人教物理选修3-2第五章电感和电容对交变电流影响.ppt

人教物理选修3-2第五章电感和电容对交变电流影响第一页，共34页。回顾：回顾：第二页，共34页。 演示演示LSLS如图，把带铁芯的线圈如图，把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来，先把它们接到与小灯泡串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上。取直流电源的电压直流电源上，再把它们接到交流电源上。取直流电源的电压与交流电压的有效值相等。观察两种情况下灯泡的亮度。这与交流电压的有效值相等。观察两种情况下灯泡的亮度。这个实验说明了什么？个实验说明了什么？第三页，共34页。演示实验一：演示实验一：实验器材实验器材:学生电源、规格相同的小灯泡两个学生电源、规格相同的小灯泡两个、线圈、滑动变、线圈、滑动变 阻器、双刀双掷开关。阻器、双刀双掷开关。LR R=RL实验步骤：实验步骤：接通直流接通直流,选择适当的电压值选择适当的电压值,观察观察到什么现象到什么现象,说明了什么道理说明了什么道理? 现象现象:两灯泡的亮度相同两灯泡的亮度相同.说明说明:线圈对直流没有影响线圈对直流没有影响!接通交流接通交流,选择适当的电压值选择适当的电压值,观察到什观察到什么现象么现象,说明了什么道理说明了什么道理?现象现象:和线圈连接的灯泡比较暗和线圈连接的灯泡比较暗.说明说明:线圈对交流有阻碍作用线圈对交流有阻碍作用!思考:为什么线为什么线圈对直流没影圈对直流没影响而对交流有响而对交流有影响呢影响呢?第四页，共34页。 1 1）感抗感抗: :反映反映电感对交变电流的阻碍作用的大小。电感对交变电流的阻碍作用的大小。 2 2）决定感抗大小的因素：）决定感抗大小的因素： 线圈的自感系数线圈的自感系数交流电的频率交流电的频率1、电感对交变电流的阻碍作用：、电感对交变电流的阻碍作用：3 3成因：由于交变电流是不断变化的，所以在电感上产生自感电动势，自感成因：由于交变电流是不断变化的，所以在电感上产生自感电动势，自感电动势是阻碍电流变化的。电动势是阻碍电流变化的。注：感抗的大小不仅与线圈构造有关，而且与通过的交流电（频率）有关。注：感抗的大小不仅与线圈构造有关，而且与通过的交流电（频率）有关。这表现了交流与直流不同的特性。这表现了交流与直流不同的特性。注注、电感对直流电没有阻碍作用，对、电感对直流电没有阻碍作用，对交流电有阻碍作用交流电有阻碍作用。通直流、阻交流通直流、阻交流线圈的线圈的自感系数越大自感系数越大、交流频率越高交流频率越高,电感对交流的阻碍作用就越大电感对交流的阻碍作用就越大,线圈的线圈的感抗就越大感抗就越大. 第五页，共34页。扼流圈：第六页，共34页。(1)低频扼流圈：低频扼流圈：(2)高频扼流圈：高频扼流圈：3、扼流圈、扼流圈构造构造：线圈绕在铁心上，匝数多：线圈绕在铁心上，匝数多 自感系数大自感系数大，感抗大，感抗大作用作用：“通直流通直流、阻交流阻交流” 构造构造：线圈绕在铁氧体上，匝数少：线圈绕在铁氧体上，匝数少 自感系数小自感系数小，感抗小，感抗小 作用：作用：“通低频通低频，阻高频阻高频” R1R2LR2两端直流电压两端直流电压与与R1两端大约相两端大约相等，交流电压比等，交流电压比R1两端小得多两端小得多第七页，共34页。 请同学们分析一下，请同学们分析一下，低频扼流圈低频扼流圈对对高频交流电高频交流电是否有是否有显著显著的阻碍作用？的阻碍作用？高频扼流圈高频扼流圈对对低频交流电低频交流电是否有是否有显著显著的阻碍作用？的阻碍作用？ 有有无无第八页，共34页。学以致用学以致用：)(100sin2220Vtu若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100HZ，下列说法正确的有，下列说法正确的有:如图所示电路中，如图所示电路中，L为电感线圈，为电感线圈，R为灯为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压为：大，交流电源的电压为：A.电流表示数增大电流表示数增大 B.电压表示数增大电压表示数增大C.灯泡变暗灯泡变暗 D.灯泡变亮灯泡变亮RL( BC )第九页，共34页。SC 演示演示如图，把小灯泡与电容器串联起来，先把它们接到如图，把小灯泡与电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上。观察两种直流电源上，再把它们接到交流电源上。观察两种情况下灯泡的发光情况。这个实验说明了什么？