高中物理 第五章 交变电流 3 电感和电容对交变电流的影响课件 新人教选修32.ppt

自自主主学学习习基基础础知知识识3 电电感和感和电电容容对对交交变电变电流的影响流的影响学学习习目目标标1.电电感和感和电电容容对对交交变电变电流的影流的影响响(重点重点)2.电电感器和感器和电电容器的容器的应应用用(重点重点)3.电电感和感和电电容容对对交交变电变电流阻碍作用的理解流阻碍作用的理解(难难点点)4.影响感抗和容抗大小的因素影响感抗和容抗大小的因素(难难点点)合合作作探探究究重重难难疑疑点点解解题题技技巧巧素素养养培培优优2021/8/11 星期三12021/8/11 星期三22感抗感抗(1)物物理理意意义义：表表示示电电感感器器对对_阻阻碍碍作作用用的的大大小的物理量小的物理量(2)影影响响因因素素：线线圈圈的的_越越大大，交交流流的的_越高，感抗越大越高，感抗越大(3)应用：扼流圈应用：扼流圈低频扼流圈：可以用来低频扼流圈：可以用来“通通_，阻，阻_”高频扼流圈：可以用来高频扼流圈：可以用来“通通_，通，通_，阻，阻_”交变电流交变电流自感系数自感系数频率频率直流直流交流交流直流直流低频低频高频高频2021/8/11 星期三3电电感感线线圈圈对对交交变变电电流流的的阻阻碍碍作作用用为为什什么么随随线线圈圈的的自自感感系数、交系数、交变电变电流的流的频频率的增大而增大呢？率的增大而增大呢？【提提示示】电电感感线线圈圈的的阻阻碍碍作作用用是是由由交交变变电电流流通通过过线线圈圈时时产产生生的的自自感感电电动动势势引引起起的的，自自感感系系数数越越大大时时产产生生的的自自感感电电动动势势也也越越大大；交交变变电电流流的的频频率率越越高高，电电流流的的变变化化率率也也越越大大，感感应应电电动动势势也也就就越越大大，所所以以阻阻碍碍作作用用就就越越大大，感感抗抗也也就就越越大大2021/8/11 星期三41电电感感对对交交变电变电流阻碍作用越大，感抗就越小流阻碍作用越大，感抗就越小()2交交流流电电的的频频率率越越高高，电电感感对对交交流流的的阻阻碍碍作作用用越越大大()3电电感感线线圈圈之之所所以以对对交交变变电电流流有有阻阻碍碍作作用用，是是由由于于自自感感电动势总电动势总是阻碍是阻碍电电流的流的变变化化()2021/8/11 星期三51交变电流能通过电容器交变电流能通过电容器(1)实验电路实验电路(如图如图531)图图5312021/8/11 星期三6(2)实实验验目目的的：了了解解并并验验证证电电容容器器对对交交变变电电流流的的阻阻碍碍作作用用(3)实实验验方方法法：把把白白炽炽灯灯和和电电容容器器串串联联起起来来，先先把把它它们们接接到到直直流流电电源源上上，再再把把它它们们接接到到交交流流电电源源上上，观观察察灯灯泡泡的的发发光光情情况况把把电电容容器器从从电电路路中中取取下下来来，使使灯灯泡泡直直接接与与交交流流电电源源相相连连，再，再观观察灯泡的察灯泡的发发光情况光情况2021/8/11 星期三7(4)实验现实验现象象 接接到到_上上的的灯灯泡泡不不亮亮，接接到到_上上的的灯灯泡泡亮亮把把电电容容器器从从电电路路中中取取下下来来，使使灯灯泡泡直直接接与与交交流流电电源源相相连连，灯灯泡要比接有泡要比接有电电容器容器时时_(5)实验结论实验结论_能能够够“通通过过”电电容容器器，_不不能能通通过过电电容容器器电电容器容器对对_有有_作用作用直流直流交流交流亮亮交变电流交变电流直流直流交变电流交变电流阻碍阻碍2021/8/11 星期三82电容器对交变电流的阻碍作用电容器对交变电流的阻碍作用(1)容抗：表示电容器对容抗：表示电容器对_阻碍作用的大小阻碍作用的大小(2)影影响响容容抗抗大大小小的的因因素素：电电容容器器的的电电容容_，交交流流的频率的频率_，容抗越小，容抗越小(3)电电容容器器特特点点：“通通交交流流、隔隔直直流流；通通高高频频、阻阻低低频频”交流交流越大越大越高越高2021/8/11 星期三9感感抗抗的的实实质质是是由由线线圈圈的的自自感感现现象象引引起起的的，那那么么，电电容容器器对对交交变电变电流阻碍作用的流阻碍作用的实质实质是什么呢？