第3章 第3节 交变电路中的电容和电感

1．电阻、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：不让直流通过却让交流通过，但对交流有一定的阻碍作用。

(3)电感器：既让直流通过也让交流通过，但对交流有一定的阻碍作用。

电容器能让交变电流通过，是自由电荷通过了电容器吗？

解析：不是。电容器让交变电流通过是电容器交替进行充电和放电的结果，而不是自由电荷通过了电容器。

2．容抗、感抗及其应用

两种作用

比较内容

容抗感抗概念电容器对交流的阻碍作用电感器对交流的阻碍作用

影响因素电容器的电容量和交变电

流的频率

电感器的自感系数和交变

电流的频率

应用隔直流，通交流阻交流，通直流阻低频，通高频阻高频，通低频

(2)电容器、电感器的分类

按对交变电流的作用电容分为隔直电容器、高频旁路电容器；扼

流圈分为低频扼流圈、高频扼流圈。

1．电感对恒定电流和交变电流均有阻碍作用(×)

2．电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗就越大(×) 3．电阻对直流电和交变电流的阻碍作用相同(√)

解析：1.电感对恒定电流没有阻碍作用，对交变电流有阻碍作用，1错误。

2．电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗就越小，2错误。

3．根据电阻对电流阻碍作用特点可知，3正确。

1．交变电流“通过”电容器的本质

把交流电源接到电容器两个极板上后，当电源电压升高时，电源给电容器充电，电荷向电容器极板上聚集，在电路中，形成充电电流；当电源电压降低时，电容器放电，原来聚集在极板上的电荷又放出，在电路中形成放电电流。电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流电“通过”了电容器，但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质。

2．容抗

电容器对交流的阻碍作用。容抗用“X C”表示，X C＝1

2πfC。其中f 是交流电频率，C是电容器的电容。

3．容抗与电容的关系

电容器的电容量越大，交变电流的频率越高，则容抗就越小；反之，电容量越小，交变电流频率越低，容抗就越大。

4．电容器对交变电流阻碍作用的实质

当交变电流“通过”电容器时，给电容器充电或放电，使电容器两极板间形成和原电压相反的电压，阻碍电流变化。

[典例1]如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交流电源的频率增加时()

A．电容器的电容增加

B．电容器的电容减小

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，与外加的交流电源的频率无关，A、B错误；当交流电源的频率增加时，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，C错误，D正确。

[答案] D

[总结提能]

电容器在电路中的作用

(1)“隔直流、通交流”的作用：因为电容器两极板间是绝缘的，所以有“隔直流”作用，而对交变电流，电容器交替进行充电、放电，电路中就有了电流，所以有“通交流”作用，如隔直电容器。

(2)“阻低频、通高频”的作用：电容较小的电容器，对高频交流电的容抗小，阻碍小；对低频交流电的容抗大、阻碍大，因此这种电容器用来“阻低频、通高频”，如高频旁路电容器。

1．关于电容器能够通交变电流的原因，下列说法正确的是() A．当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有电流

B．当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有电流

C．在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动

D．以上说法均不正确

解析：选B当把电容器接到交流电源上时，因为电流的大小和方向随时间做周期性变化，使电容器交替充电、放电，电路中就有了电流，B正确。

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的变化，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。

2．感抗

电感线圈对电流的阻碍作用。感抗用“X L”表示，X L＝2πfL。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，反之就越小。

4．两类扼流圈

(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。它对低频交流电流会产生很大的阻碍作用，而对直流电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；

②特点：匝数少，自感系数L小。它只对频率很高的交流电流产生很大的阻碍作用，而对低频交流电流的阻碍作用较小，故高频扼流圈的作用为“阻高频、通低频”。

[典例2]在如图所示电路中，L为电感线圈，灯泡电阻为R，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100 Hz，下列说法正确的有()

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

[思路探究]

(1)明确电感线圈阻碍作用与交变电流频率的大小有关。

(2)比较电源频率改变前后的大小关系。

[解析]由u＝2202sin 100πt V，可得电源原来的频率为f＝ω

2π＝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；在电压不变的情况下，电路中的电流减小，A错误；灯泡的电阻R是一定的，电流减小时，实际消耗的电功率P＝I2R减小，灯泡变暗，C 正确，D错误；电压表与电感线圈并联，其示数为线圈两端的电压U L，设灯泡两端电压为U R，则电源电压的有效值为U＝U L＋U R，因U R＝IR，故电流I减小时，U R减小，因电源电压有效值保持不变，故U L＝U－U R，U L增大，B错误。

[答案] C