第二章第5节 电感器在交流电路中的作用

五、电感器在交流电路中的作用
教学目标
1. 了解电感器在交流电路中的作用、感抗和哪些因素相关。

2.通过实验，让学生自己去探究发现电感器对交流电的阻碍作用与电感器的电感、交流电频率之间的定性关系，并由此引出感抗的概念，激发学习兴趣，培养学生的分析推理能力和科学素养。

重点难点
重点：电感器对交流电的阻碍作用
难点：电感器对交流电的阻碍作用的成因以及感抗的概念
设计思想
电感器是由电阻很小的导线绕制而成，按学生已有知识背景来说，电感器对交流的阻碍作用应该很小，但实际上电感器对交流电有显著的阻碍作用，这一现象与学生已有知识背景相矛盾。

通过对该现象的观察，激发学生学习的兴趣，为学生学习创造一个良好的学习环境，使学生在观察实验的基础上，发现并找到与感抗大小相关的因素，并引出感抗的概念。

教学资源 带铁芯的电感器L ，灯泡2.5V,0.3A ， 学生电源，导线，开关，信号发生器（可以产生频率不同的低压交流电）
教学设计
【课堂引入】
电阻阻值很小的导线绕制成的线圈称为电感元件或电感器，电感器接入电路中，会产生一些有趣的现象，你知道吗？你能解释吗？
演示实验：电路图如图所示。

(灯泡2.5V ，0.3A ；直流电源输出电压3V 。

)
问题1、如图闭合S ′，再闭合S ，观察现象，说明现象原因？
（灯泡D 逐渐变亮，通电自感现象，穿过线圈自身的磁通量
的变化产生感应电动势阻碍电流的增加。

最终D 与D ′亮度相同，
说明电流不变化时，线圈对电流的阻碍作用确实很小（可认为是导
线）。

）
问题2、断开S ，观察现象，说明现象原因？
（灯泡D 逐渐变暗，断电自感现象，穿过线圈自身的磁通量
的变化产生感应电动势阻碍电流的减少。

）
问题3、换成交流电源，闭合S ′，再闭合S ，观察现象，试着说明现象的原因？ （灯泡D 亮度比灯泡D ′暗，线圈对交流电有明显的阻碍作用。

若自感系数较大，灯泡D 甚至不亮，提出：是不是灯泡D 的灯丝断了？再用两端绝缘的导线将线圈两端短路，发现灯泡又发光了。

看来灯丝未断，又说明什么呢？）
（通过对比性的小实验以及一个个小问题，激发兴趣，产生求知欲望，温故知新，又产生新的问题。

）
（过渡：电感器对恒定电流的阻碍作用很小，对变化的电流阻碍作用较大，因为交流电是变化的电流，因此自感线圈对交流电的阻碍作用较大。

）
【课堂学习】
学习活动1:电感器对交流电的阻碍作用
问题：电感器对交流电的阻碍作用称为感抗，感抗的大小与哪些因素有关？
猜想：自感系数、交流电频率
（学生根据自感电动势的大小与自感线圈的自感系数、电流变化的快慢t
I ∆∆有关。

应能得到以上猜想。

）
实验：实验电路图为课本图2-5-1。

1、保持电源输出电压不变，改变信号频率，观察灯泡亮度变化，说明什么？
（频率越大，感抗越大。

）
2、保持其它条件不变，将铁芯抽出和插入，观察灯泡亮度变化，说明什么？
保持其它条件不变，改变线圈匝数，观察灯泡亮度变化，说明什么？
（自感系数越大，感抗越大。