情况下灯泡的发光情况。这个实验说明了什么？SC第十页，共34页。SSC如果把电容器从电路中取下来如果把电容器从电路中取下来,直接与交流直接与交流电源相连电源相连,观察灯泡的亮暗情况观察灯泡的亮暗情况 演示演示第十一页，共34页。第十二页，共34页。+-实验器材实验器材：学生电源、小灯泡、电容器：学生电源、小灯泡、电容器(470uF)、双刀双掷开关。、双刀双掷开关。实验步骤：实验步骤：接通直流，观察到什么现象，说明了什么道理接通直流，观察到什么现象，说明了什么道理？现象：现象：灯泡不亮。灯泡不亮。解释：接交变电流时，自由电荷并没有通解释：接交变电流时，自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘电介质，只是在过电容器两极板间的绝缘电介质，只是在交变电压的作用下，电容器交替进行充、交变电压的作用下，电容器交替进行充、放电，电路中就有了电流。放电，电路中就有了电流。 演示实验二：演示实验二：说明：说明：直流电不能通过电容器。直流电不能通过电容器。接通交流接通交流,观察到什么现象观察到什么现象,说明了什么说明了什么道理道理?现象现象:灯泡变亮灯泡变亮.说明说明:交流电能交流电能“通过通过”电容器电容器.思考：思考：电容器两极板被绝电容器两极板被绝缘电介质隔开了，为什么缘电介质隔开了，为什么有电流通过灯泡？有电流通过灯泡？电容器有电容器有“通交流，隔直流通交流，隔直流”的作用。的作用。 第十三页，共34页。教学过程 三 电容器对交变电流的阻碍作用 演示实验4 观察电容器对交变电流的阻碍作用 观察比较有、无电容器时的现象；第十四页，共34页。教学过程 改变电容数值时的现象； 改变交变电流的频率时的现象 现象： 有电容时灯变暗； 电容越大，灯越亮； 频率越高，灯越亮 第十五页，共34页。(1)反映电容对交流的阻碍作用反映电容对交流的阻碍作用 电容越大，交流的频率越高电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍，电容器对交流的阻碍作用就越小，作用就越小，容抗越小容抗越小。fCXC21 *具体关系：具体关系：多学一点多学一点(2)影响容抗大小的因素影响容抗大小的因素电容器的电容电容器的电容C交变电流的频率交变电流的频率f第十六页，共34页。学以致用学以致用:如图所示，平行板电容器与如图所示，平行板电容器与灯泡串联后接在交变电源上灯泡串联后接在交变电源上，灯泡正常发光，则（，灯泡正常发光，则（ ）B.增大交变电流的频率增大交变电流的频率,灯泡将变暗灯泡将变暗.A.将介质板插入电容器中将介质板插入电容器中,灯泡将变暗灯泡将变暗.C.把电容器极板间距拉开一些把电容器极板间距拉开一些,灯泡将变暗灯泡将变暗.D.把电容器两极板错开一些把电容器两极板错开一些,灯泡将变暗灯泡将变暗.CDkdsC4第十七页，共34页。3、应用、应用(1)隔直电容：隔直电容：隔直流，通交流隔直流，通交流。 CR自自前前级级输输入入向向后后级级输输出出 在电子技术中，声音、图像等信号都有要变成交在电子技术中，声音、图像等信号都有要变成交流来处理。微弱的信号电流往往需要经过几级放大，流来处理。微弱的信号电流往往需要经过几级放大，在某级放大之后，要把信号送到下级，但两级的直流在某级放大之后，要把信号送到下级，但两级的直流工作状态不能相互影响。这时可以在两级之间接入左工作状态不能相互影响。这时可以在两级之间接入左图所示的电路图所示的电路,图中的电容器称为图中的电容器称为耦合电容器耦合电容器。 说一说，这个电路怎样说一说，这个电路怎样起到起到“隔直流，通交流隔直流，通交流”。P38问题与练习问题与练习2 第十八页，共34页。(2)高频旁路电容高频旁路电容：通高频，阻低频通高频，阻低频。 C自自前前级级输输入入向向后后级级输输出出 低频低频高频高频 在电子技术中，从某一装置输出的交流常常既有高频在电子技术中，从某一装置输出的交流常常既有高频成分，又有低频成分。如果只需要把低频成分输送到下一成分，又有低频成分。如果只需要把低频成分输送到下一级装置，可以在一级电路的输入端并联一个电容器。这样级装置，可以在一级电路的输入端并联一个电容器。这样，进入下一级的高频成分就很少了。这中电容器，进入下一级的高频成分就很少了。这中电容器叫做叫做高频旁路电容器高频旁路电容器。 说一说，这个电容器怎说一说，这个电容器怎样起到高频旁路作用。样起到高频旁路作用。第十九页，共34页。3.应用应用（1）隔直电容）隔直电容C大：大：隔直，通交，通低更通高隔直，通交，通低更通高（2）高频旁路电容）高频旁路电容C小：让高频交流信号通过小：让高频交流信号通过电容，而将低频信号送到下一级。