2022-2023年高考物理一轮复习 电感和电容对交变电流的影响

电感和电容对交变电流的影响\n1．实验探究如图5－3－1所示,取直流电源电压与交流电源电压有效值相等.图5－3－1\n(1)实验目的：了解并验证电感线圈对交变电流的阻碍作用.(2)实验现象：接通直流电源时,灯泡亮些；接通交流电源时,灯泡暗些.(3)实验结论：电感线圈对交变电流有阻碍作用.2．感抗(1)物理意义：表示电感的大小.(2)影响感抗大小的因素：线圈的自感系数,交流的频率,感抗越大.对电流的阻碍作用越大越高\n3．感抗的应用类型区别低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大较小感抗大小较大较小作用通、阻通、通,阻直流交流低频直流高频\n1．电感器对交变电流的阻碍作用的成因通过线圈的电流大小和方向变化,都会引起通过线圈的磁通量发生变化,从而产生感应电动势,这种现象就是自感现象.根据楞次定律,自感电动势所引起的感应电流总是要使它产生的磁场阻碍线圈内原有磁场的变化,所以自感电动势对线圈中电流的变化有阻碍作用,这样就形成了对交变电流的阻碍作用,电感对交变电流阻碍作用的大小就称为感抗.\n\n1．关于电感器对交变电流的影响的说法,正确的是()A．电感器对交变电流无阻碍作用B．电感器对交变电流阻碍作用的大小叫感抗C．电感器对某一频率的交变电流的阻碍作用跟线圈的自感系数无关D．线圈的自感系数越大,交变电流的频率越高,电感对交变电流的阻碍作用就越大\n解析：电感对交流电有影响,其阻碍作用的大小和线圈的自感系数L、交流电的频率f有关,L越大,f越高,阻碍作用越大,故选项A、C错,B、D正确.答案：BD\n1．交变电流能够通过电容器(1)实验电路(如图5－3－2所示)图5－3－2\n(2)实验现象：电路中串有电容器时,接通电源,灯泡不亮,接通电源,灯泡亮.(3)实验结论：能够通过电容器,不能通过电容器.2．电容器对交变电流的阻碍作用(1)容抗：表示电容对阻碍作用的大小.(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容,交变电流的频率,容抗越小.(3)应用：电容器具有“隔直流,通交流”的作用.直流交变电流直流交变电流越大越高交流\n1．电容器对交变电流的阻碍作用的成因分析(1)交变电流“通过”电容器：电容器是由两块彼此绝缘的导体构成的,因此直流电不能通过电容器,而交变电流却能“通过”电容器,原因是什么呢？原来自由电荷实际上并没有通过电容器的电介质,只不过在交变电压的作用下,当电源电压升高时,电容器充电,电荷在电容器的极板上集聚,形成充电电流；当电源电压降低时,电容器放电,电荷从电容器的极板上放出,形成放电电流.电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,表现为交变电流“通过”了电容器.\n(2)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移动时,电容器极板上积累的电荷会阻碍自由电荷向此方向做定向运动,这就产生了电容器对交变电流的阻碍作用.(3)决定容抗的两个因素：交流电的频率和电容器的电容.\n(4)电容器在电路中的作用：交变电流的频率越高,电容器充电时集聚的电荷相对较少,对电荷运动的阻碍作用越小,容抗也越小.同理,电容器的电容越大,容纳电荷的本领越大,充放电时所受的阻碍越小,容抗也就越小,所以电容有“通交流,隔直流,通高频,阻低频”的作用.\n2．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向这个方向定向移动的电荷的反抗作用\n电阻感抗容抗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,如交变电流有阻碍作用不能通直流,只能通变化的电流.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,与温度有关由线圈本身的自感系数和交流的频率决定由电容的大小和交流的频率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．对交变电流能够通过电容器的正确理解是()A．在有电容器的交流电路中,没有电荷定向移动B．在有电容器的交流电路中,有电荷定向移动C．当电容器接到交变电源上时,电容器交替进行充、放电,电路中才有交变电流D．当电容器接到交变电源上时,因为有自由电荷通过电容器,电路中才有交变电流\n解析：交变电流能够通过电容器,是通过电容器交替充、放电而进行的,实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质,故C对,D错；既然电容器交替充、放电,电路中就有了电荷的定向移动,故B对,A错.答案：BC\n1.电容器的应用(1)隔直电容器,如图5－3－3所示.作用是“通交流、隔直流”,因为直流电不能通过电容器,交流电能“通过”电容器.起这样作用的电容器电容要大些.图5－3－3\n(2)高频旁路电容器,如图5－3－4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.