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第五章交变电流第三节电感和电容对交变电流的影响•素养目标定位※了解电感和电容对交变电流的影响※了解感抗与哪些因素有关※知道交流电能“通过”电容器※了解容抗与哪些因素有关•素养思维脉络课前预习反馈•1．感抗实验•(1)实验电路•(2)实验现象：取直流电源的电压与交流电源电压的有效值相等，接通________电源时，灯泡亮些；接通________电源时，灯泡暗些。•(3)实验结论，电感线圈对________电流有阻碍作用。知识点1电感对交变电流的阻碍作用直流交流交变•2．感抗•(1)物理意义：表示电感对____________阻碍作用的大小。•(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．感抗的应用交变电流类型区别低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大________感抗大小较大________作用通________、阻________通________、通直流，阻________自感系数频率较小较小直流交流低频高频•1．交变电流能够通过电容器•(1)实验电路(如图)•(2)实验现象：电路中串有电容器时，接通________电源，灯泡不亮；接通________电源，灯泡亮。•(3)实验结论•________电流能够通过电容器，________不能通过电容器。知识点2电容器对交变电流的阻碍作用直流交流交变直流•2．电容器对交变电流的作用•(1)容抗：表示电容对____________阻碍作用的大小。•(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容________，交变电流的频率________，容抗越小。•(3)应用：电容器具有“隔________，通________”的作用。交变电流越大越高直流交流•『判一判』•(1)电感器对交变电流有阻碍作用。()•(2)电感器对交变电流阻碍作用越大，感抗越小。()•(3)电感器具有“通交流、阻直流，通高频、阻低频”的性质。()•(4)在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器。()•(5)在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动。()•(6)电容器的电容越大对同一交变电流的阻碍作用就越大。()思考辨析√××√×ו『选一选』•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•解析：开关S接A时，甲、乙、丙三条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碍作用。可判断此时电路中I丙＝0，I甲不变，I乙增大；又因为灯泡亮度与电功率(P＝I2R)成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮。•『想一想』•如图所示，使用220V交流电源的电气设备，其金属外壳和电源之间绝缘性良好(即外壳不与电源连接)。但是有时候用手触摸外壳时仍会感到“手麻”，这是什么原因？应如何改进电器设备以避免这种情况？解析：因为与电源连接的机芯和金属外壳可以看成电容器的两个极板，电源中的交变电流能“通过”这个“电容器”产生“漏电”，故用手触摸设备外壳时有触电的感觉。为确保安全，电气设备外壳应接地。课内互动探究探究一电感对交变电流的阻碍作用•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，然后再将一铁芯插进线圈，灯泡的亮度会怎样变化？如果是在直流电路中情况又如何？1•提示：(1)线圈和灯泡是串联的，当铁芯插入线圈后，电感线圈的自感系数增大，所以电感器对交变电流阻碍作用增大，电路中的电流变小，灯泡的实际功率减小，则灯泡变暗。•(2)如果在该题中把交变电流换成直流电，由于直流电的电流大小和方向都不发生变化，所以线圈不会由于自感现象而对电流形成阻碍，铁芯插入不会影响到灯泡的亮度。•1．电感对交变电流的阻碍作用的成因•通过线圈的电流大小和方向变化，都会引起通过线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电动势，这种现象就是自感现象。根据楞次定律，自感电动势所引起的感应电流总是要使它产生的磁场阻碍线圈内原有磁场的变化，所以自感电动势对线圈中电流的变化有阻碍作用，这样就形成了对交变电流的阻碍作用，电感对交变电流阻碍作用的大小就称为感抗。•2．感抗的两个决定因素•决定感抗大小的因素有两个：一是交变电流的频率，二是自感系数L。L决定于线圈本身的性质，即线圈匝数、横截面积、有无铁芯等因素。•3．电感线圈在电路中的作用•(1)通直流、阻交流。这是对两种不同类型的电流而言的，因为恒定电流不变化，不能引起自感现象，所以对恒定电流没有阻碍作用。交变电流时刻改变，必有自感电动势产生以阻碍电流的变化，所以对交流有阻碍作用。•(2)通低频、阻高频。这是对不同频率的交变电流而言的因为交变电流的频率越高，电流变化越快，感抗也就越大，对电流的阻碍作用越大。•(3)扼流圈：利用电感阻碍交变电流的作用制成的电感线圈。•低频扼流圈：线圈绕在铁芯上，匝数多，自感系数大，铜线绕制电阻较小，具有“通直流、阻交流”的作用。•高频扼流圈：线圈有的绕在铁氧体芯上，有的是空心的，匝数少，自感系数小具有“通直流、通低频、阻高频”的作用。例1(多选)如图所示电路中，L为电感线圈，R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＝2202sin100πt(V)。若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100Hz，下列说法正确的是()A．电流表示数增大B．电压表示数增大C．灯泡变暗D．