《高中物理 第二章 交變電流 第五節(jié) 電容器對(duì)交變電流的作用學(xué)案 粵教版選修3-2》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第二章 交變電流 第五節(jié) 電容器對(duì)交變電流的作用學(xué)案 粵教版選修3-2（6頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 第五節(jié)　電容器對(duì)交變電流的作用 學(xué)習(xí)目標(biāo) 重點(diǎn)難點(diǎn) 1．通過實(shí)驗(yàn)知道電容器對(duì)交流電的導(dǎo)通和阻礙作用． 2．能說出容抗的物理意義及影響因素． 3．能知道電容器在電子技術(shù)中的應(yīng)用． 4．能夠分析簡單交變電路中電容器的作用． 重點(diǎn)： 電容器對(duì)交變電流的阻礙作用． 難點(diǎn)： 1．容抗概念． 2．影響容抗大小的因素． 一、電容器僅讓交變電流通過 1．實(shí)驗(yàn)電路 2．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 電路中串有電容器時(shí)，接通穩(wěn)恒直流電源，燈泡不亮；接通交流電源，燈泡亮． 3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論 交變電流能夠通過電容器，恒定電流不能通過電容器． 4．電容器導(dǎo)通交流電的實(shí)質(zhì) 兩極板間的電壓

2、周期性變化，使電容器反復(fù)地充電和放電，在電路中形成交變電流． 預(yù)習(xí)交流1 使用220 V交流電源的電氣設(shè)備和電子儀器，金屬外殼和電源之間都有良好的絕緣，但是有時(shí)用手觸摸外殼時(shí)會(huì)有“麻手”的感覺，用測電筆測試時(shí)氖管也會(huì)發(fā)光，這是為什么呢？采取什么措施可解決這一問題？ 答案：與電源連接的機(jī)芯和金屬外殼構(gòu)成一個(gè)電容器，交變電流能夠通過這個(gè)電容器，也就是說機(jī)芯、外殼間始終在進(jìn)行著充放電，所以能感覺到“漏電”．解決方案就是金屬外殼接地，其實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)的電氣設(shè)備都增加了接地線． 二、電容器對(duì)交變電流的作用 1．實(shí)驗(yàn)探究 （1）實(shí)驗(yàn)電路：如圖 （2）探究過程： ①閉合S和S′，改變交流電的

3、頻率、電壓，觀察兩個(gè)燈泡D和D′的發(fā)光情況． ②斷開S′，使交流電的電壓不變，頻率變化時(shí)，觀察燈泡D的亮度變化． ③斷開S′，交流電的電壓、頻率不變，改變電容器的電容，觀察燈泡的亮度變化． （3）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電容器對(duì)交流電有阻礙作用，且其阻礙作用的大小與交流電的頻率和電容器的電容有關(guān)． 2．容抗 電容器對(duì)交流電的阻礙作用． 3．影響容抗大小的因素 電容器的電容越小，容抗越大；交流電頻率越低，容抗越大． 預(yù)習(xí)交流2 電容器對(duì)交流電的阻礙作用同電阻對(duì)電流的阻礙作用相同嗎？電容器對(duì)交流電的阻礙作用與電容器對(duì)直流電的阻礙作用相同嗎？ 答案：均不相同． 電阻對(duì)電流的阻礙作用與電阻內(nèi)的

4、自由電荷或?qū)щ婋x子的熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)．電容器對(duì)直流電為完全的阻隔，不能通過；電容器對(duì)交流電的阻礙作用表現(xiàn)為容抗，電容器具有容抗是由于極板充電帶有電荷后，會(huì)產(chǎn)生阻礙電流的反向電壓，從而對(duì)繼續(xù)充電過程產(chǎn)生阻礙作用． 三、隔直電容器和高頻旁路電容器 1．隔直電容器 只讓交流信號(hào)通過而直流成分不能通過，如下圖甲所示． 2．旁路電容器 低頻信號(hào)不能通過而高頻干擾信號(hào)可以通過，如下圖乙所示． 預(yù)習(xí)交流3 隔直電容器和旁路電容器在電路中的作用是否相同？ 答案：不相同． 隔直電容器讓有用的交流信號(hào)通過；旁路電容器把無用的高頻信號(hào)過濾掉． 一、電容器對(duì)交流電的導(dǎo)通作用 1．交變電