电容，而将低频信号送到下一级。作用：通高，作用：通高，阻低，低频进下级高频进电容。阻低，低频进下级高频进电容。通交流、隔直流，通高频、阻低频通交流、隔直流，通高频、阻低频。第二十页，共34页。小结：小结：通直流通直流 ，阻交流阻交流 低频扼流圈（低频扼流圈（L大）大） 通低频，通低频， 阻高频阻高频 高频扼流圈（高频扼流圈（L小）小） 通交流通交流 ，隔隔直流直流 隔直电容器隔直电容器 通高频通高频 ，阻低频，阻低频 高频旁路电容器高频旁路电容器(C小小)第二十一页，共34页。如图所示电路中，三只电灯的亮度相同如图所示电路中，三只电灯的亮度相同，如果交流电的频率增大，三盏电灯的，如果交流电的频率增大，三盏电灯的亮度将如何改变？为什么？亮度将如何改变？为什么？ 灯灯L L1 1变暗变暗灯灯L L2 2变亮变亮灯灯L L3 3亮度不变亮度不变L L1 1L LC CR RL L2 2L L3 3第二十二页，共34页。1、有一电阻极小的导线绕制成线圈接在交流电上，如果电有一电阻极小的导线绕制成线圈接在交流电上，如果电源电压峰值保持不变，比较下面哪种情况，通过线圈的电源电压峰值保持不变，比较下面哪种情况，通过线圈的电流最小流最小( )A、所加电源频率为、所加电源频率为50 HzB、所加电源频率为、所加电源频率为100 HzC、所加电源频率为、所加电源频率为50 Hz，减少线圈匝数，减少线圈匝数D、在线圈中加入铁芯，所加电源频率为、在线圈中加入铁芯，所加电源频率为 100 HzD发散练习发散练习第二十三页，共34页。2、有两个电容分别为有两个电容分别为C1=5 F,C2=3 F的两的两电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，比较下列哪种情况通过电容器的电流最大比较下列哪种情况通过电容器的电流最大( )A、在、在C1上加上加f=50 Hz的交变电流的交变电流B、在、在C2上加上加f=50 Hz的交变电流的交变电流C、在、在C1上加上加f=60 Hz的交变电流的交变电流D、在、在C2上加上加f=60 Hz的交变电流的交变电流C第二十四页，共34页。 例例1、如图所示，从如图所示，从ab端输入的交端输入的交流含有高频和低频成分，为了使流含有高频和低频成分，为了使R上尽可能少地含有高频成分，采上尽可能少地含有高频成分，采用图示电路，其用图示电路，其L的作用是的作用是_，C的作用是的作用是_。解析：解析：因因L有有“通低频、通低频、阻高频阻高频”的特点，因此的特点，因此L的作的作用是阻挡高频成分；而通过用是阻挡高频成分；而通过L后还有少量的高频成分后还有少量的高频成分，利用，利用C“通高频通高频、阻低频、阻低频”的特点的特点,使绝大部分高使绝大部分高频成分从频成分从C流过。流过。RLCab R1R2L说一说说一说 (阅读阅读P38 )阻高频阻高频通高频通高频 R2LC大电容大电容第二十五页，共34页。例例2、如图所示，线圈的自感系数、如图所示，线圈的自感系数L和电容器的电容和电容器的电容C都很小都很小(如如L100H，C100pF)。此电路的主要。此电路的主要作用是作用是( ) A阻直流、通交流，输出交流阻直流、通交流，输出交流 B阻交流、通直流，输出直流阻交流、通直流，输出直流 C阻低频、通高频，输出高频交变电流阻低频、通高频，输出高频交变电流 D阻高频、通低频，输出低频交变电流和直流电阻高频、通低频，输出低频交变电流和直流电D第二十六页，共34页。例例3、如图所示，当交流电源的电压、如图所示，当交流电源的电压(有效值有效值) U220V、频率、频率f50Hz时，三只灯时，三只灯A、B、C的亮度相的亮度相同同(L无直流电阻无直流电阻)。(1)将交流电源的频率变为将交流电源的频率变为f100Hz，则，则( )(2)将电源改为将电源改为U220V的直流电源，则的直流电源，则 ( ) AA灯比原来亮灯比原来亮 BB灯比原来亮灯比原来亮 CC灯和原来一样亮灯和原来一样亮 DC灯比原来亮灯比原来亮 AC BCRCLABC第二十七页，共34页。解析：解析：因线圈自感系数很小，所以对低频成分的阻因线圈自感系数很小，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碍作用很小，这样直流和低频成分能顺利通过残留，电容器并联在电路中，起旁路作用过残留，电容器并联在电路中，起旁路作用，因电容，因电容C C很小，对低频成分的阻碍作用很很小，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大，而对部分通过线圈的高频成分阻碍作用很小，最终输出的是低频交流和直流很小，最终输出的是低频交流和直流所以，正确选项为所以，正确选项为D D第二十八页，共34页。