【原创】3.3《交流电路中的电容和电感》课件

电容器的容抗及其应用 1.基本知识
2．思考判断 (1)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．(×)
3．探究交流 为什么电容器与直流电源相连时，不能形成持续的电 流？ 【提示】 当电容器与直流电源的两极相连接时，接通 的瞬间因电容器充电产生瞬时电流，充电完毕后，电容器两 极板间电压与电源两极间电压相等，电路中没有电流.
当电容器与直流电源的两极相连接时，接通的瞬间因电 容器充电产生瞬时电流．充电完毕后，电容器两极板间电压 与电源两极间电压相等，电路中就不再有电流．
如图所示，平行板电容器与灯泡串联接在交流 电源上的灯泡正常发光，则( )
A．把电介质插入电容器，灯泡一定变亮 B．把电容器两极板距离增大，灯泡一定变亮 C．使电容器两极板正对面积减小，灯泡一定变亮 D．使交流电频率增加，灯泡变亮
【规范解答】 当交变电流的频率增大时，线圈对交变 电流的阻碍作用增大，通过灯泡 b 的电流将因此而减小，所 以灯泡 b 的亮度将变暗；而电容对交变电流的阻碍作用则随 交变电流频率的增大而减小，即流过灯泡 c 的电流增大，所 以灯泡 c 将变亮．由于电阻的大小与交变电流的频率无关， 流过灯泡 a 的基本知识 (1)感抗 电感对交流的 阻碍 作用．
(2)影响感抗的因素 电感器的 自感系数 和交变电流的 频率 ．自感系数越 大、交变电流的频率 越高 ，感抗越大．
(3)实际应用 低频扼流圈—— “阻交流，通直流” ． 高频扼流圈—— “阻高频，通低频” ．
2．思考判断 (1)电感对交变电流阻碍作用越大，感抗就越小．(×) (2)低频扼流圈用来通低频阻高频．(×) (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．(√)
【答案】 D
电阻(R)、感抗(XL)、容抗(XC)的区别
1．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
【解析】 电感对交变电流有阻碍作用，这种阻碍作用 叫做感抗，与线圈的自感系数有关，自感系数越大，交变电 流的频率越高，这种阻碍作用就越大，A、B、D 均正确，C 错误．
【答案】 ABD
2．交变电路中有一段长直导线，电路中的电流为 I，当
把这段导线绕成线圈接入原电路后．通过该导线的电流为
I′，则( )
第三节 交变电路中的电容和电感
课标解读
重点难点
1.了解电感对交变电流的 阻碍作用，知道感抗与哪 些因素有关． 2.了解电容对交变电流的 阻碍作用，理解交变电流 能“通过”电容器，并知 道容抗与哪些因素有关.
1.电感、电容对交变电流 的阻碍作用．(重点) 2.感抗的概念及影响感抗 大小的因素．(难点) 3.容抗概念及影响容抗大 小的因素．(难点)
A．I＞I′
B．I＜I′
C．I＝I′
D．无法确定
【解析】 直导线时无电感，对交变电流无感抗，当把
导线绕成线圈时，在交变电路中它就会起作用了，有电感，
当然就有感抗，对交变电流有阻碍作用，因此电流比先前要
小．故选项 A 正确． 【答案】 A
3．下列关于电容器、电感线圈在电路中的作用的说法不 正确的是( )
4．线圈(扼流圈)的分类 根据线圈对交流电的阻碍作用不同分类： (1)低频扼流圈 ①构造：闭合铁芯、绕在铁芯上的线圈． ②特点：匝数多、自感系数 L 大、电阻很小．它对低频 交流会产生很大的阻碍作用，而对直流的阻碍作用则较小， 故低频扼流圈的作用为“阻交流、通直流”．
(2)高频扼流圈 ①构造：它的线圈有的是绕在圆柱形的铁氧体芯上或空 心． ②特点：匝数少，自感系数 L 小．它只对频率很高的交 流产生很大的阻碍作用，而对低频交流的阻碍作用较小，故 高频扼流圈的作用为“阻高频、通低频”．
【审题指导】 解答该题应注意以下几个问题： (1)灯泡的亮度由什么决定的． (2)电容对交变电流阻碍的特点． (3)利用 C＝4πεSkd和 XC＝2π1fC分析．
【解析】 由电容器电容的决定式 C＝4πεSkd可知：插入 电介质，电容 C 增大；极板间距离 d 增大，C 减小；减小两 极板正对面积，C 减小．因电容越大，容抗越小，对交变电 流的阻碍作用越小，故 A 正确，B、C 错；电容器具有“通 高频、阻低频”的作用，交流电频率越高，对电流阻碍作用 越小，故 D 正确．
【答案】 D
综合解题方略——电阻、感抗、容抗的比较 如图所示，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 220 V、50 Hz 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 60 Hz，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
电容、电感对直流和交流的影响
1.基本知识 (1)实验电路 如图所示，将双刀双掷开关 S 分别接到电压相等的直流 电源和交流电源上，观察灯泡的亮暗(三灯泡相同)．
(2)实验现象
灯泡
电源
亮度
L1
L2
L3
直流电源(S2′断开) 交流电源(S2′断开) 交流电源(S2′闭合)
亮 不亮 亮 亮 较亮 较暗 亮 亮 较暗
电压表与电感线圈并联，电压表的示数为电感线圈两端 的电压 UL；设灯泡两端电压为 UR，则电源电压的有效值 U ＝UL＋UR，因 UR＝IR，故电流减小时，UR 减小，因电源电 压保持不变，故 UL 增大，选项 B 正确．
【答案】 BC
2．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，经放大后送到下一级， 需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输 送到再下一级，可以采用如图所示电路，其中 a、b 应选择的元件是( )