灯泡变亮BC•解题指导：①电感在交流电路中有类似于直流电路中的“电阻”的作用，这种阻碍作用不是保持不变的，它的大小与交流电的频率有关，频率变化，阻碍作用相应变化，做题时应注意。•②直流电路中的有关公式、规律在交流电路中同样适用。解析：由u＝2202sin100πtV，可得电源原来的频率为f＝ω2π＝100π2πHz＝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，选项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，选项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。因电源电压有效值保持不变。故UL＝U－UR，UL增大，选项B正确。•〔对点训练1〕(多选)如图所示，输入端a、b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的直流电阻不为零，且很小)()•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的直流成分比通过R的直流成分必定要大•解析：由于线圈直流电阻不为零，所以有直流通过R，而线圈对交流有阻碍作用，因此也有交流成分通过R，B错，C正确。由于R对交流也有阻碍作用，所以也有交流成分通过L,A错，因为导线的直流电阻很小，所以通过线圈的直流要比通过R的大，D正确。CD探究二电容对交变电流的阻碍作用•为什么电器设备和电子仪器的金属外壳都要接地？•提示：使用交变电流的电器设备和电子仪器，与电源相连的机芯和金属外壳可以看做电容器的两个极板，电源中的交变电流能够“通过”这个“电容器”，将“漏电”导入大地，为了确保安全，电器设备和电子仪器的金属外壳都应该接地。2•1．交变电流“通过”电容器•电容器两极板间是绝缘材料，当电容器接到交流电源上时，自由电荷不会通过两板间的绝缘电介质，只不过在交变电压的作用下，电容器交替进行充电和放电，电路中就有电流了，表现为交变电流“通过”了电容器。•2．电容器对交变电流有阻碍作用的原因•我们知道，恒定电流不能通过电容器，原因是电容器的两个极板被绝缘介质隔开了。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”，电容器两极板在此过程中由于电荷积累(或减少)而产生电动势，因而反抗电荷继续运动，就形成了电容器对交变电流的阻碍作用。•3．决定容抗的两个因素•交流电的频率和电容器的电容•4．电容器在电路中的作用•(1)通交流、隔直流。用来“通交流、隔直流”的电容器叫耦合电容器。其电容一般较大，常串接在两级电路之间，以使电流中的交流成分通过，如图所示。•(2)通高频，阻低频。在电子技术中，从某一装置输出的交流常常既有高频成分，又有低频成分。若在下一级电路的输入端并联一个电容器，就可只把低频成分的交流信号输送到下一级装置。具有这种“通高频、阻低频”用途的电容器叫高频旁路电容器，如图所示。•在如图所示电路中，交变电源是有效值为220V的电源，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()•A．等于220V•B．大于220V•C．小于220V•D．等于零C例2•解题指导：考查电容器对交变电流的阻碍作用，本题中，因为电容器有容抗，它分一部分电压。•解析：虽然交变电流能通过电容器，但对交流有阻碍作用，电容器的容抗与电阻串联，根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压，而电压表测的是电阻两端的电压，故选项C正确。•〔对点训练2〕(2019·云南省富宁一中高二年级下学期期中)如图所示电路中，AB两端加交流电压u＝141sin157t(V)时，小灯泡发光。若AB间电压变换为如下四种情况时(小灯泡都没有被烧毁)，可以使小灯泡亮度增加的是()•A．直流电压141V•B．直流电压100V•C．交流电压u＝141sin100tV•D．交流电压u＝141sin314tVD解析：电容器的作用是通交流，隔直流，通高频，阻低频，所以换成直流电压，灯泡不会亮，AB错误；根据公式f＝ω2π可得交流电压u＝141sin314t(V)频率变大，交流电压u＝141sin100t(V)频率减小，故C变暗，D变亮，故选D。核心素养提升电阻、感抗、容抗的比较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、交流均有阻碍作用只对变化的电流(如交流)有阻碍作用不能通直流，只能通变化的电流决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定，与温度有关由线圈的自感系数和交流的频率决定(成正比)由电容的大小和交流的频率决定(成反比)化与做功电能的转电流通过电阻做功，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•特别提醒：电感、电容接到交流电源上时，电能与磁场能或电能与电场能往复转化，所以电感、电容上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，从而造成电能的损耗。•如图所示，三只完全相同的灯泡a、b、c分别与盒子Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中的三种元件串联，再将三者并联，接在正弦交变电路中，三只灯泡亮度相同。若保持电路两端电压有效值不变，将交变电流的频率增大，观察到灯a变暗、灯b变亮、灯c亮度不变。则三个盒子中的元件可能是()•A．Ⅰ为电阻，Ⅱ为电容器，Ⅲ为电感器•B．Ⅰ为电感器，Ⅱ为电阻，Ⅲ为电容器•C．Ⅰ为电感器，Ⅱ为电容器，Ⅲ为电阻•D．Ⅰ为电容器，Ⅱ为电感器，Ⅲ为电阻•解析：当交变电流的频率增大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，由灯a变暗，灯b变亮可知，Ⅱ为电容器，Ⅰ为电感线圈，而电阻与交变电流的频率无关，故Ⅲ为电阻。C案例