高中物理第3章交变电流3.3交流电路中的电容和电感学案鲁科版选修3_20112230.docx

第4讲交流电路中的电容和电感
[目标定位] 1.通过实验了解电容、电感对交变电流的阻碍，能够分析简单电路中的电容、电感的作用.2.知道感抗、容抗，了解感抗、容抗与哪些因素有关．
一、电容、电感对直流和交流的影响
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．
二、电容器的容抗及其应用
1．实验探究：如图1所示，把白炽灯和电容器串联起来，然后分别接在直流电源上和交流电源上，调整两个电源的有效值相等，观察灯泡的发光情况．
图1
2．实验现象：接通直流电源时，灯泡不亮，接通交流电源时，灯泡发光，但和没有电容器接入时相比较暗．
3．实验结论：交变电流能够通过电容器，电容器对交变电流有阻碍作用．
4．电容器对交变电流的阻碍作用用容抗表示．电容器的电容越大，电容器对交变电流的阻碍作用就越小，也就是说，电容器的容抗就越小，电容器在交流电路中起的作用是隔直流，通交流．
三、电感器的感抗及其应用
1．实验探究：如图2所示，把线圈L与白炽灯串联起来，先接在直流电源上，后接在交流电源上，让两个电压的有效值相等，观察灯泡的亮度．
图2
2．实验现象：接通直流电源时，灯泡发光；接通交流电源时，灯泡较暗．
3．实验结论：电感线圈对交变电流有阻碍作用，电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗表示，线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，阻碍作用越大，感抗也就越大．
4．扼流圈是电子技术中常见的电子元件，分为两种：一种是线圈绕在铁芯上，它的自感系数很大，感抗很大，叫做低频扼流圈，它的作用是“阻交流、通直流”；另一种线圈绕在铁氧体芯上，它的自感系数很小，感抗很小，叫做高频扼流圈，它的作用是“阻高频，通低频”.
一、理解电感器对交变电流的阻碍作用
1．高频扼流圈
高频扼流圈的自感系数很小，只对高频交变电流有较大的阻碍作用，对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流的阻碍作用更小．它具有“通直流，通低频、阻高频”的作用．
2．低频扼流图
低频扼流圈的自感系数很大，即使交流的频率较低，它产生的感抗也很大．它具有“通直流，阻交流”的作用．
例1关于电子电路中的扼流圈，下列说法正确的是( )
A．扼流圈是利用电感线圈对交流的阻碍作用来工作的
B．高频扼流圈的作用是允许低频交流通过，而阻碍高频交流通过
C．低频扼流圈的作用不仅要阻碍高频交流通过，还要阻碍低频交流通过
D．高频扼流圈的电感比低频扼流圈的电感大
答案ABC
解析扼流圈是利用变化的电流通过线圈时，感应出感应电动势，从而来阻碍电流的变化的，故A正确；高频扼流圈是“通低频、阻高频”，故B正确；低频扼流圈是“阻高频、阻低频、通直流”，故C正确；高频扼流圈比低频扼流圈自感系数小，故D错．
针对训练1 如图3所示，输入端ab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的直流电阻与R相同)( )
图3
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的交流成分比通过R的交流成分必定要少
答案CD
二、理解电容器对交变电流的阻碍作用
电容器对交流电的阻碍作用概括为“通交流、隔直流；通高频，阻低频”．
例2如图4甲、乙两图是电子技术中的常用电路，a、b是各部分电路的输入端，其中输入的交流高频成分用“～～～”表示，交流低频成分用“～”表示，直流成分用“—”表示．关于两图中负载电阻R上得到的电流特征是( )
图4
A．图甲中R得到的是交流成分
B．图甲中R得到的是直流成分
C．图乙中R得到的是低频成分
D．图乙中R得到的是高频成分
答案AC
解析当交变电流加在电容器上时，有“通交流，隔直流，通高频、阻低频”的特性，甲图中电容器隔直流，R得到的是交流成分，A正确，B错误；乙图中电容器能通过交流高频成分，阻碍交流低频成分，R得到的是低频成分，C正确，D错误．
针对训练2
图5
如图5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220V
B．大于220V
C．小于220V
D．等于零
答案 C
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．
三、电阻、电感、电容的区别
1．容抗的大小除了与电容自身的性质有关外，还与交变电流的频率有关．若用X C表示容抗，
则X C＝
1
2πfC
.
2．感抗的大小除了与电感线圈自身的性质有关外，还与交变电流的频率有关，若用X L表示感抗，则X L＝2πfL.
3．电阻R无论对直流还是交流，阻碍作用相同，只取决于电阻本身．
例3在频率为f的交变电流电路中，如图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( )
图6
A．通过R的电流有效值不变
B．通过C的电流有效值变大
C．通过L的电流有效值变小
D．流过R、C、L的电流有效值都不变
答案 D
解析交变电流的频率变大时，电阻R对交流的阻碍作用不变，电容C对交流的阻碍作用减小，电感L对交流的阻碍作用变大，故A、B、C说法正确，D说法错误．
电感及其应用
1．如图7所示的电路中，L为电感线圈，L′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＝2202sin (100πt) V．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法中正确的是( )
图7
A．电流表示数增大
B．电压表示数减小
C．灯泡变暗
D．灯泡变亮
答案 C
解析由u＝2202sin (100πt) V可知电源原来的频率：f＝ω
2π＝
100π
2π
Hz＝50Hz，当频率
增大时，线圈的感抗增大，电路中的干路电流将减小，因此A、D错，C正确．图中灯泡与电感线圈串联，所以总电压(有效值)U＝U L＋U L′，因U L′减小，而总电压的有效值不变，所以U L 增大，因此选项B错．
电容及其应用
2．在如图8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，下列说法中正确的是( )
图8
A．等于220 V
B．大于220 V
C．小于220 V
D．等于零
答案 C
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，C正确．
电阻、电感、电容的区别
3．直流电源的电压与交流电源电压的有效值相同，自感线圈的直流电阻不计，则灯泡发光最亮的是图中的( )
答案 D
解析电容C、电感L都对交流电有阻碍作用，故A、B两图中灯不是最亮的；C图中灯被短路，不亮；D图中电容C有隔直流作用，D正确．
4．如图9所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220 V,50 Hz的交流电源，以下叙述中正确的是( )
图9
A．改接220 V,100 Hz的交流电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变
B．改接220 V,100 Hz的交流电源时，A灯变暗，B灯变亮，C灯变亮
C．改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变
D．改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗
答案AC
解析增加交流电源的频率时，感抗增大，容抗减小，电阻的阻碍不变．故A变亮，B变暗，C不变，故A正确，B错误；改为直流电源时，电容断路，A灯灭，电感L无感抗，B灯更亮，电阻R阻碍不变，C灯亮度不变．
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7、一粒种子，可以无声无息地在泥土里腐烂掉，也可以长成参天的大树。

一块铀块，可以平庸无奇地在石头里沉睡下去，也可以产生惊天动地的力量。

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