图5－3－4\n2．电感器的应用(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.3．电感和电容的组合应用根据电感、电容对交变电流阻碍作用的特点,可以将二者结合到一起来完成一定的任务.\n(1)如果将电容器与负载并联,然后与电感线圈串联,就能更好的起到滤掉电流中交流成分或高频成分的作用,如图5－3－5所示.图5－3－5(2)如果将电感线圈与负载并联,然后与电容器串联,就能更好的起到滤掉电流中直流成分和低频成分的作用,如图5－3－6所示.图5－3－6\n3．用电压表检查如图5－3－7所示的电路中的故障,测量Uad＝5.0V,Uab＝0,Ubc＝5.0V,Ucd＝0.则电路故障可能是()A．滑动变阻器R1断路B．电容器C被击穿C．电阻R2断路D．电感线圈L断路图5－3－7\n解析：当用电压表去判断电路故障时,如果电压表的两接线柱能与电源的两极接通,而与电压表两接线柱相并联的那部分电路没有完全短路,电压表就会有示数.即当电压表有示数时,电源两极与电压表两接线柱间的电路无断点.由题意Uad＝Ubc＝5.0V可知ab、cd间为通路,A、C错误；若电容器被击穿,则Ubc将为零,B错误.故正确答案为D.答案：D\n\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)闭合电路的电压关系.\n[答案]BC\n[借题发挥]直流电阻不计的线圈对直流电无阻碍作用相当于短路,对交流电有阻碍作用,因而使电流减小,加在电路其他部分的电压也减小,且减小量与线圈两端电压相等.\n1．交变电流通过一段长直导线时,电流为I,如果把这根长直导线绕成线圈,再接入原电路,通过线圈的电流为I′,则()A．I′＞IB．I′＜IC．I′＝ID．无法比较\n解析：长直导线的自感系数很小,其对交变电流的阻碍作用可以看做是纯电阻,流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用.当导线绕成线圈后,电阻值未变,但自感系数增大,对交变电流的阻碍作用不但有电阻,而且有线圈的阻碍作用(感抗),阻碍作用增大,电流减小.答案：B\n[例2]如图5－3－9所示,交流电源的电压(有效值)U＝220V,频率f＝50Hz,3只灯泡L1、L2、L3的亮度相同(L无直流电阻),若将交流电源的频率变为f＝100Hz,电压不变,则()A．L1灯比原来亮B．L2灯比原来亮C．L3灯和原来一样亮D．L3灯比原来亮图5－3－9\n[思路点拨]根据电容器、电感和电阻对电流的作用特点判断灯泡的亮、暗变化.[解析]当将交流电源的频率换为f＝100Hz时,交流电源的频率变大,根据电容器、电感和电阻对电流作用的特点可知电容器的容抗减小,对电流的阻碍作用减弱,L1中的电流增大,L1变亮,A项正确；电感的感抗增大,对电流的阻碍作用增强,L2中的电流减小,L2变暗,B项错误；电阻的阻值不变,通过L3的电流也不变,亮度和原来一样,C项对D项错.[答案]AC\n[借题发挥](1)电阻的大小与交变电流的频率无关.(2)感抗的大小随交变电流频率的增大而增大.(3)容抗的大小随交变电流频率的增大而减小.\n2．如图5－3－10所示,三个灯泡相同,而且足够耐压,电源内阻忽略.单刀双掷开关S接A时,三个灯亮度相同,那么S接B时()A．三个灯亮度相同B．甲灯最亮,丙灯不亮C．甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮D．只有丙灯不亮,乙灯最亮图5－3－10\n解析：开关S接A时,甲、乙、丙三个支路均有交流电通过.开关S接B时,电路处于直流工作状态,电容器C“隔直流、通交流”；电感线圈L“阻交流、通直流”；R对交流和直流有相同的阻抗.可判断此时电路中I丙＝0,I甲不变,I乙增大；又因为灯泡亮度与电功率(P＝I2R)成正比,所以只有丙灯不亮,乙灯最亮.答案：D\n[例3]如图5－3－11所示,线圈的自感系数L和电容器的电容C都很小(如L＝1mH,C＝200pF),此电路的重要作用是()A．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图5－3－11\n[思路点拨]根据电感和电容对交流中的高频成分和低频成分的阻碍作用不同来分析.[解析]因线圈自感系数L很小,所以对低频成分的阻碍作用很小,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,起旁路作用,因电容C很小,对低频成分的阻碍作用很大,而对部分通过线圈的高频成分阻碍作用很小,被它旁路,最终输出的是低频交流和直流.[答案]D\n[借题发挥]把电感器和电容器连接在同一个电路中,可以得到电流中的不同成分(如直流成分、高频成分、低频成分),此时,电感器和电容器就相当于不同电流成分的筛选器.\n3．某信号源中有直流成分、交流高频成分和交流低频成分,为使放大器仅得到交流低频成分,如图5－3－12所示电路中可行的是()图5－3－12\n解析：信号中含有三种成分,去掉直流成分用隔直电容即可,因此排除A、B.而C中交流高、低频成分均进入放大器,需加入另一旁路电容C2,所以D项正确.答案：D