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3电感和电容对交变电流的影响[学习目标]1.通过实验,了解电感器和电容器对交变电流的阻碍作用和导通作用.2.知道感抗和容抗的物理意义及影响因素.3.能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用.课前预习掌握新知知识梳理一、电感器对交变电流的阻碍作用——感抗1.物理意义:表示电感器对的阻碍作用的大小.交流2.影响感抗大小的因素:线圈的越大,交流的越高,感抗越大.3.电感特点:“通流、阻流;通频、阻频”.4.扼流圈:是利用对交变电流的阻碍作用制成的电感线圈.(1)低频扼流圈:自感系数,对低频交变电流的感抗也,有“通流,阻流”的作用.自感系数频率直交低高电感较大很大直交(2)高频扼流圈:自感系数,只对频交变电流有较大的阻碍作用,有“通直流,通频,阻频”的作用.二、电容器对交变电流的阻碍作用——容抗1.物理意义:表示电容器对阻碍作用的大小.2.影响容抗大小的因素:电容器的电容,交流的频率,容抗越小.3.电容器特点:“通流、隔流;通高频、阻低频”.很小高低高交流越大越高交直科学思维1.思考判断(1)交流电的频率越高,电感对交流的阻碍作用越大.()√(2)线圈的匝数越多,对同一个交变电流的阻碍作用就越大.()(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.()(4)电流通过电容器,并不是电荷穿过电容器两极板间的绝缘层到达另一极板,而是电容器不断地充放电的表现.()(5)电容器的电容越大,对同一交变电流的阻碍作用就越大.()√√√×2.思维探究(1)电感线圈对交变电流的阻碍作用为什么随线圈的自感系数、交变电流的频率的增大而增大呢?答案:电感线圈的阻碍作用是由交变电流通过线圈时产生的自感电动势引起的,自感系数越大时产生的自感电动势也越大;交变电流的频率越高,电流的变化率也越大,感应电动势也就越大,所以阻碍作用就越大.(2)电容器对交变电流阻碍作用的实质是什么呢?答案:当交变电流“通过”电容器时,给电容器充电或放电,在电容器两极板间形成跟原电压相反的电压,这就对电流产生了阻碍作用.课堂探究突破要点要点一感抗的理解[探究导学]如图所示,直流电源电压与交流电源电压有效值相等.(1)两种情况下灯泡的亮度有什么不同?说明了什么?(2)(乙)图中换用自感系数更大的线圈或调换频率更高的交流电源,灯泡的亮度有何变化?说明了什么?答案:(1)(甲)图中灯泡比(乙)图中灯泡更亮,说明电感器对交变电流有阻碍作用.(2)不论是换用自感系数更大的线圈还是调换频率更高的交流电源,灯泡均变得更暗,说明线圈的自感系数越大,交流电的频率越高,线圈对交流电的阻碍作用越大.[要点归纳]1.电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质(1)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.(2)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.低频扼流圈用来“通直流、阻交流”,因此可以用低频扼流圈来分离“直流和交流”;高频扼流圈对高频电流阻碍作用很大,对低频电流阻碍作用较小,因此可以用高频扼流圈分离“低频交流电和高频交流电”.3.电感器的感抗是由变化的电流在线圈中产生的感应电动势引起的,与制成线圈导体的电阻无关.[例1](多选)如图所示,是由交流电源供电的线路,如果交变电流的频率减小,则()A.线圈L的自感系数减小B.线圈L的感抗减小C.电路中的电流增大D.灯泡变暗BC核心点拨:电感与频率的关系是:频率越大,感抗越大,频率越小,感抗越小.解析:自感系数由线圈本身决定,与交变电流频率无关,故A错误;当交变电流频率减小时,线圈L的感抗减小,故B正确;感抗减小对交变电流的阻碍作用减小,使电路中电流增大,灯泡变亮,故C正确,D错误.学霸笔记(2)明确交流电源频率的变化情况.(3)根据电感器中线圈匝数、形状、横截面积、长短和是否插入铁芯,判断自感系数的情况.