教科版选修3-2高中物理 第2章 第4、5节 电容器在交流电路中的作用 电感器在交流电路中的作用课件(共28张PPT)

(共28张PPT)
第二章
交变电流
目标定位
1.通过演示实验了解电感器和电容器对交变电流的阻碍和导通作用.
2.知道感抗和容抗的物理意义以及与哪些因素有关.
3.能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用.
学案5　电容器在交流电路中的作用
电感器在交流电路中的作用
知识探究
自我检测
如图1甲、乙所示，把灯泡和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，观察灯泡的发光情况.
一、电容器对交流电的阻碍作用
知识探究
问题设计
图1
(1)分析电容器能通交流的原因.
答案　把交流电源接到电容器两个极板上后，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，电荷从极板上流出，在电路中形成放电电流.电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流“通过”了电容器，但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质.
(2)若把图乙中的电容器去掉，变成图丙所示电路，会发生什么现象？说明了什么？
答案　灯泡变得比乙中亮，说明电容器对交变电流有阻碍作用.
(3)在图乙中，改变电容器的电容和电源频率，灯泡亮度会有什么变化？
答案　电容变大时，灯泡变亮；频率增大时，灯泡变亮.
要点提炼
1.容抗： 对交流电的阻碍作用.
2.影响容抗的因素：电容器的电容越 ，交流电的频率越 ，容抗越小.
3.注意：电容器能通交变电流，并不是电荷真的穿过了电容器.
4.电容器在电路中的作用：通 流，隔 流；通 频，阻 频.
电容器
大
高
交
直
高
低
二、电感器对交流电的阻碍作用
如图2所示，把带铁芯的线圈L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，取直流电源的电压与交流电压的有效值相等.
问题设计
图2
(1)对比两种情况下灯泡的亮度有什么不同？说明了什么？
答案　甲图中灯泡比乙图中灯泡更亮，说明电感器对交变电流有阻碍作用.
(2)乙图中换用自感系数更大的线圈或调换频率更高的交流电源，灯泡的亮度有何变化？说明了什么？
答案　不论是换用自感系数更大的线圈还是调换频率更高的交流电源，灯泡均变得更暗，说明线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，线圈对交流电的阻碍作用越大.
要点提炼
1.感抗： 对交变电流的阻碍作用的大小.
2.影响感抗的因素：线圈的自感系数越 ，交流电的频率越 ，感抗越大.
3.注意：电感器的感抗是由 的电流在线圈中产生的感应电动势引起的，与制成线圈导体的电阻无关.
电感器
大
高
变化
4.扼流圈是利用 对交变电流的阻碍作用制成的电感线圈.
(1)高频扼流圈
高频扼流圈的自感系数很小，只对高频交变电流有较大的阻碍作用，对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流电流的阻碍作用更小.它具有“通 流，通 频，阻 频”的作用.
(2)低频扼流圈
低频扼流圈的自感系数很大，既使交流的频率较低，它产生的感抗也很大.它具有“通 流，阻 流”的作用.
直
低
高
直
交
电感
三、电阻、感抗、容抗的作用及区别
1.容抗的大小除了与电容自身的性质有关，还与交变电流的频率有关，频率越高，容抗越 .(填“大”或“小”)
2.感抗的大小除了与电感线圈自身的性质有关外，还与交变电流的频率有关，频率越高，感抗越 .(填“大”或“小”)
3.电阻无论对直流还是交流，阻碍作用相同，只取决于电阻本身.
小
大
典例精析
一、对容抗的理解
例1　如图3所示，接在交流电源上的灯泡正常发光，以下说法正确的是 (　　)
A.把电介质插入电容器，灯泡变亮
B.增大电容器两极板间的距离，灯泡变亮
C.减小电容器两极板间的正对面积，灯泡变暗
D.使交变电流频率减小，灯泡变暗
图3
解析　把电介质插入电容器，电容变大，容抗变小，电容器对交变电流阻碍作用变小，所以灯泡变亮，故A正确；
增大电容器两极板间的距离，电容变小，电容器对交变电流阻碍作用变大，所以灯泡变暗，故B错误；
减小电容器两极板间的正对面积，电容变小，灯泡变暗，故C正确；
使交变电流频率减小，电容器对交变电流阻碍作用变大，灯泡变暗，故D正确.
答案　ACD
例2　如图4所示的实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下列叙述正确的是(　　)
二、对感抗的理解
图4
A.当S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗
B.当S掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮
C.S掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮
D.S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗
解析　线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮，并且是有铁芯时感抗更大，故铁芯抽出时灯变亮，故A、C正确.
答案　AC
例3　如图5所示，电路中完全相同的三只灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联，然后再并联到220 V、50 Hz的交流电路上，三只灯泡亮度恰好相同.若保持交变电压不变，将交变电流的频率增大到60 Hz，则发生的现象是(　　)
A.三灯亮度不变
B.三灯均变亮
C.L1亮度不变、L2变亮、L3变暗
D.L1亮度不变、L2变暗、L3变亮
图5
三、电阻、感抗、容抗的对比
解析　当交变电流的频率变大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，因此L3变亮，L2变暗.又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故L1亮度不变，所以选D.
答案　D
例4　在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分，又有低频成分，经放大后送到下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输送到再下一级，可以采用如图6所示电路，其中a、b应选择的元件是 (　　)
A.a是电容较大的电容器，b是低频扼流圈
B.a是电容较大的电容器，b是高频扼流圈
C.a是电容较小的电容器，b是低频扼流圈
D.a是电容较小的电容器，b是高频扼流圈
图6
四、电感器、电容器在电路中的应用
解析　电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容较小，所以a处放电容较小的电容器，电感线圈在该电路中要求起到通低频、阻高频的作用，b处接一个高频扼流圈，D对.
答案　D
课堂要点小结
电容器和电感器在,
交流电路中的作用
1
2
3
自我检测
1.(对容抗的理解)如图7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大时 (　　)
A.电容器电容增大 B.电容器电容减小
C.灯变暗 D.灯变亮
图7
解析　电容器的电容是由电容器本身的特性决定的，与外加的交流电源的频率无关，选项A、B错误.
当交流电源的频率增大时，电容器充、放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，灯变亮，故选项C错误，D正确.
答案　D
1
2
3
1
2
3

图8
1
2
3
灯泡的电阻R是一定的，电流减小时，实际消耗的电功率(P＝I2R)减小，灯泡变暗，选项C正确，D错误；
1
2
3
电压表与电感线圈并联，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U＝UL＋UR，因UR＝IR，故电流I减小时，UR减小，因电源电压的有效值保持不变，故UL＝U－UR增大，选项B正确.
答案　BC
1
2
3
3. (电阻、感抗、容抗的对比)如图9所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略(两电源的电动势相同).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
图9
1
2
3
解析　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对交流电、直流电有相同的阻抗.可判断S接B时电路中I丙＝0，
I甲不变，I乙增大；
又因为灯泡亮度与功率(P＝I2R)成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮.
答案　D