《2019-2020學(xué)年高中物理 第二章 交變電流 第四節(jié) 第五節(jié) 電感器對交變電流的作用 電容器對交變電流的作用學(xué)案 粵教版選修3-2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第二章 交變電流 第四節(jié) 第五節(jié) 電感器對交變電流的作用 電容器對交變電流的作用學(xué)案 粵教版選修3-2（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第四節(jié) 電感器對交變電流的作用 第五節(jié) 電容器對交變電流的作用 [學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]　 物理觀念：1.了解電感器和電容器對交變電流的阻礙和導(dǎo)通作用.2.建立感抗和容抗的概念，知道其物理意義及影響因素． 科學(xué)探究：通過觀察演示實驗的現(xiàn)象歸納出電感器和電容器對交變電流的作用． 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：在利用科學(xué)知識解釋實驗現(xiàn)象的過程中，逐步培養(yǎng)學(xué)生大膽提出科學(xué)猜想的精神． 一、電感器對交變電流的作用 1．電感器：由絕緣導(dǎo)線(如漆包線、紗包線等)一圈緊靠一圈地繞制而成，又稱電感線圈，電感器用字母“L”及電路符號表示． 2．電感器對交變電流的作用的實驗探究 (1)結(jié)論：電感器對恒定電流是

2、導(dǎo)通的，對交變電流有阻礙作用． (2)成因：由于自感作用，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢阻礙電流的變化，形成了對交變電流的阻礙作用． (3)影響因素：電感器的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越大，阻礙作用越大． 3．低頻扼流圈和高頻扼流圈 　　　名稱 比較內(nèi)容　　　 低頻扼流圈 高頻扼流圈 特點(diǎn) 匝數(shù)多、自感系數(shù)大 匝數(shù)少、自感系數(shù)小 應(yīng)用 通直流，阻交流 通直流、通低頻、阻高頻 二、電容器對交變電流的作用 1．交變電流能夠通過電容器 (1)現(xiàn)象：恒定電流不能通過電容器，交變電流能通過電容器，電容器具有“隔直流、通交流”的特性． (2)實質(zhì)：電壓變化時，電容器交替進(jìn)行充電和

3、放電，電路中有了電流，好像交變電流“通過”了電容器． 2．電容器對交變電流的阻礙作用的實驗探究 (1)結(jié)論：電容器對交變電流有阻礙作用． (2)成因：電源電壓推動自由電荷向某一方向定向運(yùn)動時，電容器兩極板上積累的電荷反抗它們向這個方向定向運(yùn)動． (3)影響因素：電容越大，交變電流的頻率越高，阻礙作用越?。? 3．隔直流電容器和高頻旁路電容器： 圖1 (1)圖1甲為隔直電容器，作用是“通交流、隔直流”． (2)圖乙為高頻旁路電容器，作用是“通高頻，阻低頻”． 1．判斷下列說法的正誤． (1)線圈的匝數(shù)越多，對同一個交變電流的阻礙作用就越大．(　√　) (2)線圈對

4、交變電流的阻礙作用隨著交變電流的頻率的變大而減?。?　×　) (3)電流“通過”電容器，并不是電荷穿過電容器兩極板間的絕緣層到達(dá)另一極板，而是電容器不斷地充放電的表現(xiàn)．(　√　) (4)電容器的電容越大，對同一交變電流的阻礙作用就越大．(　×　) 2．在頻率為f的交變電流電路中，如圖2所示，當(dāng)開關(guān)S依次分別接通R、C、L支路，這時通過各支路的電流有效值相等．若將交變電流的頻率提高到2f，保持其他條件不變，則通過R的電流有效值________，通過C的電流有效值________，通過L的電流有效值________．(選填“變大”“變小”或“不變”) 圖2 答案　不變　變大　變小

5、 一、電感器對交變電流的阻礙作用的分析 如圖所示，把帶鐵芯的線圈L與小燈泡串聯(lián)起來，先把它們接到直流電源上，再把它們接到有效值等于直流電源電壓的交流電源上． (1)兩種情況下燈泡的亮度有什么不同？說明了什么？ (2)乙圖中換用自感系數(shù)更大的線圈或調(diào)換頻率更高的交流電源，燈泡的亮度有何變化？說明了什么？ 答案　(1)甲圖中燈泡比乙圖中燈泡更亮，說明電感器對交變電流有阻礙作用． (2)不論是換用自感系數(shù)更大的線圈還是調(diào)換頻率更高的交流電源，燈泡均變得更暗，說明線圈的自感系數(shù)越大，交流電源的頻率越高，線圈對交變電流的阻礙作用越大． 1．線圈對交變電流產(chǎn)生阻礙作用