(4)判断感抗的变化情况.(5)确定含电感器支路电流、电压的变化情况.含电感器交流电路的动态分析方法(1)分析电路中各元件的串、并联关系.(教师备用)AC例1-1:(多选)如图所示实验电路中,若直流电压和交变电压的有效值相等,S为双刀双掷开关,下面叙述正确的是()A.当S掷向a,b时灯较亮,掷向c,d时灯较暗B.当S掷向a,b时灯较暗,掷向c,d时灯较亮C.S掷向c,d,把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮D.S掷向c,d,电源电压不变,而使频率减小时,灯变暗解析:线圈对直流无感抗,对交变电流有感抗,当交流电频率减小时,感抗变小,灯变亮;有铁芯时感抗更大,故铁芯抽出时灯变亮.[针对训练1-1](多选)关于感抗,下列说法中正确的是()A.感抗是由于电流变化时,在线圈中产生了自感电动势,阻碍电流的变化B.感抗的大小不仅与自感系数有关,还与电流的频率有关C.感抗虽然对交变电流有阻碍作用,但不消耗能量D.感抗是线圈的电阻产生的ABC解析:交变电流通过线圈时,电能与磁场能相互转化,不消耗能量,选项C正确;感抗是交流电通过有电感的电路时,电路中产生自感电动势,阻碍电流的变化形成的,不是线圈的电阻产生的,感抗的大小不仅与自感系数有关还与电流的频率有关,故A,B项正确,D项错误.要点二容抗的理解[探究导学]如图(甲)、(乙)所示,把灯泡和电容器串联起来,先把它们接到直流电源上,再把它们接到交流电源上.(1)实验中观察到(甲)图中的灯泡不亮,(乙)图中的灯泡亮,这是什么原因?(2)若把图(乙)中的电容器去掉,变成图(丙)所示电路,会观察到灯泡变得比(乙)图中亮,这说明了什么?答案:(1)(甲)图中的电源是直流电源,电容器在电路中是断路,电路中没有电流,灯泡不亮.(乙)图中的电源是交流电源,电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,灯泡就亮了.(2)说明(乙)图中的电容器对交变电流有阻碍作用.[要点归纳]1.交变电流“通过”电容器的本质(1)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.(2)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.(3)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.电容器的容抗与电容器的电容和交变电流的频率有关,电容越大,交变电流的频率越高,容抗越小,电容器对交变电流的阻碍作用越小.[例2](多选)如图所示,接在交流电源上的灯泡正常发光,以下说法正确的是()A.把电介质插入电容器,灯泡变亮B.增大电容器两极板间的距离,灯泡变亮C.减小电容器两极板间的正对面积,灯泡变暗D.使交变电流频率减小,灯泡变暗ACD核心点拨:(1)电容越大,容抗越小.(2)频率越高,容抗越小.解析:把电介质插入电容器,电容变大,容抗变小,电容器对交变电流阻碍作用变小,所以灯泡变亮,故A正确;增大电容器两极板间的距离,电容变小,电容器对交变电流阻碍作用变大,所以灯泡变暗,故B错误;减小电容器两极板间的正对面积,电容变小,灯泡变暗,故C正确;使交变电流频率减小,电容器对交变电流阻碍作用变大,灯泡变暗,故D正确.学霸笔记含电容器交流电路的动态分析方法(1)分析电路中各元件的串、并联关系.(2)明确交流电源频率的变化情况.(3)根据C=r4πSkd判断电容的变化情况.(4)判断容抗的变化情况.(5)确定含电容器支路电流、电压的变化情况.(教师备用)例2-1:如图所示,电灯和电容器串联后接在交流电源的两端,当交流电源的频率增加时()A.容抗增加B.电容器的电容减小C.电灯变暗D.电灯变亮D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,故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,故A,C错误,D正确.[针对训练2-1]电容对交变电流的影响的以下说法中,正确的是()A.