【答案】 C
分析电感线圈对交变电流的作用
【问题导思】 1．电感线圈是如何阻碍交变电流的？ 2．感抗与电感的关系是什么？ 3．线圈的分类和作用分别是什么？
1．电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质 交变电流通过线圈时，由于电流时刻都在变化，所以自 感现象就不断地发生，而自感电动势总是要阻碍电流变化的， 这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用．因此，感抗的产 生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．
【答案】 C
如图所示电路中，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＝220 2sin 100πt V，若保持电压的有效值 不变，只将电源频率改为 100 Hz，下列说法正确 的是( ) 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
【审题指导】 解答该题应理解以下几点： (1)线圈对交变电流的阻碍作用来源于自感现象． (2)利用公式 XL＝2πfL 分析． 【解析】 由 u＝220 2sin 100πt V 可得电源原来的频率 为 f＝1020ππ Hz＝50 Hz.当电源频率由原来的 50 Hz 增为 100 Hz 时，线圈的感抗增大；在电压的有效值不变的情况下，电 路中的电流减小，选项 A 错．灯泡的电阻 R 是一定的，电流 减小时，实际消耗的电功率减小，灯泡变暗，选项 C 正确， D 错．
2．电容器对交变电流产生阻碍的实质 (1)电源电压使自由电荷定向运动形成电流，电容器极板 上电荷积累，这些积累的电荷却反抗电荷继续做这个方向的 定向移动，这就对交变电流产生了阻碍作用，其实质是产生 了与原电压方向相反的电压． (2)电容越大，在同样电压下电容器聚集的电荷就越多， 因此容抗就越小；交变电流的频率越高，充电和放电就进行 得越快，因此容抗就越小．电容的容抗 XC 跟它的电容 C 和 交变电流频率 f 间关系：XC＝2π1fC.(不作计算要求)
A．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 【解析】 电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的 电容器电容较小，所以 a 处放电容较小的电容器，电感线圈 在该电路中要求起到通低频，阻高频的作用，b 处接一个高 频扼流圈，D 对．
3．探究交流 使用 220 V 交流电的电气设备(如洗衣机等)的金属壳为 什么要接地？若不接地，有时摸外壳会感到“麻手”，试解 释． 【提示】 与电源相连的机芯与金属外壳可以看做电容 器的两个极板，交变电流能够通过这个“电容器”．外壳上 带有电荷，用手摸外壳，将电荷通过人体导入地下，人会感 到“麻手”，虽然这点“漏电”不会造成人身危害，但为了 在机芯与外壳间真的漏电时确保安全，电气设备外壳都应该 接地.
2．感抗 电感线圈对电流的阻碍作用．感抗用“XL”表示，XL＝2πfL ＝ωL.其中 f 是交流电的频率，L 是线圈的自感系数． 3．感抗与电感的关系 电感线圈对交变电流阻碍作用的大小用感抗来表示，线 圈的自感系数(电感)越大，交变电流的频率越高，产生的自 感电动势就越大，感抗就越大，对交变电流的阻碍作用也就 越大．
A．交流电的频率越高，电流“通过”电容器的能力越 强
B．交流电的频率越高，电流“通过”电感线圈的能力 越弱
C．电容器在电路中的作用是通直流阻交流 D．电感线圈在电路中的作用是通低频阻高频
【解析】 交流电频率越高，电容器容抗越小，电流(荷) 通过电容器的能力越强，故 A 对；交流电频率越高，电感线 圈感抗越大，电流通过电感线圈的能力越弱，故 B 对；电容 器在电路中的作用是隔直流，通交流，故 C 错；电感线圈的 作用“通低频，阻高频”、“通直流，阻交流”，故 D 对．故 选 C.
3．探究交流 纯电感线圈对交流电流和直流电流都有阻碍作用吗？
【提示】 纯电感线圈对交流电流有阻碍作用，而对直流 电流没有阻碍作用.
分析电容器对交变电流的阻碍作用
【问题导思】 1．定向移动的电荷真的能通过电容器吗？ 2．电容器是如何阻碍交变电流的？ 3．电容器对交变电流的阻碍作用与哪些因素有关？
1．交变电流是怎样通过电容器的 通常所说的交变电流“通过”电容器，并不是自由 电荷穿过了电容器，而是在交流电源作用下，当电 压升高时电容器充电，电容器极板上的电荷量增加， 形成充电电流，如图甲；当电压降低时电容器放电， 电容器极板上的电荷量减少，形成放电电流，如图乙． 由于电容器反复不断地充电和放电，使电路中有持续 的交变电流，从效果上看，电流好像通过了电容器．
(3)实验表明 ①电阻器对直流和交流的影响是 相同的 ； ②电容器不能让 直流 通过却能让交流通过，但对交 流有一定的 阻碍 作用；
③电感器既能让直流通过也能让交流通过，但对交流有 一定的 阻碍 作用．
2．思考判断 (1)电阻器对直流和交流的阻碍作用是不同的．(×) (2)电感器对恒定电流不起阻碍作用．(√) (3)电容器对交流电流不起阻碍作用．(×)
【答案】 AD
1．在如图所示电路中，u 是有效值为 220 V 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 220 V B．大于 220 V C．小于 220 V D．等于零
【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，而电压表测量的是电 阻两端的电压，故选项 C 正确．