5、流通過電容器時(shí)，自由電荷是否通過了兩極板間的絕緣介質(zhì)？ 答案：不是，之所以電路中有電流是因?yàn)榻涣麟娫磳?duì)電容器不斷地充、放電形成的． 2．當(dāng)把電容器單獨(dú)或是與其他用電器串聯(lián)接在穩(wěn)恒直流電源兩端時(shí)，其兩極板間的電壓相同嗎？如果接在交流電源兩端呢？ 答案：接直流電源時(shí)相同，接交流電源時(shí)不同． 當(dāng)導(dǎo)線電阻不能忽略，或電路中還串聯(lián)有其他用電器時(shí)，電容器仍然周期性地充電和放電，只是這種情況下電路電壓會(huì)被電阻或其他用電器分擔(dān)掉一部分，電容器兩極板間的交變電壓不再等于電路兩端的交變電壓了． 3．為什么交變電流能“通過”電容器而穩(wěn)恒電流卻不能？ 答案：（1）電容器的兩極板之間是相互絕緣的，不論是恒定

6、電流還是交變電流，自由電荷都不能通過兩極板之間的絕緣介質(zhì)．通常所說的交變電流“通過”電容器，并不是自由電荷穿過了電容器，而是在交流電源作用下，當(dāng)電壓升高時(shí)電容器充電，電容器極板上的電荷量增加，形成充電電流，如圖甲；當(dāng)電壓降低時(shí)電容器放電，電容器極板上的電荷量減少，形成放電電流，如圖乙．由于電容器反復(fù)不斷地充電和放電，使電路中有持續(xù)的交變電流． （2）當(dāng)電容器與穩(wěn)恒直流電源的兩極相連接時(shí)，除了接通的瞬間因電容器充電而有瞬時(shí)電流外，一旦充電完畢，電容器兩極板間的電壓與電源兩極的電壓相等，且保持不變，電路中就沒有電流了． 如圖，將電燈與電容器串聯(lián)接入通有交變電流的電路中，燈泡發(fā)光，則（　

7、?。? A．自由電荷通過了電容器兩極板間的絕緣電介質(zhì) B．自由電荷沒有通過電容器兩極板間的絕緣電介質(zhì) C．接入交變電源使電容器兩極板間的絕緣電介質(zhì)變成了導(dǎo)體 D．電容器交替進(jìn)行充放電，電路中就有電流，表現(xiàn)為交變電流“通過”了電容器 答案：BD 解析：與電容器串聯(lián)的燈泡，接在交變電流的電路中．燈泡發(fā)光，說明有電流通過燈泡，但形成電流的電荷并沒有通過電容器兩極板間的電介質(zhì)．使燈泡發(fā)光的電流只是隨著電壓變化而對(duì)電容器不斷充電與放電的電流，就好像有電流通過電容器． 電容器對(duì)交流電的導(dǎo)通作用，是一種等效導(dǎo)通．它的實(shí)質(zhì)是電容器不停地充電、放電，其間沒有電荷通過電容器，電容器沒有被擊穿．故

8、在應(yīng)用電容器時(shí)，要注意兩端的交變電壓最大值不能超過其擊穿電壓． 二、電容器對(duì)交流電的阻礙作用 1．試分析電容器的容抗與哪些因素有關(guān)． 答案：電容器的電容越大，充放電顯示的容抗越小；反之充放電顯示的容抗越大．交變電流的頻率越高，電容器充放電的速度越快，充放電顯示的容抗越小，反之充放電顯示的容抗越大．所以，電容器的容抗與電容和交變電流的頻率有關(guān)． 2．若要通高頻、阻低頻，應(yīng)選用電容大些的電容器還是選用電容小些的電容器？ 答案：若要通高頻、阻低頻，電容的容抗在低頻時(shí)應(yīng)表現(xiàn)為很大，故應(yīng)選用電容較小的電容器． 3．為什么電容器的電容越小，容抗越大？交流電的效率越低，電容器的容抗也越大呢？

