搜索
第五章交变电流第3节电感和电容对交变电流的影响学习目标1．了解电感对交变电流的阻碍作用，知道感抗与哪些因素有关．2．了解电容对交变电流的阻碍作用，知道容抗与哪些因素有关．3．掌握感抗、容抗对交变电流阻碍作用的区别．填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、电感器对交变电流的阻碍作用1．实验探究2．感抗(1)物理意义：表示电感器对交流的5的大小．(2)影响感抗大小的因素：线圈的6越大，交流的7越高，感抗越大．3．感抗的应用低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大8_____特性通9、阻10通直流、通11、阻12阻碍作用自感系数频率较小直流交流低频高频二、电容器对交变电流的阻碍作用1．实验探究(1)实验电路(如图)：(2)实验现象：电路中串有电容器时，接通13电源，灯泡不亮；接通14电源，灯泡亮．(3)实验结论：15能够通过电容器，16不能通过电容器．直流交流交变电流直流2．容抗(1)物理意义：表示电容对交变电流的17的大小．(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容18，交流的频率19，容抗越小．(3)特性：电容器具有“20”的作用．阻碍作用越大越高隔直流、通交流|基础小题·做一做|1．正误判断(1)电感线圈对交变电流有阻碍作用．()(2)低频扼流圈只能阻碍低频交变电流，不能阻碍高频交变电流．()(3)电感线圈中通入交变电流后，交变电流的瞬时值为0的瞬间，线圈仍然对交变电流有阻碍作用．()(4)直流电不能通过电容器．()(5)交变电流“通过”电容器的实质是电容器不断充电放电，并不是真正流过电容器．()(6)交变电流的电流值越大，越容易通过电容器，与交变电流的频率无关．()√√√√××2．下列说法中正确的是()A．电感器的感抗只由线圈自身决定B．同一电感器对于不同频率的交变电流的感抗不同C．同一电容器的容抗随交变电流的频率增大而增大D．同一电容器，接入不同频率的电路中，电容器的容抗不变解析：选B感抗由线圈的自感系数L和交变电流的频率f共同决定，故A错误，B正确；交变电流的频率越高，容抗越小，C、D错误．3．有两个电容器的电容分别为C1＝5μF和C2＝3μF，分别加上峰值一定的交变电源，在下列各种情况下，通过电容器的电流较大的是()A．在C1上所加交变电流的频率为50HzB．在C2上所加交变电流的频率为50HzC．在C1上所加交变电流的频率为100HzD．在C2上所加交变电流的频率为100Hz解析：选C电容越大，电流频率越大，容抗越小，电流越容易通过电容器．C1C2,100Hz50Hz，所以C正确．4．(1)电容器两极板之间是绝缘介质，它阻隔导体中自由电子的通过，为什么交变电流能通过电容器呢？(2)电容器对交变电流为什么有阻碍作用？提示：(1)电流是由电荷的定向移动形成的，把交流电源接到电容器的两个极板上后，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．电容器交替地进行充电和放电，电路中就形成了电流，好像是交流“通过”了电容器(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)因为同种电荷相互排斥，当电容器充电时，已经到达电容器极板上的电荷对后来流向极板的电荷有阻碍作用，所以电容器对交变电流有阻碍作用．|核心知识·记一记|1．电感器对交变电流的阻碍作用的大小用感抗表示，感抗的大小与线圈的自感系数和交流的频率有关．2．低频扼流圈可以“通直流，阻交流”，而高频扼流圈可以“通直流、通低频，阻高频”．3．交变电流可以通过电容器，电容器对交流的阻碍作用可以用容抗表示，容抗的大小与电容和交流的频率有关．4．电容具有“隔直流、通交流”“阻低频、通高频”的作用．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一电感对交变电流的阻碍作用|要点梳理|1．感抗产生的原因交变电流通过电感线圈时，由于电流时刻都在变化，因此在线圈中就会产生自感电动势，而自感电动势总是要阻碍原电流的变化，故电感线圈对交变电流会起阻碍作用．前面我们已经学习过，自感电动势的大小与线圈的自感系数及电流变化的快慢有关，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，对交变电流的阻碍作用就越大，感抗也就越大．2．感抗的决定因素感抗与交变电流的频率、电感线圈的自感系数成正比．3．感抗的应用(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)低频扼流圈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．|例题展示|【例1】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＝2202sin100πtV．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的是()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[解析]由u＝2202sin100πtV，可得电源原来的频率为f＝ω2π＝50Hz，当电源频率由原来的50Hz增为100Hz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UL，设灯泡两端电压为UR，则电源电压的有效值为U＝UL＋UR，因UR＝IR，故电流I减小时，UR减小，且电源电压有效值保持不变，故UL＝U－UR，UL增大，B错误．[答案]C[规律方法]感抗大小分析思路|对点训练|1．由一电阻极小的导线绕制而成的线圈接在交流电源上，如果电源电压的峰值保持一定，下面哪种情况下通过线圈的电流最小()A．所加电源的频率为50HzB．所加电源的频率为100HzC．所加电源的频率为50Hz，减少线圈的匝数D．在线圈中放入铁芯，所加电源频率为100Hz解析：选D线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，电感线圈对交流电的阻碍作用就越大，电流就越小，故D对．