是什么呢？【提提示示】当当交交变变电电流流“通通过过”电电容容器器时时，给给电电容容器器充充电电或或放放电电，形形成成充充电电或或放放电电电电流流，在在形形成成电电流流的的过过程程中中，对对自自由由电电荷荷来来说说，当当电电源源的的电电压压推推动动它它们们向向某某一一方方向向做做定定向向移移动动时时，电电容容器器两两极极板板上上积积累累的的电电荷荷却却反反抗抗它它们们向向这这个个方方向向做做定定向向移移动动，也也就就是是说说在在给给电电容容器器充充电电或或放放电电过过程程中中，在在电电容容器器两两极极板板形形成成跟跟原原电电压压相相反反的的电电压压，这这就就对对电电流流产产生生了了阻阻碍碍作用作用2021/8/11 星期三101电电容容器器在在交交变变电电路路中中，相相当当于于一一个个电电阻阻，具具有有分分压压作用作用()2电电容容器器接接到到交交流流电电源源时时，有有自自由由电电荷荷通通过过电电容容器器()3电电容器是通直流、阻交流，通高容器是通直流、阻交流，通高频频、阻低、阻低频频()2021/8/11 星期三11预预习习完完成成后后，请请把把你你认认为为难难以以解解决决的的问问题题记记录录在在下下面面的表格中的表格中问题问题1问题问题2问题问题3问题问题42021/8/11 星期三12学生分学生分组组探究一探究一电电感器和感器和电电容器容器对对交交变电变电流的阻碍流的阻碍作用作用第第1步探究步探究分分层设问层设问，破解疑，破解疑难难1交流交流电电路和直流路和直流电电路中阻碍路中阻碍电电流大小的因素分流大小的因素分别别有有哪些？哪些？【提示提示】在直流在直流电电路中，受路中，受电电阻的阻碍作用，在交阻的阻碍作用，在交流流电电路中除了路中除了电电阻外，阻外，还还受受电电感器和感器和电电容器容器对对交交变电变电流的阻流的阻碍作用碍作用2021/8/11 星期三132交交变变电电流流的的频频率率越越高高，电电感感器器、电电容容器器、电电阻阻对对电电流的阻碍作用会怎流的阻碍作用会怎样变样变化？化？【提提示示】交交变变电电流流的的频频率率越越高高，感感抗抗越越大大，容容抗抗越越小，小，电电阻阻值值不不变变2021/8/11 星期三14第第2步步结论结论自我自我总结总结，素能培养，素能培养1电电阻、感抗、容抗的区阻、感抗、容抗的区别别电阻电阻感抗感抗容抗容抗产生的产生的原因原因定向移定向移动动的自的自由由电电荷与不荷与不动动的离子的离子间间的碰的碰撞撞由于由于电电感感线线圈的自圈的自感感现现象阻象阻碍碍电电流的流的变变化化电电容器两极板上容器两极板上积积累的累的电电荷荷对对向向这这个个方向定向移方向定向移动动的的电电荷的反抗作用荷的反抗作用在电路在电路中中的特点的特点对对直流、交流直流、交流均有阻碍作用均有阻碍作用对对交流有交流有阻碍作用阻碍作用对对直流的阻碍作用直流的阻碍作用无限大，无限大，对对交流的交流的阻碍作用随阻碍作用随频频率的率的降低而增大降低而增大2021/8/11 星期三15决定决定因素因素由由导导体本身体本身(长长短、粗短、粗细细、材料材料)决定，决定，与温度有关与温度有关由由线线圈本身的圈本身的自感系数和交自感系数和交流的流的频频率率f决决定定由由电电容的大小容的大小和交流的和交流的频频率率f决定决定电能的电能的转化与转化与做功做功电电流通流通过电过电阻阻做功，做功，电电能能转转化化为为内能内能电电能和磁能和磁场场能能往复往复转转化化电电能与能与电场电场能能往复往复转转化化2021/8/11 星期三162.