6、的原因 交變電流通過電感器時，由于電流時刻在變化，在線圈中就會產(chǎn)生自感電動勢，而自感電動勢總是阻礙原電流的變化，故電感器對交變電流產(chǎn)生阻礙作用． 2．影響感抗大小的因素 (1)交變電流的頻率．交變電流的頻率大時，交變電流變化得快，磁場變化得就快，自感電動勢就大，即阻礙交變電流的通過的作用就大，則感抗也就大． (2)線圈的自感系數(shù)．線圈的自感系數(shù)大時，同樣的交變電流和磁通量的變化率，產(chǎn)生的自感電動勢大，也就是阻礙交變電流通過的作用就大，則感抗也就大． 3．感抗大小分析思路 例1　(多選)如圖3所示實驗電路中，若直流電壓和交變電壓的有效值相等，S為雙刀雙擲開關(guān)，下列敘述正確的是(　

7、　) 圖3 A．當(dāng)S擲向a、b時燈較亮，擲向c、d時燈較暗 B．當(dāng)S擲向a、b時燈較暗，擲向c、d時燈較亮 C．S擲向c、d，把電感線圈中的鐵芯抽出時燈變亮 D．S擲向c、d，電源電壓不變，而使頻率減小時，燈變暗 答案　AC 解析線圈對直流無感抗，對交變電流有感抗，當(dāng)交變電流頻率減小時，感抗變小，燈變亮；有鐵芯時感抗更大，故鐵芯抽出時燈變亮． 二、電容器對交變電流的阻礙作用 如圖甲、乙所示，把燈泡和電容器串聯(lián)起來，先把它們接到直流電源上，再把它們接到交流電源上． (1)觀察燈泡的發(fā)光情況，并分析原因． (2)若把圖乙中的電容器去掉，變成圖丙所示電路，會發(fā)生什

8、么現(xiàn)象？說明了什么？ (3)在圖乙中，改變電容器的電容和電源頻率，燈泡亮度會有什么變化？說明了什么？ 答案　(1)題圖甲中的燈泡不亮，題圖乙中的燈泡亮．題圖甲中的電源是直流電源，電容器在電路中相當(dāng)于斷路，電路中沒有電流，燈泡不亮．題圖乙中的電源是交流電源，把交流電源接到電容器兩個極板上后，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有了電流，好像是交流“通過”了電容器，燈泡就亮了，但實際上自由電荷并沒有通過電容器兩極板間的絕緣介質(zhì)． (2)燈泡變得比乙中亮，說明電容器對交變電流有阻礙作用． (3)電容越大，燈泡越亮；頻率越高，燈泡越亮．電容器的電容和交變電流的頻率都對電容器對交變電流的阻礙作用有

9、影響． 1．電容器對交變電流的阻礙作用 電源電壓推動自由電荷定向移動，而電容器兩極板上積累的電荷抗拒自由電荷的定向移動，從而使電容器對交變電流有阻礙作用． 2．影響電容器容抗的兩個因素 (1)電容器的電容：電容器的電容越大，電容器容納電荷的本領(lǐng)就越大，即在容納相同電荷的情況下，電容大時電壓小，電場力也小，對電荷充電時受到的阻力就小，所以容抗就?。? (2)交變電流的頻率：交變電流的頻率高時，充電和放電的時間就短，相同電路電容器上聚集的電荷就少，電容器所達(dá)到的電壓就小，排斥充電和放電的電場力就小，從而阻礙作用就小，容抗就?。? 例2　如圖4所示，電路由交流電源供電，最大電壓保持不變，

10、如果交變電流的頻率升高，則下列說法中正確的是(　　) 圖4 A．電容器上的電荷量最大值增大 B．電容器的容抗增大 C．電路中燈泡的亮度變亮 D．電路中燈泡的亮度變暗 答案　C 解析　當(dāng)交變電流的頻率升高時，電容器的容抗減小，燈泡的亮度變亮，燈泡兩端的電壓變大，故選項C正確，選項B、D錯誤；由Q＝CU可知，選項A錯誤． 例3　(多選)圖5甲、乙兩圖是電子技術(shù)中的常用電路，a、b是各部分電路的輸入端，其中輸入的交流高頻成分用“～～～”表示，交流低頻成分用“～”表示，直流成分用“－”表示．關(guān)于兩圖中負(fù)載電阻R上得到的電流特征是(　　) 圖5 A．圖甲中R得到的是交流成分

