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

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\n1.基本知识(1)电容器对交流电的导通作用①实验电路(如图2－4－1)电容器在交流电路中的作用图2－4－1\n②实验现象：电路中串有电容器时,接通______电源,灯泡不亮；接通______电源时,灯泡亮．③实验结论：_________能够通过电容器,_______不能通过电容器．④电容器导通交流电的实质电容器接入交变电路时,使电容器反复地______和_______,使电路中形成交变电流．直流交流交变电流直流电充电放电\n(2)电容器对交流电的阻碍作用①容抗：电容器对交流电的_______作用称为容抗．②容抗大小的影响因素阻碍越小越低③电容的作用：___交流,__直流,通_____,阻____．通阻高频低频\n(3)电容器在电子技术中的应用①隔直电容：利用了电容器________、________的性质．只让交流信号通过而直流成分不能通过．如图2－4－2甲所示．②旁路电容：利用了电容器对______电流阻碍小而对_______电流阻碍作用大的特性．低频信号不能通过而高频干扰信号可以通过,如图2－4－2乙所示．通交流隔直流高频低频\n甲　　　　　　　　　乙图2－4－2\n2．思考判断(1)对于同一个电容器,容抗可以发生变化．(√)(2)在有电容器的交流电路中,没有电荷通过电容器．(√)(3)电容器的电容越大,容抗越大．(×)3．探究交流电阻、容抗对电流的阻碍作用相同吗？【提示】不同．电阻对直流电和交流电的阻碍作用相同,与交流电的频率无关；而容抗对交流电的阻碍作用与交流电的频率有关,频率越高,阻碍作用越小.\n1.基本知识(1)电感器对交流电的阻碍作用①感抗：表示电感器对交流电__________的大小．②感抗的形成原因交流电通过线圈时,由于____作用产生了__________,自感电动势要阻碍电流的______,这样就形成了对电流的阻碍作用．电感器在交流电路中的作用阻碍作用自感自感电动势变化\n③影响感抗大小的因素线圈的______(即___________)越大,交流电的_____越高,对交流电的阻碍作用______,即感抗越大．感抗大小的公式是XL＝2πfL.电感自感系数L频率越大\n(2)电感器在电子技术中的应用①低频扼流圈特点：电感_____、电阻_____,感抗_____．对_____交流电产生较大的感抗．作用：可用来“_______、________”．②高频扼流圈特点：匝数较___,自感系数______,感抗____,对_______交流电产生较大的感抗．作用：“________、________”．较大较小较大低频通直流阻交流少较小小高频通低频阻高频\n2．思考判断(1)电感器的感抗只由线圈本身决定．(×)(2)电感器对直流电的阻碍作用也较大．(×)(3)电感器对直流没有阻碍作用,对所有交流电的阻碍作用都一样．(×)3．探究交流电容器、电感器对交流电的阻碍作用的实质是什么？【提示】电容器阻碍作用的实质是：由于极板充电带电荷后,会产生阻碍电流的反向电压,形成容抗．电感器阻碍作用的实质是：由于交变电流通过线圈时,线圈中产生了自感电动势,从而阻碍了电流的变化,形成感抗.\n【问题导思】1．交变电流是如何“通过”电容器的？2．为什么电容器对电流“通过”也有阻碍作用？3．电容器的容抗与哪些因素有关？电容器对交变电流的导通和阻碍作用分析\n1．交变电流“通过”电容器电容器两极板间是绝缘材料,当电容器接到交流电源上时,自由电荷不会通过两极板间的绝缘电介质,只不过在交变电压的作用下,电容器交替进行充电和放电,电路中就有电流了,表现为交变电流“通过”了电容器．2．电容器对电流阻碍的原因电容器充电的过程中,电容器两极板上聚集着等量异种电荷,从而在两极板间存在着电场,此电场的电场力阻碍着电荷的继续聚集,其表现就是电容器在交变电流通过时的阻碍作用．\n3．影响电容器容抗的因素影响电容器的容抗有两个因素,一是电容器的电容,二是交变电流的频率．电容器的电容越大,电容器容纳电荷的本领就越大,即在容纳相同电荷的情况下,电容大时电压小,电场力对电荷充电时受到的阻碍作用力就小,所以容抗就小．交变电流的频率高时,充电和放电的时间就短,相同电路电容器上聚集的电荷就少,电容器所达到的电压就小,排斥充电和放电的电场力就小,从而阻碍作用就小,容抗就小．\n1．电容器能通交变电流的原因,是电容器不断的充电和放电形成的,面不是电荷真的穿过了电容器．2．电容器的容抗不仅与电容器的电容有关还与电流有关,相同的电容器,通过的电流的频率越高容抗越小．3．电容器有“通高频、阻低频,通交流、隔直流”的作用．\n如图2－4－3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【审题指导】审题时应注意以下问题：(1)电容器电容的决定因素．(2)电容器对交变电流有什么阻碍作用．图2－4－3\n【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,选项A和B是错误的．当交变电源的频率增加时,电容器充放电的速度加快,电容器的容抗减小,电流增大,电灯变亮．【答案】D\n1．电容器通交变电流的实质是充放电．2．决定容抗大小的因素：电容器电容的大小和电源的频率．交变电流的频率越高,容抗越小；交变电流的频率越低,容抗越大．\n1．在如图2－4－4所示电路中,u是有效值为220V的交流电源,C是电容器,R是电阻．关于交流电压表的示数,下列说法正确的是()A．等于220VB．大于220VC．小于220VD．