交变电流能够交变电流能够“通过通过”电容器的理解电容器的理解 当当电电容容器器接接到到交交流流电电源源上上时时，由由于于两两极极板板间间的的电电压压变变化化，电电压压升升高高时时，形形成成充充电电电电流流，电电压压降降低低时时，形形成成放放电电电电流流，充充、放放电电交交替替进进行行，电电路路中中就就好好像像交交变变电电流流“通通过过”了了电电容容器器，实实际际上上，自自由由电电荷荷并并没没有有通通过过两两极极板板间间的的绝绝缘缘介介质质2021/8/11 星期三17第第3步例步例证证典例印典例印证证，思，思维维深化深化(多多选选)(2020泰泰安安高高二二检检测测)在在如如图图532所所示示的的电电路路中中，L为为电电感感线线圈圈，R为为灯灯泡泡的的电电阻阻，电电流流表表内内阻阻为为零零，电电压压表表内内阻阻无无限限大大，交交流流电电源源的的电电压压U220sin100 t(V)若若保保持持电电源源电电压压有有效效值值不不变变，只只将将电电源源频频率率改改为为100 Hz，下下列列说说法正确的是法正确的是()2021/8/11 星期三18A电电流表示数增大流表示数增大B电压电压表示数增大表示数增大C灯泡灯泡变变暗暗 D灯泡灯泡变变亮亮【思路点思路点拨拨】解答本解答本题时应题时应把握以下两点：把握以下两点：(1)感抗与交感抗与交变电变电流的流的频频率的关系率的关系(2)串串联电联电路的路的电压电压关系关系2021/8/11 星期三19在在电电压压不不变变的的情情况况下下，电电路路中中的的电电流流减减小小，选选项项A错错误误；灯灯泡泡的的电电阻阻R是是一一定定的的，电电流流减减小小时时，实实际际消消耗耗的的电电功功率率(PI2R)减小，灯泡变暗，选项减小，灯泡变暗，选项C正确，正确，D错误；错误；2021/8/11 星期三20电电压压表表与与电电感感线线圈圈并并联联，其其示示数数为为线线圈圈两两端端的的电电压压UL，设设灯灯泡泡两两端端电电压压为为UR，则则电电源源电电压压的的有有效效值值为为UULUR，由由于于因因URIR，由由于于电电流流I减减小小，故故UR减减小小，因因电电源源电压有效值保持不变，故电压有效值保持不变，故UL(UUR)增大，选项增大，选项B正确正确【答案答案】BC2021/8/11 星期三21如如图图533所所示示白白炽炽灯灯和和电电容容器器串串联联后后接接在在交交流流电电源源的的两端，当交流两端，当交流电电源的源的频频率增大率增大时时()A电电容器容器电电容增大容增大B电电容器容器电电容减小容减小C电电灯灯变变暗暗D电电灯灯变变亮亮2021/8/11 星期三22【思思路路点点拨拨】(1)电电容容器器的的容容抗抗与与交交变变电电流流的的频频率率有有关关(2)频率增大时，容抗减小频率增大时，容抗减小【解解析析】电电容容器器的的电电容容是是由由电电容容器器本本身身的的特特性性决决定定的的，与与外外加加的的交交流流电电源源的的频频率率无无关关，故故选选项项A和和B是是错错误误的的当当交交流流电电源源的的频频率率增增加加时时，电电容容器器充充、放放电电的的速速度度加加快快，电容器的容抗减小，电流增大，电灯变亮电容器的容抗减小，电流增大，电灯变亮【答案答案】D2021/8/11 星期三23电容器、电感器、二极管的导电性能电容器、电感器、二极管的导电性能它们的导电特性不同，接不同的电源电压，就会产生它们的导电特性不同，接不同的电源电压，就会产生不同的现象，应根据它们的特性和所加的电压逐一判断发生不同的现象，应根据它们的特性和所加的电压逐一判断发生的现象的现象2021/8/11 星期三24第第4步巧步巧练练精精选习题选习题，落，落实实强强化化图图5341(2020曲曲阜阜师师大大附附中中高高二二检检测测)一一个个灯灯泡泡通通过过一一个个粗粗导导线线的的线线圈圈与与一一交交流流电电源源相相连连接接，如如图图534所所示示一一铁铁棒棒插插进线进线圈之后，圈之后，该该灯将灯将()A变变亮亮B变变暗暗C没有影响没有影响 D无法判断无法判断2021/8/11 星期三25【解解析析】在在线线圈圈内内由由于于磁磁场场变变化化而而产产生生的的感感应应电电动动势势，总总是是反反抗抗电电流流的的变变化化正正是是这这种种反反抗抗变变化化的的特特性性(电电惰惰性性)，使使线线圈圈产产生生了了感感抗抗加加入入铁铁芯芯改改变变了了电电感感的的自自感感系系数数，自自感感系系数数增增大大，感感抗抗增增大大，降降落落的的电电压压增增大大，灯灯泡泡上上的的电电压压减小，所以灯减小，所以灯变暗故变暗故B正确正确【答案答案】B2021/8/11 星期三262.