后级输入后级输入前级输出前级输出巩固练习巩固练习 1.1.在电子技术中，从某一装置输出在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有交流成分，又有直流的电流常常既有交流成分，又有直流成分。如果只需要把交流成分输送到成分。如果只需要把交流成分输送到下一级装置，只要在两级电路之间接下一级装置，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可以了。电容器应并联还是串联接入电路？右图所示的接法对吗？为什么电路？右图所示的接法对吗？为什么？答：电容器应串联接入电路，图示接法是正确的。由于电答：电容器应串联接入电路，图示接法是正确的。由于电容器串联接入电路，直流成分不能通过，而交流成分可容器串联接入电路，直流成分不能通过，而交流成分可以通过电容器被输出到下一级装置。以通过电容器被输出到下一级装置。第二十九页，共34页。后级输入后级输入前级输出前级输出巩固练习巩固练习 1.1.在电子技术中，从某一装置在电子技术中，从某一装置输出的电流常常既有交流成分，输出的电流常常既有交流成分，又有直流成分。如果只需要把交又有直流成分。如果只需要把交流成分输送到下一级装置，只要流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。（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电容器应并联还是串联接入电路？右图所示的接法对吗？为什么？右图所示的接法对吗？为什么？答：电容器应串联接入电路，图示接法是正确的。由答：电容器应串联接入电路，图示接法是正确的。由于电容器串联接入电路，直流成分不能通过，而交于电容器串联接入电路，直流成分不能通过，而交流成分可以通过电容器被输出到下一级装置。流成分可以通过电容器被输出到下一级装置。第三十页，共34页。 2.2.在电子技术中，从某一装在电子技术中，从某一装置输出的交流常常既有高频成分置输出的交流常常既有高频成分，又有低频成分。如果只需要把，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要在下一级电路的输入端并联一个电容器就可以达到目的（如右个电容器就可以达到目的（如右图）。具有这种用途的电容器叫图）。具有这种用途的电容器叫做高频旁路电容器。请说明它的做高频旁路电容器。请说明它的工作原理。工作原理。后级输入后级输入前级输出前级输出答：电容器对高频成分的容抗小，对低频成分的容抗大，如图这答：电容器对高频成分的容抗小，对低频成分的容抗大，如图这样联接，高频成分就通过样联接，高频成分就通过“旁路旁路”的电容器，而低频成分输送到的电容器，而低频成分输送到下一级装置。下一级装置。可见：在电子技术中，电容广泛应用。可见：在电子技术中，电容广泛应用。第三十一页，共34页。例例1、如图所示，从、如图所示，从ab端输入的交流含有高频和低频成分，为了使端输入的交流含有高频和低频成分，为了使R上尽可能上尽可能少少地含有高频成分，采用图示电路，其地含有高频成分，采用图示电路，其L的作用是的作用是_，C的作用是的作用是_。 解析：因解析：因L有有“通低频、通低频、阻高频阻高频”的特点，因此的特点，因此L的作用是阻挡高频成分；而通过的作用是阻挡高频成分；而通过L后还有少量的后还有少量的高频成分，利用高频成分，利用C“通高频通高频、阻低频、阻低频”的特点，使绝的特点，使绝大部分高频成分从大部分高频成分从C流过。流过。P.42P.42说一说说一说阻挡高频成分阻挡高频成分使绝大部分高频成分从使绝大部分高频成分从C流过流过第三十二页，共34页。练习练习1、如图所示，线圈、如图所示，线圈L的自感系数和电容器的电的自感系数和电容器的电容容C都很小（如都很小（如L100H，C100pF）。此电路的）。此电路的主要作用是主要作用是-（ ）A阻直流、通交流，输出交流阻直流、通交流，输出交流B阻交流、通直流，输出直流阻交流、通直流，输出直流C阻低频、通高频，输出高频交变电流阻低频、通高频，输出高频交变电流D阻高频、通低频，输出低频交变电流和直流电阻高频、通低频，输出低频交变电流和直流电D“通直阻交，通低阻高通直阻交，通低阻高”旁侧旁侧C ： “通交隔直通交隔直” “通高阻低通高阻低” 第三十三页，共34页。谢谢！第三十四页，共34页。