）
总结：线圈的自感系数越大，电流电的频率越大，对交流电的阻碍作用越大，即感抗越大。

电感器在电路中的作用可概括为“通直流、阻交流”，频率越高，阻碍作用（感抗）越大，感抗公式：fL X L π2=。

学习活动2:电感器在电子技术中的应用
1、低频扼流圈：匝数多，自感系数大，对低频电流也能产生较大的阻碍作用（感抗）。

应用“通直流，阻交流”
2、高频扼流圈：匝数较少，自感系数小，应用“通低频，阻高频”
3、电路分析
【课堂小结】
总结电感器在交流电路中的作用
【课堂反馈】
1．下列说法中，正确的是( )
A ．电感对交流的阻碍作用是因为电感存在电阻
B ．电容对交流的阻碍作用是因为电容器有电阻
C ．感抗、容抗和电阻一样，电流通过它们做功时都是电能转化为内能
D ．在交变电流中，电阻、感抗、容抗可以同时存在
答案：D
解析：交流电流通过线圈时，在线圈上产生自感电动势，对电流的变化起到阻碍作用，A 错．交流电通过电容器时，电容器两极间的电压与电源电压相反，阻碍了电流的流动，B 错．电流通过它们做功时，只有在电阻上产生热，在线圈上产生磁场能，在电容器上产生电场能，C 错，故D 正确．
2．一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图所示，
一块铁插进线圈之后，该灯将( )
A ．变亮
B ．变暗
C ．对灯没影响
D ．无法判断
答案：B
解析：在线圈内由磁场变化而产生的感应电动势，总是反抗电流变化的，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，故答案为B.
3．如图所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流，L 是一个25mH的高频扼流圈，C是一个100pF的电容器，R是负载电阻，下列说法正确的是()
A．L的作用是“通低频，阻高频”
B．C的作用是“通交流，隔直流”
C．C的作用是“通高频，阻低频”
D．通过R的电流中，低频交流所占的百分比远远大于
高频交流所占的百分比
答案：ACD
解析：L是一个自感系数很小的高频扼流圈，其作用是“通低频，阻高频”，A正确；C 是一个电容很小的电容器，在题图示电路中，对高频交流的容抗远小于对低频交流的容抗，其作用是“通高频，阻低频”，C正确；因电路中无直流电流，B错误；由于L对高频交流的阻碍作用和C对高频交流的旁路作用，使得通过R的电流中，低频交流所占的百分比远大于高频交流的百分比，D正确．
4.如图所示，甲、乙是规格相同的灯泡，接线柱a、b接电压为U的直流电源时，无论电源的正极与哪一个接线柱相连，甲灯均能正常发光，乙灯完全不亮．当a、b接电压的有效值为U的交流电源时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光，则下列判断正确的是() A．与甲灯串联的元件x是电容器，与乙灯串联的元件y是电感
线圈
B．与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是电
容器
C．与甲灯串联的元件x是二极管，与乙灯串联的元件y是电容
器
D．与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是二极管
答案：B
解析：由a、b接直流时的现象可知，元件x“通直流”，元件y“隔直流”，由a、b接交流电源时的现象可知，元件x“阻交流”，元件y“通交流”，根据电容器和电感线圈的特点，元件x是电感线圈，元件y是电容器，选项B正确．
5．电阻R、电容C和电感器L是常用的电子元器件，在频率
f的交变电流电路中，如下图所示，当开关S依次分别接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，维持其它条件不变，则下列几种情况正确的是()
A．通过R的电流有效值不变
B．通过C的电流有效值增大
C．通过L的电流有效值减小
D．通过R、C、L的电流有效值不变
答案：ABC
6．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，经放大后送到下一组，需要把低频成份和高频成份分开，只让低频成份输送到再下一级，我们可以采用如下图所示电路，其中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
答案：D