图图535(2020徐徐州州一一中中高高一一检检测测)如如图图535所所示示的的电电路路中中，正正弦弦式式电电流流源源电电压压的的有有效效值值为为220 V，则则关关于于交交流流电电压压表表的的示示数，以下数，以下说说法中正确的是法中正确的是()A等于等于220 V B大于大于220 VC小于小于220 V D等于零等于零2021/8/11 星期三27【解解析析】虽虽然然交交变变电电流流能能通通过过电电容容器器，但但也也受受到到阻阻碍碍作作用用，电电容容器器与与电电阻阻串串联联，根根据据分分压压原原理理可可知知电电阻阻两两端端的的电电压压小小于于电电源源电电压压，电电压压表表测测的的是是电电阻阻两两端端的的电电压压，C正正确确【答案答案】C2021/8/11 星期三28学生分学生分组组探究二探究二电电感器、感器、电电容器在交容器在交变电变电路中的路中的应应用用第第1步探究步探究分分层设问层设问，破解疑，破解疑难难1使用使用220 V交流交流电电源的源的电电气气设备设备和和电电子子仪仪器，金属器，金属外壳和外壳和电电源之源之间间都有良好的都有良好的绝缘绝缘，但是有，但是有时时用手触摸外壳用手触摸外壳时时会有会有“麻手麻手”的感的感觉觉，用，用试电试电笔笔测试时氖测试时氖管也会管也会发发光，光，这这是是为为什么呢？采用什么措施可解决什么呢？采用什么措施可解决这这一一问题问题？2021/8/11 星期三29【提提示示】与与电电源源连连接接的的机机芯芯和和金金属属外外壳壳构构成成一一个个电电容容器器，交交变变电电流流能能够够通通过过这这个个电电容容器器，也也就就是是说说机机芯芯、外外壳壳间间始始终终在在进进行行着着充充放放电电，所所以以能能感感觉觉到到“漏漏电电”解解决决方方案案就就是是金金属属外外壳壳接接地地，其其实实现现在在生生产产的的电电气气设设备备都都增增加加了了接接地地线线2021/8/11 星期三302试试分分析析电电容容器器的的电电容容C与与容容抗抗的的定定性性关关系系，若若要要通通高高频频阻低阻低频频，应选应选用用电电容容C大些的大些的还还是小些的是小些的电电容器？容器？【提提示示】电电容容器器的的电电容容C越越大大，充充放放电电显显示示的的容容抗抗越越小小，若若要要通通高高频频阻阻低低频频，则则电电容容器器的的容容抗抗在在低低频频时时应应表表现现很大，很大，应选应选用用电电容容C较较小的小的电电容器容器2021/8/11 星期三31第第2步步结论结论自我自我总结总结，素能培养，素能培养1电电感器的作用感器的作用 (1)低低频频扼流圈：可起到扼流圈：可起到“通直流、阻交流通直流、阻交流”的作用的作用 (2)高高频频扼扼流流圈圈：可可起起到到“通通直直流流、通通低低频频，阻阻高高频频”的作用的作用2021/8/11 星期三322电容器的作用电容器的作用图图536(1)隔隔直直电电容容器器，如如图图536所所示示作作用用是是“通通交交流流、隔隔直直流流”，因因为为直直流流不不能能通通过过电电容容器器，交交流流能能“通通过过”电电容容器器起这样作用的电容器电容要大些起这样作用的电容器电容要大些2021/8/11 