山东省专用2018_2019学年高中物理第五章交变电流第3节电感和电容对交变电流的影响讲义含解析新人教版选修3_.doc
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1、第3节电感和电容对交变电流的影响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。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,交流的频率。线圈的自感系数越大,交流的频率越高,感抗越大。3感抗的应用低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大较
2、小感抗大小较大较小作用通直流、阻交流通直流、通低频,阻高频二、电容器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。2电容器对交变电流的阻碍作用(1)容抗:表示电容器对交变电流阻碍作用的大小。(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。1自主思考判一判(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)
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合作探究议一议(1)为什么电感器对交变电流有阻碍作用?提示:交变电流通过线圈(电感器)时,电流时刻在变化,由于线圈的自感现象,必然产生感应电动势阻碍电流的变化,就形成了电感器对交变电流的阻碍作用。(2)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?提示:电流是由电荷的定向移动形成的,
4、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)。(3)电容器对交变电流为什么有阻碍作用?提示: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。对感抗的认识1线圈对交变电流的阻碍作用的原因交变电流通过线圈时,由于电流的变化引起通过线圈的磁通量
5、发生变化,在线圈中产生自感电动势而阻碍电流的变化,也就阻碍了交变电流的通过形成感抗。2影响感抗大小的因素(1)交变电流的频率。交变电流的频率大时,交变电流变化得快,磁场变化得就快,通过线圈的磁通量变化率就大,自感电动势就大,从而阻碍磁通量的变化的能力也大,也就是阻碍交变电流的通过的作用就大,则感抗也就大。(2)线圈的自感系数。线圈的自感系数大时,同样的交变电流和磁通量的变化率,产生的自感电动势大,也就是阻碍交变电流通过的作用就大,则感抗也就大。3感抗大小分析思路1交流电通过一段长直导线时电流为I,如果把这根长直导线绕成线圈,再接入原电路,则通过线圈的电流I与原电流I相比()AIIBIP2CP1
6、P2,B正确。3多选在如图所示的电路中,L为电感线圈,R为灯泡的电阻,电流表内阻为零,电压表内阻无限大,交流电源的电压u220 sin 100t(V)。若保持电源电压有效值不变,只将电源频率改为100 Hz,下列说法正确的有()A电流表示数增大B电压表示数增大C灯泡变暗D灯泡变亮解析:选BC由u220 sin 100t(V),可得电源原来的频率为f Hz50 Hz。当电源频率由原来的50 Hz增为100 Hz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(PI2R)减小,灯泡变暗,选项C正确,D错误。电压表与电感线圈并联
7、,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UULUR,因URIR,电流I减小时,UR减小,因电源电压有效值保持不变,故UL(UUR)增大,选项B正确。电容器通交变电流又有阻碍作用的分析1交变电流“通过”电容器的分析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电容器对电流有阻碍作用的原因电容器充电的过程中,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充电和放电,其表现就是电容器
8、在交变电流“通过”中的阻碍作用。3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特点对直流、交流均有阻碍作用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,与温度有关由线圈本身的自感系数和交流电的频率f决定由电容的大小和交流电的频率f决定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典例如图所示的电路中,交流电的有效值不变,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?解析当交变电流的频
9、率增大时,线圈对交变电流的阻碍作用增大,通过灯泡L1的电流将减小,所以灯泡L1的亮度将变暗;而电容器对交变电流的阻碍作用随交变电流频率的增大而减小,即流过灯泡L2的电流增大,所以灯泡L2的亮度将变亮;由于电阻的大小与交变电流的频率无关,流过灯泡L3的电流不变,因此其亮度不变。答案见解析(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。 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电容器电容增大B电容器电容减小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
10、外加的交流电源的频率无关,故选项A和B是错误的。当交流电源的频率增大时,电容器充、放电的过程加快,电容器的容抗减小,电流增大,电灯变亮,故选项C错误,D正确。2.多选在频率为f的交变电流电路中,如图所示,当开关S依次分别接通R、C、L支路,这时通过各支路的电流有效值相等。若将交变电流的频率提高到2f,维持其他条件不变,则下列几种情况可能的是()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的电流有效值减小D通过R、C、L的电流有效值都不变解析:选ABC电阻对交变电流的阻碍作用即电阻大小,与电流的频率无关,因此通过电阻的电流有效值不变,A对;电感对交变电流的阻碍作用即感抗随交变电流频率
11、变大而变大,通过L的电流有效值减小,C对;电容的容抗随交变电流频率变大而变小,通过C的电流有效值变大,B对,D错。3.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,乙灯最亮解析:选D开关S接A时,甲、乙、丙三个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”;R对交流和直流有相同的阻抗。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(PI2R)成正比,所以只有丙灯不亮,乙
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