交变电流接入电容器的电路中,有电荷通过电容器B.电容器具有通直流、阻交流的作用C.电容器电容较小时,它具有通高频、阻低频的功能D.电容器的电容越小,交变电流的频率越低,电容器对交变电流的阻碍作用就越小C解析:电容器接入交变电流后,会交替充放电,两极板的电荷增多、减少交替变化,但不会通过电容器,故A错误;电容器具有隔直流、通交流的作用,选项B错误;电容器电容较小时,对高频的阻碍作用较小,对低频的阻碍作用较大,选项C正确;电容器的电容越小,交变电流的频率越低,电容器对交变电流的阻碍作用就越大,选项D错误.要点三电阻、感抗、容抗的比较与应用[探究导学](1)交流电源的电压有效值不变,频率升高时,(甲)、(乙)中灯泡的亮度如何变化?(2)交流电源的电压有效值不变,频率降低时,(甲)、(乙)中灯泡的亮度如何变化?答案:(1)(甲)中的灯泡变暗些,(乙)中的灯泡变亮些.(2)(甲)中的灯泡变亮些,(乙)中的灯泡变暗些.[要点归纳]1.电阻、感抗、容抗的区别电阻感抗容抗产生的原因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用在电路中的作用对直流、交流均有阻碍作用对交流有阻碍作用对直流的阻碍作用无限大,对交流的阻碍作用随频率的降低而增大决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定,与温度有关由线圈本身的自感系数和交流的频率f决定由电容的大小和交流的频率f决定能量的转化电流通过电阻做功,电能转化为内能电能和磁场能往复转化电能与电场能往复转化2.电容器的应用隔直电容器高频旁路电容器示意图作用“通交流、隔直流”“通高频、阻低频”要求电容要大些电容要小些3.电感器的应用低频扼流圈高频扼流圈示意图作用“通直流、阻交流”“通直流、通低频,阻高频”要求自感系数要大些自感系数要小些[例3](2019·江苏泰州检测)如图所示,三个灯泡相同,而且足够耐压,电源内阻忽略.单刀双掷开关S接A时,三个灯亮度相同,那么S接B时()A.三个灯亮度相同B.甲灯最亮,丙灯不亮C.甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮D.只有丙灯不亮,乙灯最亮D核心点拨:(1)电阻R、电感线圈L与电容器C都对交流电有阻碍作用.(2)电阻R对直流电有阻碍作用,电感线圈L对直流电无阻碍作用,电容器C不能通过直流电.解析:开关S接A时,甲、乙、丙三个支路均有交流电通过.开关S接B时,电路处于直流工作状态,电容器C“隔直流、通交流”,电感线圈L“阻交流、通直流”,电阻R对交流和直流有相同的阻抗.可判断此时电路中I丙=0,I甲不变,I乙增大;所以只有丙灯不亮,乙灯最亮.学霸笔记(2)电感器对直流起“短路”作用,对交变电流起阻碍作用.(3)电容器对直流起“断路”作用,对交变电流有旁路分流作用.电阻、电感器与电容器的阻碍作用的特点(1)电阻对直流、交变电流都有阻碍作用,且与交变电流的频率无关.D(教师备用)例3-1:如图所示,线圈的自感系数L和电容器的电容C都很小(如L=1mH,C=200pF),此电路的重要作用是()A.阻直流通交流,输出交流B.阻交流通直流,输出直流C.阻低频通高频,输出高频交流D.阻高频通低频,输出低频交流和直流解析:因线圈自感系数L很小,所以对低频交流的阻碍作用很小,这样直流和低频交流能顺利通过线圈,电容器并联在电路中,起旁路作用,因电容C很小,对低频交流的阻碍作用很大,而对部分通过线圈的高频交流阻碍作用很小,被它旁路,最终输出的是低频交流和直流,故D正确.[针对训练3-1]下列说法正确的是()A.电感对交变电流的阻碍作用是因为电感存在电阻B.电容对交变电流的阻碍作用是因为电容器的电阻C.电感器、电容器和电阻一样,电流通过它们做功时都是电能只转化为内能D.在交流电路中,电阻、感抗、容抗可以同时存在D解析:交变电流通过线圈时,在线圈上产生自感电动势,对电流的变化起到阻碍作用,A错误;交变电流通过电容器时,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错误;电流通过它们做功时,只有在电阻上产生热,在线圈