星期三33图图537(2)高频旁路电容器，如图高频旁路电容器，如图537所示，作用是所示，作用是“通高频、通高频、阻低频阻低频”，因为对不同频率的交流电，频率越高，容抗越小，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，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，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小些2021/8/11 星期三343电感器和电容器的组合作用电感器和电容器的组合作用图图538(1)如如果果将将电电容容器器与与负负载载并并联联，然然后后与与电电感感线线圈圈串串联联，就就能能更更好好地地起起到到滤滤掉掉电电流流中中交交流流成成分分或或高高频频成成分分的的作作用用，如如图图538所示所示2021/8/11 星期三35图图539(2)如果将电感线圈与负载并联，然后与电容器串联，如果将电感线圈与负载并联，然后与电容器串联，就能更好地起到滤掉电流中直流成分或低频成分的作用，如就能更好地起到滤掉电流中直流成分或低频成分的作用，如图图539所示所示2021/8/11 星期三36第第3步例步例证证典例印典例印证证，思，思维维深化深化图图5310(2020广广东东中中山山中中学学期期中中)在在收收音音机机线线路路中中，经经天天线线接接收收下下来来的的电电信信号号既既有有高高频频成成分分又又有有低低频频成成分分，经经放放大大后后送送给给下下一一级级，需需要要把把低低频频成成分分和和高高频频成成分分分分开开，只只让让低低频频成成分分输输入入给给下下一一级级，我我们们采采用用了了如如图图5310所所示示的的装装置置电电路路，其其中代号中代号a、b应选择应选择的元件是的元件是()2021/8/11 星期三37Aa是是电电容容较较大的大的电电容器，容器，b是低是低频频扼流圈扼流圈Ba是是电电容容较较大的大的电电容器，容器，b是高是高频频扼流圈扼流圈Ca是是电电容容较较小的小的电电容器，容器，b是低是低频频扼流圈扼流圈Da是是电电容容较较小的小的电电容器，容器，b是高是高频频扼流圈扼流圈【思思路路点点拨拨】搞搞清清a、b处处元元件件应应起起的的作作用用，是是正正确确选择选择元件的关元件的关键键2021/8/11 星期三38【解解析析】电电容容器器具具有有“通通高高频频、阻阻低低频频”作作用用，这这样样的的电电容容器器电电容容应应较较小小，故故a处处是是电电容容较较小小的的电电容容器器电电感感线线圈圈在在该该电电路路中中要要求求做做到到“通通低低频频、阻阻高高频频”，所所以以b处处应应接一个高频扼流线圈接一个高频扼流线圈【答案答案】D2021/8/11 星期三39第第4步巧步巧练练精精选习题选习题，落，落实实强强化化图图5311如如图图5311所所示示的的电电路路中中，当当在在a、b两两端端加加上上直直流流电电压压时时，L1正正常常发发光光，L2不不亮亮；当当在在a、b两两端端加加上上同同样样的的交交变变电电压压时时，L1发发光光亮亮度度变变暗暗，L2正正常常发发光光，则则A、B分分别别为为_和和_2021/8/11 星期三40【解解析析】本本题题考考查查电电感感器器、电电容容器器对对交交变变电电流流的的作作用用的的逆逆向向推推导导在在a、b两两端端加加上上直直流流电电压压时时，L2不不亮亮，说说明明B中中元元件件不不让让直直流流通通过过，故故B中中元元件件应应为为电电容容器器；在在a、b两两端端加加上上直直流流电电压压时时，L1正正常常发发光光，当当在在a、b两两端端加加上上同同样样的的交交流流电电压压时时，L1发发光光亮亮度度变变暗暗，说说明明A中中元元件件对对交交变变电电流流的的阻阻碍碍作作用用大大于于对对直直流流的的阻阻碍碍作作用用，所所以以应应为为电电感感线线圈圈【答案答案】电感线圈电容器电感线圈电容器2021/8/11 