2022-2023年高考物理一轮复习 电容器和电感器在交流电路中的作用(1)

4电容器在交流电路中的作用5电感器在交流电路中的作用\n发光通过\n\n大大大阻碍作用阻碍作用电容频率交变电流\n隔直流交流直流高频旁路高频低频\n发光亮度变暗阻碍作用\n2．探究实验①把带铁芯的电感器L和灯泡D串联接在交流电源的两端,如图2－4、5－5所示．闭合开关S,观察灯泡发光的亮度．②用导线把电感器L两端短路,观察灯泡亮度有什么变化．③把电感器的铁芯抽出,再闭合开关S,观察灯泡的亮度变化情况．④保持其他条件不变,换用匝数不同的电感器,观察亮度的变化．\n⑤改用交流信号发生器作为电源,如图2－4、5－6所示．闭合开关S,调节信号发生器输出的信号电压,使灯泡D发出不太强烈的光,然后保持电源输出的电压不变而改变信号的频率,观察频率升高或降低时灯泡亮度的变化．\n大大小小阻碍作用阻碍作用自感系数频率\n3．感抗的应用类型区别低频扼流圈高频扼流圈自感系数感抗大小作用通、阻.通、通、阻.较大较大较小较小直流低频直流高频交流\n一、电阻、电感、电容对电流的阻碍作用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、交流都有阻碍作用只对变化的电流有阻碍作用,如果电流不变,则相当于一个电阻起的作用不能通直流,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着频率的增加而降低\n续表决定因素由导体本身(长短、粗细、材料,与温度有关)决定由导体本身的自感系数和交流电的频率决定由电容的大小和交流电的频率决定电能的转化和做功电流通过电阻做功,电能转化为内能电能和磁场能的往复转化电能和电场能的往复转化\n特别提醒电感、电容接到交流电源上时,电能与磁场能或电场能往复转化,所以电感、电容上不会消耗电能,而电流通过电阻时,必然会产生焦耳热,从而造成电能的损耗．\n二、容抗和感抗的形成1．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,电容器极板上的电荷量增加,形成充电电流,电压降低时,电容器极板上的电荷量减少,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．\n2．容抗的形成当交变电流“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的时候,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,在电容器两极形成跟原电压相反的电压,这就对电流产生了阻碍作用,即形成容抗．3．感抗的形成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,因此,感抗的实质是由线圈的自感现象引起的．直流电通过线圈时,电流的大小、方向都不变,线圈中不产生自感电动势,也就没有感抗．\n三、电容器、电感器的应用1．电容器的应用(1)隔直电容器图2－4、5－7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．\n(2)高频旁路电容器图2－4、5－7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级,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．\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,可以将两者结合到一起来完成一定的任务．\n(1)如果将电容与负载并联,然后与电感串联,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2－4、5－8所示．(2)如果将电感与负载并联,然后与电容串联,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2－4、5－9所示．\n【典例1】如图2－4、5－10所示,电路中完全相同的三只灯泡a、b、c分别与电阻R、电感L、电容C串联,然后再并联到220V、50Hz的交流电路上,三只灯泡亮度恰好相同．若保持交变电压不变,将交变电流的频率增大到60Hz,则发生的现象是()．A．三灯亮度不变B．三灯均变亮C．a不变、b变亮、c变暗D．a不变、b变暗、c变亮\n解析此题考查电容、电感对交变电流的影响,也就是容抗、感抗与交变电流的关系．当交变电流的频率变大时,线圈的感抗变大,电容器的容抗变小,因此c变亮,b变暗．又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用,故a灯亮度不变,所以选D.答案D借题发挥电容器和电感器在电路中的性能可概括为：(1)电容器：隔直通交,阻低通高．(2)电感器：通直阻交、通低阻高．