L1正常发光,当在a、b两端加上同样的交流电压时,L1发光亮度变暗,说明A中元件对交变电流的阻碍作用大于对直流的阻碍作用,所以应为电感线圈．【答案】电感线圈　电容器\n电感器和电容器的组合电路问题1．电感器、电容器接到交流电源上时,电能与磁场能或电场能往复转化,所以电感器、电容器上不会消耗电能,而电流通过电阻时,必然会产生焦耳热,使部分电能转变为内能,从而造成电能的损耗．\n2．在直流电路中,电流的大小由电压和电阻决定,而在交流电路中,决定电流大小的除了电压和电阻,还与电感器和电容器对交变电流的阻碍作用有关,电路中的电感器和电容器两端均有电压,在交流的频率不变时,纯电感器电路和纯电容器电路中,电流大小跟电压成正比．\n在频率为f的交变电流电路中,如图5312所示,当开关S依次分别接通R、C、L支路,这时通过各支路的电流有效值相等．若将交变电流的频率提高到2f,维持其他条件不变,则下列几种情况不可能的是()A．通过R的电流有效值不变B．通过C的电流有效值变大C．通过L的电流有效值减小D．通过R、C、L的电流有效值都不变\n【思路点拨】正确区分电阻、感抗、容抗的概念是解决本题的关键．\n【答案】D\n[先看名师指津]电阻、电感、电容器在交流电路中的作用不同,电阻对所有电流阻碍作用相同,阻碍的结果是电能转化为内能；纯电感线圈、电容器对交流的阻碍作用与频率有关,阻碍的结果是电能和磁场能、电场能相互转化．\n[再演练应用]如图5313所示,线圈的自感系数L和电容器的电容C都很小(L＝1mH,C＝200pF),此电路的重要作用是()\nA．阻直流通交流,输出交流B．阻交流通直流,输出直流C．阻低频通高频,输出高频交流D．阻高频通低频,输出低频交流和直流\n【解析】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、阻直流,通高频、隔低频”．因为线圈自感系数L很小,所以它的主要功能就是通直流,通低频,阻高频,这样,直流和低频成分能顺利通过线圈；电容器并联在电路中,因电容C很小,对低频成分和直流的阻碍作用很大,而对部分通过线圈的高频成分阻碍作用很小,这样最终输出的是低频交流和直流．【答案】D