星期三41电感器和电容器的组合电路问题电感器和电容器的组合电路问题1电感器、电容器接到交流电源上时，电能与磁场能电感器、电容器接到交流电源上时，电能与磁场能或电场能往复转化，所以电感器、电容器上不会消耗电能，或电场能往复转化，所以电感器、电容器上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，使部分电能转变为而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，使部分电能转变为内能，从而造成电能的损耗内能，从而造成电能的损耗2021/8/11 星期三422在在直直流流电电路路中中，电电流流的的大大小小由由电电压压和和电电阻阻决决定定，而而在在交交流流电电路路中中，决决定定电电流流大大小小的的除除了了电电压压和和电电阻阻，还还与与电电感感器器和和电电容容器器对对交交变变电电流流的的阻阻碍碍作作用用有有关关，电电路路中中的的电电感感器器和和电电容容器器两两端端均均有有电电压压，在在交交流流的的频频率率不不变变时时，纯纯电电感感器器电电路路和和纯电纯电容器容器电电路中，路中，电电流大小跟流大小跟电压电压成正比成正比2021/8/11 星期三43在在频频率率为为f的的交交变变电电流流电电路路中中，如如图图5312所所示示，当当开开关关S依依次次分分别别接接通通R、C、L支支路路，这这时时通通过过各各支支路路的的电电流流有有效效值值相相等等若若将将交交变变电电流流的的频频率率提提高高到到2f，维维持持其其他他条条件件不不变变，则则下列几种情况不可能的是下列几种情况不可能的是()A通通过过R的的电电流有效流有效值值不不变变B通通过过C的的电电流有效流有效值变值变大大C通通过过L的的电电流有效流有效值值减小减小D通通过过R、C、L的的电电流有效流有效值值都不都不变变2021/8/11 星期三44【思思路路点点拨拨】正正确确区区分分电电阻阻、感感抗抗、容容抗抗的的概概念念是是解决本题的关键解决本题的关键2021/8/11 星期三45【答案答案】D2021/8/11 星期三46 先看名先看名师师指津指津电电阻阻、电电感感、电电容容器器在在交交流流电电路路中中的的作作用用不不同同，电电阻阻对对所所有有电电流流阻阻碍碍作作用用相相同同，阻阻碍碍的的结结果果是是电电能能转转化化为为内内能能；纯纯电电感感线线圈圈、电电容容器器对对交交流流的的阻阻碍碍作作用用与与频频率率有有关关，阻阻碍的碍的结结果是果是电电能和磁能和磁场场能、能、电场电场能相互能相互转转化化2021/8/11 星期三47 再演再演练应练应用用如如图图5313所所示示，线线圈圈的的自自感感系系数数L和和电电容容器器的的电电容容C都都很很小小(L1 mH，C200 pF)，此此电电路路的的重重要要作作用用是是()2021/8/11 星期三48A阻直流通交流，阻直流通交流，输输出交流出交流B阻交流通直流，阻交流通直流，输输出直流出直流C阻低阻低频频通高通高频频，输输出高出高频频交流交流D阻高阻高频频通低通低频频，输输出低出低频频交流和直流交流和直流2021/8/11 星期三49【解解析析】线线圈圈的的作作用用是是：“通通直直流流、阻阻交交流流，通通低低频频、阻阻高高频频”电电容容器器的的作作用用是是：“通通交交流流、阻阻直直流流，通通高高频频、隔隔低低频频”因因为为线线圈圈自自感感系系数数L很很小小，所所以以它它的的主主要要功功能能就就是是通通直直流流，通通低低频频，阻阻高高频频，这这样样，直直流流和和低低频频成成分分能能顺顺利利通通过过线线圈圈；电电容容器器并并联联在在电电路路中中，因因电电容容C很很小小，对对低低频频成成分分和和直直流流的的阻阻碍碍作作用用很很大大，而而对对部部分分通通过过线线圈圈的的高高频频成成分阻碍作用很小，这样最终输出的是低频交流和直流分阻碍作用很小，这样最终输出的是低频交流和直流【答案答案】D2021/8/11 星期三502021/8/11 星期三512021/8/11 星期三52