\n【变式1】如图2－4、5－11所示,在电路两端接上交流电,保持电压不变,使频率增大,发现各灯的亮暗变化情况是：灯1变暗,灯2变亮,灯3不变,则M、N、L所接元件可能是()．A．M为电阻,N为电容器,L为电感B．M为电阻,N为电感,L为电容器C．M为电感,N为电容器,L为电阻D．M为电容器,N为电感,L为电阻解析由题意可知,当交流电频率变大时,灯1中的电流减小,灯2中的电流变大,而灯3中的电流不变,故知M为电感线圈,N为电容器,L为电阻．答案C\n【典例2】如图2－4、5－12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＝220sin100πt(V)．若保持电源电压的有效值不变,只将电源频率改为100Hz,下列说法正确的有()．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\n解析由交流电压的瞬时值表达式可知电源频率原为50Hz,当变为100Hz时,线圈的感抗增大,电路中电流减小,则电流表示数减小,所以选项A错误；因为流过灯泡的电流减小,所以灯泡应该是变暗,即选项C正确、选项D错误；又电压表所测量的是线圈两端电压,而UL＝U－UR,因U不变,灯泡两端的电压UR＝IR减小,所以UL增大,所以选项B也是正确的．答案BC借题发挥解答此类题目的关键是：(1)电感线圈的感抗在自感系数不变的情况下与频率成正比．(2)能够正确判断出电压表、电流表所测量的元件及电路的连接方式．\n【变式2】如图2－4、5－13所示的电路中,正弦交流电源电压的有效值为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开拓视野线圈在电风扇调速器中的应用实际应用题除了考查对所学知识的理解能力、掌握程度外,还考查了对知识的应用能力,对这种题目一定要明确现象或问题产生的原因,从现象中认清本质,然后选择与之相关的知识去解决．\n【典例3】如图2－4、5－14所示是一种电风扇调速器的结构示意图．在一个条形的铁芯上绕了数百匝线圈,每隔数十匝有一抽头接到触点2～5上．由图可知,触点0是断路的,触点1不经线圈直接通电,电风扇的转速最高；触点5连的线圈匝数最多,转速最低．试简述其工作原理,并分析这样调速相对于用串联电阻方式调速有什么优势？\n解析调速器通过选择开关接到线圈的不同抽头上,连入电路的匝数不同,使线圈的自感系数发生变化,感抗也发生变化,从而控制电风扇的电流,调节电风扇的转速．这样调速相对于串联电阻方式调速消耗电能少．答案见解析\n\n解析长直导线的自感系数很小,感抗可忽略不计,其对交变电流的阻碍作用可以看作是纯电阻,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,对交变电流不但有电阻,而且有感抗,阻碍作用增大,电流减小．答案B\n2．如图2－4、5－15所示交流电源的电压有效值跟直流电源的电压相等,当将双刀双掷开关接到直流电源上时,灯泡的实际功率为P1,而将双刀双掷开关接在交流电源上时,灯泡的实际功率为P2则()．A．P1＝P2B．P1＞P2C．P1＜P2D．不能比较解析接在直流电源上,线圈对直流没有阻碍作用,电能全部转化为小灯泡的内能,而当接至交流电源上时,线圈对电流有阻碍作用,因此电能除转化成灯泡的内能外,还有一部分电能转化为磁场能,故P1＞P2.答案B\n3．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2－4、5－16装置电路,其中代号a、b应选择的元件是()．A．a是电容较大的电容器,b是低频扼流线圈B．a是电容较大的电容器,b是高频扼流线圈C．a是电容较小的电容器,b是高频扼流线圈D．a是电容较小的电容器,b是低频扼流线圈含电容、电感电路的分析\n解析电容器具有通高频、阻低频作用,这样的电容器应较小,故a处应接一个电容较小的电容器．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C\n4.如图2－4、5－17所示,白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端,当交变电源的频率增加时()．A．电容器电容增加B．电容器电容减小C．电灯变暗D．电灯变亮解析电容器的电容是由电容器本身的特性所决定的,与外加的交变电源的频率无关,选择A和B是错误的．当交变电源的频率增加时,电容器充放电的频率加快,电容器的容抗减小,电流增大,电灯变亮．答案D\n5.如图2－4、5－18所示,输入端a、b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,但小于R)()．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的直流成分必定要大解析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,因为线圈的电阻小于R,所以通过线圈的直流要比通过R的要大,D正确．答案CD