2019第3章第3节交流电路中的电容和电感语文

第3节交流电路中的电容和电感

1．实验电路

如图3－3－1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(三只灯泡相同)．

图3－3－1

2．实验现象

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．

[再判断]

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．(×)

[后思考]

直流电路和交流电路中影响电压和电流关系的因素一样吗？

【提示】不完全一样．直流电路中影响电压和电流关系的是电阻，而交流电路中影响电压和电流关系的不仅有电阻，还有线圈的感抗与电容器的容抗，它们对交变电流表现出不同的行为，存在着不同的作用，有着本质的区别．[合作探讨]

我们日常生活中使用的220 V交流的电容设备，如洗衣机等．

探讨1：这些电容设备的金属外壳是否需要接地？

【提示】需要接地．

探讨2：为什么要接地？若不接地，有时触摸外壳会有什么感觉？

【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．

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1．电容对交变电流的阻碍作用

图3－3－2

(1)实验演示及现象

如图3－3－2所示，将白炽灯泡和电容器串联在电路中．接通直流电源时，灯泡不亮；接通有效值与直流电源相同的交流电源时，灯泡亮．

(2)实验结论

交变电流能够“通过”电容器．

(3)实验现象的本质

①直流不能“通过”电容器，是因为电容器两极板之间的绝缘介质阻隔了自由电荷的通过．

②当把电容器接在交流电源两端，在交变电压的作用下当电源电压升高时，

电容器充电，电路中形成充电电流，如图3－3－3甲所示；当电源电压降低时，电容器放电形成放电电流，如图乙所示．在交变电压变化的一个周期内电容器交替进行充电放电，电路中就有了持续的交变电流，好像交变电流“通过”了电容器，实际上自由电荷并没有从电容器两极板间通过．

图3－3－3

2．电感对交变电流的阻碍作用(1)实验演示及现象

如图3－3－4所示，将电感器与白炽灯泡串联在电路中．接通直流电源时，灯泡亮些；接通有效值与直流电源相同的交流电源时，灯泡变暗．

图3－3－4

(2)实验结论

电感器对交变电流有“阻碍”作用．

(3)实验现象的本质

①电感器是用金属导线绕制成的．当直流电通过线圈时，由于电流不变，自感现象不会发生，线圈相当于导线，对直流电路没有影响．②交变电流通过线圈时，由于电流时刻都在变化，所以自感现象就会不断地发生，而自感电动势总是要阻碍线圈中原来电流变化的，所以电感器对交变电流有阻碍作用．3．归纳总结

(1)电容器不能让直流电通过却能让交流电通过，但对交流电有一定的阻碍作用．

(2)电感器既能让直流电通过也能让交流电通过，但对交流电有一定的阻碍作用．

1．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3－3－5中的()

图3－3－5

【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．所以D中灯泡最亮．

【答案】 D

2．如图3－3－6所示的电路中，正弦交流电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是()

图3－3－6

【导学号：05002072】A．等于220 V

B．大于220 V

C．小于220 V

D．等于零

【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，即电压表的示数小于220 V，故C正确．

【答案】 C

1．电容器不允许直流电通过，允许交流电通过但对交流电有阻碍作用．2．电阻不计的线圈对直流电无阻碍作用，相当于短路，对交流电有阻碍作用．

1．容抗

电容器对交流有一定的阻碍作用．

2．影响容抗的因素

电容器的电容和交变电流的频率，电容越大，频率越高，容抗越小．

3．实际应用

隔直电容器——“隔直流，通交流”．

高频旁路电容器——“阻低频，通高频”．

[再判断]

1．电容器在交变电路中，相当于一个电阻具有分压作用．(√)

2．交流电的频率越低，电容器对其阻碍作用越大．(√)

3．电容器是通直流、阻交流，通高频、阻低频．(×)

[后思考]

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．

[合作探讨]

如图3－3－7所示的电路，当双刀双掷开关接通直流电源，灯泡不亮；当双刀双掷开关接通交流电源(电压有效值与直流电源相等)，灯泡亮了，当交变电流的频率变大时，灯泡亮度变亮．

图3－3－7

探讨1：交流电源使灯泡亮了，交流电的自由电子真的通过电容器了吗？

【提示】没有．电容器在周期性交变电压的作用下，不断地充电、放电，电路中就会形成持续的交变电流；自由电子并不能通过电容器两极间的绝缘介质．

探讨2：为什么高频率的交变电流会使灯泡更亮些？

【提示】电容器对交变电流有阻碍作用，频率越高阻碍作用越小．

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1．电容器对交变电流的阻碍作用

对导线中形成电流的自由电荷来说，当电源电压推动它们向某一方向做定向运动时，电容器极板上积累的电荷却阻碍它们向该方向做定向运动，这就产生了电容对交流电的阻碍作用．

2．容抗

(1)定义：电容器对交变电流的阻碍作用．

(2)①容抗的大小由电容器的电容和交变电流的频率共同决定．电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗就越小；电容器的电容越小，交变电流的频

率越低，容抗就越大．②容抗X C＝

1

2πfC，表示容抗与交变电流频率f和电容C

都成反比．