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5．3电感和电容对交变电流的影响学习重点考查热度理解电感器、电容器对交变电流有阻碍作用的原因．★★★知道用感抗、容抗来表示电感器、电容器对交变电流阻碍作用的大小．★★★★知道感抗、容抗与哪些因素有关．★★★基础梳理一、电感对交变电流的阻碍作用1．实验探究如图所示，取直流电源电压与交流电源电压有效值相等(1)实验目的：了解并验证电感线圈对交变电流的阻碍作用．(2)实验现象：接通直流电源时，灯泡亮些；接通交流电源时，灯泡暗些．(3)实验结论：电感线圈对交变电流有阻碍作用．问：电感为什么对交变电流有阻碍作用？答：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．感抗感抗：电感线圈在交流电路中就相当于一个电阻，只不过电阻值不叫阻抗，叫感抗，类似电阻R＝U/I，同样有XL＝U/I(1)物理意义：表示电感对电流的阻碍作用的大小．(2)影响感抗大小的因素：线圈的自感系数越大，交流的频率越高，感抗越大．(3)感抗的应用：类型区别低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大较小感抗大小较大较小作用通直流、阻交流通低频、通直流，阻高频(4)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．感抗是由自感现象引起的，线圈的自感系数L越大，自感作用就越大，因而感抗越大；交流电的频率f越高，电流的变化率越大，自感作用也越大，因而感抗越大．(5)精确的实验可以确定感抗XL＝2πfL.3．电感线圈在电路中的作用(1)电感线圈对恒定直流ΔIΔt＝0没有感抗作用，因此电感线圈可以概括为“通直流，阻交流”，同时对频率越高的交变电流感抗越大，即所谓“通低频，阻高频”．(2)要求低频扼流圈感抗大，就要用自感系数较大的线圈即匝数较多并有铁芯的扼流圈来担任；高频扼流圈的自感系数要小得多，可以用匝数少且没有铁芯的扼流圈来担任．二、电容对交变电流的阻碍作用1．交变电流能够通过电容器(1)实验电路(如图所示)．(2)实验现象：电路中串有电容器时，接通直流电源，灯泡不亮，接通交流电源，灯泡亮．(3)实验结论：交变电流能够通过电容器，直流不能通过电容器．(4)深入理解：问：交变电流为什么能“通过”电容器？电容器对交变电流有阻碍作用是怎样产生的？答：①电容器两极板间是绝缘材料，当电容器接到交流电源上时，如图所示自由电荷不会通过两极板间的绝缘电介质，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电源电压推动自由电荷定向移动时，电容器极板上积累的电荷会阻碍自由电荷向此方向做定向运动，这就产生了电容器对交变电流的阻碍作用，电容大一次充电量大；频率高单位时间内充电次数多．所以电流大，容抗小．2．电容器对交变电流的阻碍作用(1)容抗：表示电容对交变电流阻碍作用的大小．电容器在交流电路中就相当于一个电阻，只不过电阻值不叫阻抗，叫容抗，类似电阻R＝U/I，同样有XC＝U/I.(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗越小．(3)应用：电容器具有(隔直流，通交流)的作用．3．决定容抗的两个因素(1)交流电的频率和电容器的电容，电容大一次充电量大；频率高单位时间内充电次数多．所以电流大，容抗小．(2)精确实验可以得到容抗XC＝12πfC.4．电容器在电路中的作用交变电流的频率越高，电容器充电时集聚的电荷相对较少，对电荷运动的阻碍作用越小，容抗也越小．同理，电容器的电容越大，容纳电荷的本领越大，充放电时所受的阻碍越小，容抗也就越小，所以电容有“通交流，隔直流，通高频，阻低频”的作用．三、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，如交变电流有阻碍作用不能通直流，只能通变化的电流．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决定由电容的大小和交流的频率决定电能的转化与做功电流通过电阻做功，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问：在电子技术中，从某一装置输出的交流电常常既有高频成分，又有低频成分．如果只需要把低频成分输送到下一级装置，只要在两级电路之间接入一个电容器(称做隔直电容器)就可以了，电容器应并联还是串联接入电路？图所示的接法对吗？为什么？答：如果只需要把低频成分输送到下一级装置，只要在下一级电路的输入端并联一个电容器如图所示，就可以达到目的，电容器对高频成分的容抗小，高频成分就通过电容器，而对于低频成分，电容器对高频成分的容抗很大，而使低频成分输入到下一级．这种用途的电容器就叫做高频旁路电容器，高频旁路电容器的电容一般较小．实际应用：电视机、音响中的超重低音喇叭两端一般并联电容器，让高频成分走了，只剩下低音成分，突出低音效果．规律方法规律鸟瞰考点热度规律一：电阻、感抗、容抗的比较★★★规律二：电容器和电感线圈在电路中的应用★★★规律一电阻、感抗、容抗的比较电容器、电感和电阻对电流的作用特点：(1)电阻的大小与交变电流的频率无关．(2)感抗的大小随交变电流频率的增大而增大．(3)容抗的大小随交变电流频率的增大而减小．把电容器、电感线圈等效为电阻，利用电路知识分析电流、电压．(多选)如图所示，交流电源的有效值电压U＝220V，频率f＝50Hz，3只灯泡L1、L2、L3的亮度相同(L无电阻)，若将交流电源的频率变为f＝100Hz，电压不变，则()A．L1灯比原来亮B．L2灯比原来亮C．L3灯和原来一样亮D．L3灯比原来亮【分析】根据电容器、电感和电阻对电流的作用特点判断灯泡的亮、暗变化．