11、 B．圖甲中R得到的是直流成分 C．圖乙中R得到的是低頻成分 D．圖乙中R得到的是高頻成分 答案　AC 解析　當(dāng)交變電流加在電容器上時，電容器有“通交流、隔直流，通高頻、阻低頻”的特性，題圖甲中電容器隔直流，R得到的是交流成分，A正確，B錯誤；題圖乙中交流高頻成分能通過電容器，電容器阻礙交流低頻成分，R得到的是低頻成分，C正確，D錯誤． 三、電阻、感抗、容抗的對比 1．容抗的大小除了與電容器自身的性質(zhì)有關(guān)外，還與交變電流的頻率有關(guān)．若用XC表示容抗，則XC＝. 2．感抗的大小除了與電感線圈自身的性質(zhì)有關(guān)外，還與交變電流的頻率有關(guān)．若用XL表示感抗，則XL＝2πfL. 3．電阻無

12、論對直流還是交流，阻礙作用相同，只取決于電阻本身． 例4　(多選)(2017·成都市高二檢測)如圖6所示的電路中，A、B、C三燈亮度相同，電源為220V、50Hz的交流電源，以下敘述中正確的是(　　) 圖6 A．改接220V、100Hz的交流電源時，A燈變亮，B燈變暗，C燈亮度不變 B．改接220V、100Hz的交流電源時，A燈變暗，B燈變亮，C燈變亮 C．改接220V的直流電源時，A燈熄滅，B燈變亮，C燈亮度不變 D．改接220V的直流電源時，A燈熄滅，B燈變亮，C燈變暗 答案　AC 解析　增大交流電源的頻率時，感抗增大，容抗減小，電阻的阻礙作用不變，故A燈變亮，B燈變暗

13、，C燈亮度不變，故A正確，B錯誤；改接直流電源時，電容器相當(dāng)于斷路，A燈熄滅，線圈無感抗，B燈更亮，電阻R阻礙作用不變，C燈亮度不變，故C正確，D錯誤． 提示　(1)在分析電流變化時，把感抗、容抗類比于導(dǎo)體的電阻，再用歐姆定律分析．(2)電感和電容對交、直流電的作用可記為：電感器“通直流、阻交流，通低頻、阻高頻”；電容器“通交流、隔直流，通高頻、阻低頻．” [學(xué)科素養(yǎng)]　通過例4進(jìn)一步建立了感抗和容抗的概念；知道電阻、電感器、電容器在直流電路和交流電路中的作用：1.電阻對交流、直流有相同的阻礙作用，交流頻率變化時，阻礙作用不變.2.電容器通交流、隔直流，通高頻、阻低頻.3.電感器通直流、阻

14、交流，通低頻、阻高頻． 通過這樣的提煉和升華，很好地體現(xiàn)了“物理觀念”的學(xué)科素養(yǎng)． 1．(感抗的理解)(多選)在如圖7所示的電路中，L為電感線圈，燈泡的電阻值為R，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無限大，交流電源的電壓u＝220sin (100πt) V．若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為100Hz，下列說法正確的是(　　) 圖7 A．電流表示數(shù)增大 B．電壓表示數(shù)增大 C．燈泡變暗 D．燈泡變亮 答案　BC 解析　由u＝220sin (100πt) V，可得電源原來的頻率f＝＝Hz＝50Hz，當(dāng)電源頻率由原來的50Hz增為100Hz時，線圈的感抗增大，在電壓不變的情

15、況下，電路中的電流減小，選項A錯誤；燈泡的電阻值R是一定的，電流減小時，燈泡實際消耗的電功率(P＝I2R)減小，燈泡變暗，選項C正確，D錯誤；電壓表與電感線圈并聯(lián)，其示數(shù)為線圈兩端的電壓UL，設(shè)燈泡兩端電壓為UR，則電源電壓的有效值為U＝UL＋UR，因UR＝IR，故電流I減小時，UR減小，因電源電壓的有效值保持不變，故UL＝U－UR增大，選項B正確． 2．(容抗的理解)如圖8所示的電路，F(xiàn)為一交流發(fā)電機(jī)，C為平行板電容器，為使電流表A的示數(shù)增大，可行的辦法是 (　　) 圖8 A．使發(fā)電機(jī)F的轉(zhuǎn)速增大 B．使發(fā)電機(jī)F的轉(zhuǎn)速減小 C．在平行板電容器間換用相對介電常數(shù)較小的電介質(zhì) D