等于零图2－4－4\n【解析】交变电流“通过”电容器,电阻R中有电流,电压表的示数不为零；电容器与电阻串联,根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压,而电压表测量的电阻两端的电压,故选项C正确．【答案】C\n【问题导思】1．为什么线圈的自感系数与感抗大小有关？2．决定感抗大小的因素有哪些？3．为什么感抗随交变电流的频率和自感系数的增大而变大？对感抗的认识\n1．电感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,电感器对交变电流阻碍作用的大小就称为感抗．\n2．影响感抗大小的因素\n3．扼流圈及其作用(1)低频扼流圈,线圈绕在铁芯上,匝数为几千甚至超过一万,自感系数较大,对低频电流感抗也较大,所以有“通直流、阻交流”的作用．(2)高频扼流圈,线圈绕在铁氧体芯上,匝数有几百或几十,自感系数较小,只对高频电流有较大的阻碍作用,对低频电流和直流阻碍都很小,所以有“通直流、通低频,阻高频”的作用．\n在如图2－4－5所示的电路中,L为电感线圈,L1为灯泡,电流表内阻为零,电压表内阻无穷大,交流电源的电压u＝220sin100πtV．若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为60Hz,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．灯泡变亮D．灯泡变暗图2－4－5\n【审题指导】审题时应注意以下问题：(1)感抗与交变电流频率的关系．(2)电压表的示数等于线圈两端的电压．\n【答案】BD\n1．电感器的感抗,是由于变化的电流在线圈中产生的感应电动势引起的,与制成线圈导体的电阻无关．2．电感器的感抗不仅与线圈本身的自感系数有关,还与电流的频率有关,电流的频率越大感抗就越大．\n2．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在频率为f的交变电流电路中,如图2－4－6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,则下列几种情况不正确的是()综合解题方略——电阻、感抗、容抗的对比图2－4－6\nA．通过R的电流有效值不变B．通过C的电流有效值最大C．通过L的电流有效值最小D．流过R、C、L的电流有效值都不变【审题指导】解答本题时应注意电流的频率发生变化时,电阻、电感器和电容器的阻碍作用的变化情况．\n【规范解答】电阻对交变电流阻碍作用的大小与电流的频率无关,因此,通过电阻的电流的有效值不变．电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示,线圈的自感系数越大,电流的频率越高,自感电动势就越大,即线圈对电流的阻碍作用就越大,感抗也就越大,因此,通过电感的电流的有效值变小．电容器对交变电流阻碍作用的大小用容抗表示,电容一定时,在相同的电压下电容器容纳的电荷一定,频率越高,充、放电的时间越短,充、放电的电流越大,容抗越小,因此,通过电容器的电流的有效值变大．【答案】D\n电阻对交变电流的阻碍作用与电流的频率无关,电感和电容对交变电流的阻碍作用都与变化电流的频率有关,频率越高,感抗越大,容抗越小；频率越低,感抗越小,容抗越大．感抗、容抗的变化导致了电流有效值的变化．\n1．电容对交变电流影响的下列说法中,错误的是()A．交变电流能通过电容器B．电容器具有通直流、阻交流的作用C．电容器电容较小,它具有通高频、阻低频的作用D．电容器的电容越大,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【解析】电容器“通交流、隔直流”,但对交流电有阻碍作用,电容越大,频率越高,容抗越小,所以选项A、C、D均正确．B错误．【答案】B\n2．电感对交变电流的影响的以下说法中,正确的是()A．电感对交变电流有阻碍作用B．电感对交变电流阻碍作用的大小叫感抗C．电感对某一频率的交变电流的阻碍作用跟线圈的自感系数有关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【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、B、C、D均正确．【答案】ABCD\n3．一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接,如图2－4－7所示．一铁块插进线圈之后,该灯将()A．变亮B．变暗C．对灯没影响D．无法判断【解析】加入铁芯改变了电感自感系数,自感系数增大,感抗增大,电路中的电流减小,所以灯变暗．B对．【答案】B图2－4－7\n4．有两个电容器的电容分别为C1＝5μF,C2＝3μF,分别加在峰值一定的交变电源上．在下列各种情况下,哪一种情况通过电容器的电流最大()A．在C1上所加交变电流的频率为50HzB．在C2上所加交变电流的频率为50HzC．在C1上所加交变电流的频率为100HzD．在C2上所加交变电流的频率为100Hz【解析】当交变电源的频率增加时,电容器充放电的速度加快,电容器的容抗减小；当电容器的电容越大时,其对交流电的阻碍作用也越小,C对．【答案】C\n5．在交变电流电路中,如果电源电动势的最大值不变,频率可以改变,在如图2－4－8所示电路的a、b两点间逐次将图2－4－9中的电路元件甲、乙、丙单独接入,当使交流电频率增加时,可以观察到下列论述的哪种情况()图2－4－8图2－4－9\nA．A1不变,A2增大,A3减小B．A1减小,A2不变,A3增大C．A1增大,A2不变,A3减小D．A1、A2、A3均不变【解析】频率对电阻的大小无影响,A2不变,频率增加,容抗减小,A1增大,频率增大,感抗增大,A3减小,C对．【答案】C