【解析】当将交流电源的频率换为f＝100Hz时，交流电源的频率变大，根据电容器、电感和电阻对电流作用的特点可知电容器的容抗减小，对电流的阻碍作用减弱，L1中的电流增大，L1变亮，A项正确；电感的感抗增大，对电流的阻碍作用增强，L2中的电流减小，L2变暗，B项错误；电阻的阻值不变，通过L3的电流也不变，亮度和原来一样，C项对，D项错．【答案】AC如图甲所示电路中，A1、A2、A3为相同的电流表，C为电容器，电阻R1、R2、R3的阻值相同，线圈L的电阻不计．在某段时间内，理想变压器T原线圈内磁场的磁感应强度B的变化情况如图乙所示，则在t1～t2时间内()A．电流表A1和A2的示数相同B．电流表A2的示数比A3的小C．电流表A1的示数比A2的小D．电流表的示数都不为零【分析】由图可知副线圈电路中的磁通量的变化情况，则由电磁感应可得出产生的感应电流；根据电容器及电感器的性质可得出各表的电流大小．【解析】原线圈中磁场如乙图所示变化，则原线圈中的磁通量均匀变化，故副线圈中产生恒定的电流，因线圈电阻不计，故线圈L对恒定电流没有阻碍作用，所以电流表A1和A2的读数相同，而电容器“通交隔直”，所以电流表A3的读数为0.故A项正确，B、C、D项错误．【答案】A【点评】本题综合考查电磁感应及电容器、电感器的工作原理，要求能记清电容、电感的作用．如图所示，三个灯泡是相同的，额定功率足够大，直流电源E1内阻可以忽略，交流电源E2的电动势有效值与E1相等，自感线圈电阻不计．当开关S接A点时，三灯亮度相同，当开关S接B点时()A．甲、乙、丙三灯亮度相同B．甲灯最亮，丙灯不亮C．甲灯和乙灯等亮，丙灯不亮D．乙灯最亮，丙灯不亮【分析】电容器具有通交隔直的特性，电感有通直阻交的特性，而交流与直流对电阻R没有影响．根据电感和电容的特性进行判断．【解析】由题，当单刀双掷开关S接A时，即为交流，三个灯亮度相同，说明电感L的感抗、电容C的容抗与电阻R相同，当S接B时，即为直流，电感L没有感抗，电容器具有隔断直流的作用，而交流与直流对电阻R没有影响，所以丙灯不亮，灯甲亮度不变，乙灯亮度增加，故D项正确，A、B、C项错误．【答案】D【点评】本题要抓住电容器与电感器的特性：电容器具有通交流，隔直流，电感器具有通直流、阻交流的特性．规律二电容器和电感线圈在电路中的应用1．电容器的应用(1)隔直电容器，如图所示，作用是“通交流、隔直流”，因为直流电不能通过电容器，交流电能“通过”电容器．起这样作用的电容器电容要大些．(2)高频旁路电容器，如图所示，作用是“通高频、阻低频”，因为对不同频率的交流电，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大，即电容对低频交变电流阻碍作用大．对高频交变电流阻碍作用小，起这样作用的电容器电容要小些．2．电感器的应用(1)低频扼流圈：可起到“通直流、阻交流”的作用．(2)高频扼流圈：可起到“通直流、通低频、阻高频”的作用．3．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)如果将电容器与负载并联，然后与电感线圈串联，就能更好的起到滤掉电流中交流成分或高频成分的作用，如图所示．(2)如果将电感线圈与负载并联，然后与电容器串联，就能更好的起到滤掉电流中直流成分和低频成分的作用，如图所示．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【分析】根据电感和电容对交流中的高频成分和低频成分的阻碍作用不同来分析．【解析】因线圈自感系数L很小，所以对低频成分的阻碍作用很小，这样直流和低频成分能顺利通过线圈，电容器并联在电路中，起旁路作用，因电容C很小，对低频成分的阻碍作用很大，而对部分通过线圈的高频成分阻碍作用很小，被它旁路，最终输出的是低频交流和直流．【答案】D如图所示是“二分频”音箱内部电路，来自前级电路的电信号，被电容和电感组成的分频电路分成高频成分和低频成分，分别送到高、低音扬声器，下列说法正确的是()A．C1让低频成分通过B．L2让高频成分通过C．扬声器BL1是低音扬声器D．扬声器BL2是低音扬声器【分析】电感器的特点：通直流，阻交流；通低频，阻高频．电容器的特点：通交流，隔直流；通高频，阻低频．【解析】C1的作用是阻碍低频电流通过BL1扬声器．故A项错误；L2的作用是阻碍高频电流通过BL2扬声器，是让低频交流电通过，故B项错误；高频和低频交流电通入该电路，由于线圈通低频，阻高频，电容通高频，阻低频，所以低频交流电通过BL2扬声器，高频交流电通过BL1扬声器．所以BL2扬声器是低音扬声器，故C项错误，D项正确．【答案】D【点评】解决本题的关键掌握电感器和电容器的特点，电感器的特点：通直流，阻交流；通低频，阻高频．电容器的特点：通交流，隔直流；通高频，阻低频．应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入．某输电线路横穿公路时，要在地下埋线．为了保护输电线不至于被压坏，可预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过．电线穿过钢管的方案有两种(如图所示)：甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过；乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根钢管中穿过．如果输电导线输送的电流很强大，为了减小电磁感应带来的不利影响，那么以下说法正确的是()A．无论输送的电流是恒定电流还是交变电流，甲、乙两方案都是可行的B．若输送的电流是交变电流，甲、乙两方案都是可行的C．若输送的电流是交变电流，甲方案是不可行的，乙方案是可行的D．若输送的电流是交变电流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的【分析】由图可知，甲图中两金属管形成了电容器，当通恒定电流时，钢管对导线没有阻碍作用；当通