16、．使電容器兩極板間的距離增大 答案　A 解析當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增大時，交變電流的頻率增大，電容器容抗減小，電流表A的示數(shù)增大，A項正確，B項錯誤；在平行板電容器間換用相對介電常數(shù)較小的電介質(zhì)時，電容器的電容減小，電容器兩極板間距離增大時電容也減小，當(dāng)電容減小時，容抗增大，對交變電流的阻礙作用增大，電流表A的示數(shù)減小，C、D項錯誤． 3．(電阻、感抗、容抗的對比)(2018·撫順市六校高二下學(xué)期期末)在一小型交流發(fā)電機(jī)中，矩形金屬線圈abcd的面積為S，匝數(shù)為n，線圈總電阻為r，外電路如圖9所示，其中三個燈泡都可視為阻值相等的定值電阻，如果線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的OO

17、′軸勻速轉(zhuǎn)動，角速度為ω時燈泡L1最亮，燈泡L2、L3一樣亮，現(xiàn)將線圈轉(zhuǎn)動的角速度增大到2ω，則下列說法中正確的是(　　) 圖9 A．燈泡L1最亮，燈泡L3次之，L2最暗 B．燈泡L1最亮，燈泡L2次之，L3最暗 C．燈泡L1最亮，燈泡L2、L3一樣亮 D．燈泡L3最亮，燈泡L1次之，L2最暗 答案　A 解析當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動的角速度變大時，感應(yīng)電動勢的最大值變大，交變電流的頻率變大，則電感線圈對交變電流的感抗增大，電容器對交變電流的容抗減小，燈泡L1最亮，燈泡L3次之，L2最暗，A正確． 4．(電阻、感抗、容抗的對比)(多選)如圖10所示的電路中，a、b兩端連接的交流電源中既含

18、高頻交流，又含低頻交流，L是一個25mH的高頻扼流圈，C是一個100pF的電容器，R是負(fù)載電阻，下列說法正確的是(　　) 圖10 A．L的作用是“通低頻，阻高頻” B．C的作用是“通低頻，隔高頻” C．C的作用是“通高頻，阻低頻” D．通過R的電流中，低頻交流所占的百分比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻交流所占的百分比 答案　ACD 解析　因為電感器L是一個高頻扼流圈，“通低頻，阻高頻”，選項A正確；C是一個電容較小的電容器，所以對低頻的交流容抗就較大，選項C正確，B錯誤；根據(jù)分析可知通過電阻R的電流中，低頻交流所占百分比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻交流所占的百分比，選項D正確． 5.(感抗與容抗的拓展應(yīng)用)

19、(多選)如圖11所示，某電子電路的輸入端輸入電流既有直流成分，又有交流低頻成分和交流高頻成分．若通過該電路只把交流的低頻成分輸送到下一級，那么關(guān)于該電路中各器件的作用，下列說法中正確的有(　　) 圖11 A．L在此的功能為通直流，阻交流，叫高頻扼流圈 B．C1在此的功能為通交流，隔直流，叫隔直電容 C．C2在此的功能為通高頻、阻低頻，叫高頻旁路電容 D．上述說法都正確 答案　BC 解析　L在此的功能為通直流、阻交流，將低頻的交流成分送到下一級，是低頻扼流圈，自感系數(shù)很大，故A錯誤；C1在此的功能為通交流，隔直流，使直流不能到達(dá)下一級電路，叫隔直電容，故B正確；C2與輸出電路并

20、聯(lián)，功能為通高頻，阻低頻，使高頻成分能通過，低頻成分到達(dá)下一級，C2又叫高頻旁路電容，故C正確；由以上分析可知，D錯誤． 6.(電感和電容的實際應(yīng)用)(多選)(2017·江蘇單科)某音響電路的簡化電路圖如圖12所示，輸入信號既有高頻成分，也有低頻成分，則(　　) 圖12 A．電感線圈L1的作用是通高頻 B．電容器C2的作用是通高頻 C．揚(yáng)聲器甲用于輸出高頻成分 D．揚(yáng)聲器乙用于輸出高頻成分 答案　BD 解析　在電路中電感線圈的作用是“通直流、阻交流，通低頻、阻高頻”，在電路中電容器的作用是“通交流、隔直流，通高頻、阻低頻”，所以A錯誤，B正確．揚(yáng)聲器甲輸出低頻成分，揚(yáng)聲器乙輸出高頻成分，故C錯誤，D正確． 10