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．没有影响D．无法判断解析：选B由于电流的变化，在线圈内磁场变化而产生感应电动势，并总是阻碍电流变化，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，降落的电压增大，灯泡上的电压减小，从而导致灯泡的功率减小，所以灯变暗．故选B.★要点二电容器对交变电流的阻碍作用|要点梳理|1．容抗的成因(1)当接到交流电源上时，电源使导线中的自由电荷向某一方向定向移动，对电容器进行“充放电”．(2)电容器在充放电的过程中，电容器两极板上聚集着等量异种电荷，从而在两极板间存在着电场，此电场的电场力阻碍着电荷的定向移动，其表现就是电容器在交变电流通过时的阻碍作用．2．影响容抗大小的因素(1)电容器的电容：电容器的电容越大，电容器容纳电荷的本领就越大，即在容纳相同电荷的情况下，电容大时电压小，电场力对电荷充电时的阻碍作用力就小，所以容抗就小．(2)交流的频率：交流的频率越高，充电和放电的时间就短，相同电路电容器上聚集的电荷就少，电容器所达到的电压就小，排斥充电和放电的电场力就小，从而阻碍作用就小，所以容抗就小．用XC表示，则XC＝12πfC.3．电容器在电路中的作用(1)“隔直流，通交流”的作用直流不能通过电容器，因此电容器有“隔直”作用，对于电容较大的电容器，容易进行充放电，因此这种电容器一般用来“隔直流，通交流”，如隔直电容器．(2)“通高频，阻低频”的作用对频率不同的交流，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大．电容较小的电容器，对高频交流的容抗小，阻碍小，对低频交流的容抗大，阻碍大．因此，这种电容器一般用来“通高频，阻低频”，如高频旁路电容器．实际应用电路如图所示，图中“—”为电路中的直流成分，“～”为电路中的交流低频成分，“”为电路中的交流高频成分．|例题展示|【例2】(多选)在图中所示的电路中，C为电容器，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无穷大，若保持交流电源的电压的有效值不变，只将电源频率增大，下列说法中正确的有()A．电流表示数增大B．电压表示数增大C．灯泡变亮D．灯泡变暗[解析]根据电容器对电流的阻碍作用XC＝12πfC，交流电的频率越大对电流的阻碍作用就越小，所以电路中的电流就越大，故A对；电流大灯泡的亮度就变大，所以C对，D错；电容器的分压作用减小，所以电压表的示数减小，B错．故选AC.[答案]AC|对点训练|1．如图所示，白炽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．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：选D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．2．(多选)如图所示，接在交流电源上的电灯泡正常发光，以下说法正确的是()A．把电介质插入电容器，灯泡变亮B．增大电容器两板间的距离，灯泡变亮C．减小电容器两板间的正对面积，灯泡变暗D．使交流电的频率减小，灯泡变暗解析：选ACD电容器的电容与介电常数成正比，与正对面积成正比，与两板间距离成反比．而容抗与电容成反比，与交流电频率成反比．把介质插入电容器，电容变大，容抗减小，灯泡变亮，A正确；电容器两板间距离增大，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，B错误；减小电容器两板间的正对面积，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，C正确；交流电的频率减小，容抗增大，灯泡变暗，D正确．★要点三电阻、感抗、容抗的对比|要点梳理|1．电感和电容的组合应用根据电感、电容对交变电流阻碍作用的特点，可以将二者结合到一起来完成一定的任务．(1)如果将电容与负载并联，然后与电感串联，就能更好地起到滤掉电路中交流成分或高频成分的作用．如图甲所示．(2)如果将电感与负载并联，然后与电容串联，就能更好地起到滤掉电路中直流成分或低频成分的作用．如图乙所示．2．电阻、感抗、容抗的比较电阻感抗容抗产生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特点对直流、交流阻碍作用相同阻交流通直流阻高频通低频隔直流通交流阻低频通高频决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定，与温度有关，R＝ρlS由线圈本身的自感系数和交流电的频率f决定，XL＝2πfL由电容的大小和交流电的频率f决定，XC＝12πfC电能的转化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|例题展示|【例3】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，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用如图所示的装置电路，其中代号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[解析]电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容较小，所以a处接电容较小的电容器，电感线圈在该电路中要求起到通低频、阻高频的作用，b处接一个高频扼流圈，D对．[答案]D【例4】(2019·甘肃兰州一中测试)在频率为f的交变电路中，如图所示，把开关S依次分别接通R、C、L支路，这时通过各支路的电流的有效值相等．若将交变电流的频率提高到2f，维持其他条件不变，则下列几种说法中不正确的是()A．通过R的电流有效值不变B．通过C的电流有效值变大C．通过L的电流有效值变小D．通过R、C、L的电流有效值都不变[解析]电阻对交变电流阻碍作用的大小与电流的频率无关，因此，通过电阻的电流的有效值不变．电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示，线圈的自感系数越大，电流的频率越高，自感电动势就越