9、 答案：電容器具有容抗是由于極板充電帶有電荷后，會(huì)產(chǎn)生阻礙電流的反向電壓，從而對(duì)繼續(xù)充電產(chǎn)生阻礙作用．電容越大，在充電過程中兩極板間電壓增長就越慢，對(duì)繼續(xù)充電的阻礙作用就越??；交變電流的頻率越高，即電流方向變化越快，電容器兩極板間電壓還來不及達(dá)到較高時(shí)，電流就已經(jīng)反向，從而對(duì)繼續(xù)充電的阻礙作用變?。虼耍娙菰酱?，頻率越高，容抗越?。? 如圖所示，平行板電容器與燈泡串聯(lián)，接在交流電源上的燈泡正常發(fā)光，則（　?。? A．把電介質(zhì)插入電容器，燈泡一定變亮 B．把電容器兩極板距離增大，燈泡一定變亮 C．使電容器兩極板正對(duì)面積減小，燈泡一定變亮 D．使交流電頻率增加，燈泡變亮 思路

10、點(diǎn)撥：解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)： （1）理解容抗的本質(zhì)； （2）熟練掌握平行板電容器的電容公式； （3）理解電容大小與容抗的關(guān)系． 答案：AD 解析：由電容器電容的決定式C＝可知：插入電介質(zhì)，電容C增大；極板間距離d增大，C減??；減小兩極板正對(duì)面積，C減?。螂娙菰酱?，容抗越小，對(duì)交變電流的阻礙作用越小，故A正確，B、C錯(cuò)誤；電容器具有“通高頻、阻低頻”的作用，交流電頻率越高，對(duì)電流阻礙作用越小，故D正確． 電容器在電路中的作用可簡單概括為“隔直流、通交流，頻率越高，阻礙越小”． 電容器的容抗大小的公式是 XC＝ 式中f是交流電的頻率，C是電容器的電容． 三、電阻、容抗、感抗

11、的對(duì)比分析 通過近兩節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道電容器存在容抗，電感器存在感抗，它們都對(duì)交流電存在阻礙作用．你能結(jié)合近兩節(jié)課的知識(shí)，簡要說一下容抗、感抗與我們以前學(xué)習(xí)過的電阻的區(qū)別嗎？ 答案： 電阻 感抗 容抗 產(chǎn)生的 原因 定向移動(dòng)的自由電荷與不動(dòng)的離子間的碰撞 由于電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的變化 電容器兩極板上積累的電荷對(duì)這個(gè)方向上定向移動(dòng)的電荷的反抗作用 在電路中的特點(diǎn) 對(duì)直流、交流均有阻礙作用 只對(duì)變化的電流（如交流）有阻礙作用 不能通直流，只能通變化的電流 決定因素 由導(dǎo)體本身（長短、粗細(xì)、材料）決定，與溫度有關(guān) 由線圈的自感系數(shù)和交流電的頻率決定

12、（成正比） 由電容的大小和交流電的頻率決定（成反比） 電能的轉(zhuǎn)化與做功 電流通過電阻做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 電能和磁場能互相轉(zhuǎn)化 電能與電場能互相轉(zhuǎn)化 如圖所示的電路中，a、b兩端連接的交流電源既含高頻交流，又含低頻交流，L是一個(gè)25 mH高頻扼流圈，C是一個(gè)100 pF的電容器，R是負(fù)載電阻，下列說法不正確的是（　?。? A．L的作用是“通低頻，阻高頻” B．C的作用是“通交流，隔直流” 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)大于高頻交流所占的百分比 答案：B 解析：L是一個(gè)自感系數(shù)很小的高頻扼流圈，其作用是“通低頻，阻高頻

13、”，A正確；C是一個(gè)電容很小的電容器，在題圖示電路中，對(duì)高頻交流的容抗遠(yuǎn)小于對(duì)低頻交流的容抗，其作用是“通高頻、阻低頻”，C正確；因電路中無直流電流，B錯(cuò)誤；由于L對(duì)高頻交流的阻礙作用和C對(duì)高頻交流的旁路作用，使得通過R的電流中，低頻交流所占的百分比遠(yuǎn)大于高頻交流的百分比，D正確． 電感、電容接到交流電源上時(shí)，電能與磁場能或電場能互相轉(zhuǎn)化，而電流通過電阻時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，從而造 成電能的損耗． 1．有關(guān)電容對(duì)交變電流的影響的以下說法中，正確的是（　?。? A．交變電流能通過電容器 B．電容器具有通直流、阻交流的作用 C．對(duì)電容較小的電容器，它具有通高頻、阻低頻的功能 D．電