解析：根据电容器“通高频阻低频”和高频扼流圈“通低频阻高频”的特性知D项正确．
【课后训练】
1．有一个电阻极小的导线绕制成的线圈接在交流电源上，如果电源的电压峰值保持一定，下列哪种情况下，通过绕圈的电流最小()
A．所加电源的频率为50 Hz
B．所加电源的频率为100 Hz
C．所加电源的频率为50 Hz，线圈的匝数较少
D．在线圈中加入铁芯，所加电源的频率为100 Hz
解析：电压峰值不变，则电源电压的有效值就不变，当交变电流的频率越大，线圈的自感系数越大时，感抗越大，电流越小，故选D.
答案： D
2．关于电感对交变电流的影响，下列说法正确的是()
A．电感不能通过直流电流，只能通过交流电流
B．电感对各种不同频率的交变电流的阻碍作用相同
C．同一只电感线圈对频率低的交变电流的阻碍作用较小
D．同一只电感线圈对频率高的交变电流的阻碍作用较大
解析：电感线圈的感抗跟交流电的频率成正比，频率越大，感抗越大，对交变电流的阻碍作用就越大．
答案：CD
3．对低频扼流圈的说法正确的是()
A．自感系数很小，对直流有很大的阻碍作用
B．自感系数很大，对低频交流有很大的阻碍作用
C．自感系数很大，对高频交流有很小的阻碍作用
D．自感系数很大，对直流无阻碍作用
解析：低频扼流圈的自感系数较大，它对电流的阻碍作用是“通直流，阻交流”，即对低频交流有较大的阻碍作用，由于线圈本身有电阻，所以对直流也有阻碍作用，应选B.
答案： B
4．两相同的白炽灯L1、L2接到如下图所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值为U m，频率为f的正弦交流电源时，两灯都正常发光，
的亮度大于灯
且亮度相同，更换一个新的正弦交流电源后灯L
L2的亮度，新电源的电压最大值和频率应该满足的条件是()
A．最大值仍为U m，而频率大于f
B．最大值仍为U m，而频率小于f
C．最大值大于U m，而频率为f
D．最大值小于U m，而频率仍为f
答案：A
5．如下图所示，当交流电源的电压有效值是220V，频率为50Hz
时，三盏电灯的亮度相同，当电源电压不变只将交流电源的频率改为
100Hz时，则各灯亮度变化情况为：a灯______________，b灯
________________，c灯______________________．(填“变亮”、“变暗”
或“不变”)
答案：变亮；变暗；不变
解析：频率变大，电容器容抗减小，又电压不变，故a灯变亮；频率变大，电感线圈的
电感变大，又电压不变，故b灯变暗；频率的变化对电阻R无影响，故c灯亮度不变．电源电压不变指电压有效值不变，当频率变大时，容抗变小，感抗变大，电阻阻值R不变．根据三者变化情况再应用部分电路欧姆定律即可求解．牢记电感、电容对电流的阻碍规律，解题时直接运用即可．
6．在电子技术中，从某一装置输出的交变电流常常既有高频成分，又有低频成分，若只需要把低频成分输送到后一级装置中，那么要在这两级电路之间接一电路元件是() A．电感线圈B．电容器
C．电阻D．二极管
解析：应将电容器并联接入电路，如右图所示，电容器对
高频成分容抗小，易通过；对低频成分容抗大，输入到下一级，
有这种作用的电容器叫高频旁路电容．
答案： B
7．用电压表检查如图所示的电路中的故障，测量U ad＝5.0 V，
U ab＝0，U bc＝5.0 V，U cd＝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
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U ad＝U bc＝5.0 V可知ab、cd 间为通路，A、C错误；若电容器被击穿，则U bc将为零，B错误．故正确答案为D.
答案： D
8．如下图是电子技术中常用的电路．a、b是电路的输入端，其中输入的高频电流用
表示，低频电流用“～”表示，直流电流用“－”表示．关于负载电阻R中通过的电流，有以下说法，其中正确的是()
A．甲图中R通过的是低频电流B．乙图中R通过的是高频电流
C．丙图中R通过的是直流电流D．丁图中R通过的是高频电流
解析：甲图中，电容器隔直流，R通过低频电流；乙图中，电容器可以和高频交流电形成通路，R中通过低频电流；丙图中，电容器C很大，容抗较小，可以通过低频电流，则R中通过直流电流；丁图中，电感器L很大，f越高，感抗越大，阻碍高频电流通过，R中通过低频电流，故选项A、C正确．
答案：AC。