14、容器的電容越大，交變電流的頻率越高，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用就越大 答案：AC 解析：電容對(duì)交變電流有阻礙作用，阻礙作用的大小用容抗表示，電容器的電容越大，交流的頻率越高，電容器的容抗越?。娙萜髟诮蛔冸娐分械淖饔茫和ń涣鳎糁绷?；通高頻，阻低頻．所以A、C正確． 2．如圖所示的電路，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)增加，可行的辦法是（　?。? A．使發(fā)電機(jī)F的轉(zhuǎn)速增加 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介電常數(shù)較小的電介質(zhì) D．使電容器兩極板間的距離增大 答案：A 解析：本題考查電容對(duì)交變電流的阻礙作用．本題的關(guān)鍵是理解容抗與交變

15、電流的頻率和電容器的電容都成反比．當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，交變電流的頻率增大，容抗減小，電流表A的讀數(shù)增大，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；在平行板電容器間換用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)時(shí)，電容器的電容減小，使電容器兩極板間距離增大時(shí)電容也減小，當(dāng)電容減小時(shí)，容抗增大，對(duì)交變電流的阻礙作用增大，電流表A示數(shù)減小，C、D兩項(xiàng)均錯(cuò)誤．故正確選項(xiàng)為A． 3．有兩個(gè)電容器的電容分別為C1＝5 μF，C2＝3 μF，分別加在峰值一定的交變電源上．在下列各種情況下，哪—種情況通過電容器的電流最大（　?。? A．在C1上所加交變電流的頻率為50 Hz B．在C2上所加交變電流的頻率為50 Hz C．在C1上所加交變電流的

16、頻率為100 Hz D．在C2上所加交變電流的頻率為100 Hz 答案：C 解析：當(dāng)交變電源的頻率增加時(shí)，電容器充放電的速度加快，電容器的容抗減小；當(dāng)電容器的電容越大時(shí)，其對(duì)交流電的阻礙作用也越小，C對(duì)． 4．下面的電路圖是電子技術(shù)中的常用電路．a(chǎn)、b是電路的輸入端，其中輸入的高頻電流用“”表示，低頻電流用“～”表示，直流電流用“—”表示．對(duì)負(fù)載電阻R中通過的電流特征，以下說法不正確的是（　　）． A．圖甲中通過R的是交變電流 B．圖乙中通過R的是高頻電流 C．圖乙中通過R的是低頻電流 D．圖丙中通過R的是直流電流 答案：B 解析：交流電可以通過電容器，而直流電不能通過

17、，所以甲中通過R的是交變電流，A對(duì)；由于乙圖中的電容器的電容很小，容抗很大，能阻低頻，通高頻，通過R的是低頻電流，B錯(cuò)，C對(duì)；丙圖中的電容器的電容很大，能隔直流，通交流，通過R的是直流電流，D對(duì)． 5．如圖所示為某電器中電路的一部分，當(dāng)輸入有直流成分、交流低頻成分和交流高頻成分的電流后，在其輸出端得到可調(diào)大小的交流低頻成分，那么有關(guān)各元器件的作用的說法中，不正確的有（　?。? A．C1為高頻旁路電容器，交流高頻成分被該電容器短路 B．R為滑動(dòng)變阻器，它的滑動(dòng)片上下移動(dòng)可以改變輸出端電壓的大小 C．C2為隔直電容器，交流低頻成分通過該電容器輸出 D．C1的電容較大、C2的電容較小 答案：D 解析：因其輸出端得到可調(diào)大小的交流低頻成分，所以高頻電流應(yīng)被C1短路，C1應(yīng)為高頻旁路電容器，且電容較?。坏皖l成分可以通過C2，直流電不能通過，應(yīng)為隔直電容器． 6