2012高二人教版物理选修3-2课后巩固练习：第5章 3 电感和电容对交变电流的影响

3　电感和电容对交变电流的影响
一、单项选择题
1. 关于电感对交变电流的影响，下列说法中正确的是( C )
A．电感不能通直流电流，只能通交变电流
B．电感对各种不同频率的交变电流的阻碍作用相同
C．同一只电感线圈对频率低的交变电流的阻碍较小
D．同一只电感线圈对频率高的交变电流的阻碍较小
解析：电感有“通直阻交、通低阻高”的特性．
2．如图5－3－7所示电路中，L1、L2、L3是三盏相同的电灯，当电源为220 V的交流电源时，L1、L2、L3的发光情况相同．如将电源改为220 V的直流电源，则稳定后观察到的现象是( C )
图5－3－7
A．L1、L2、L3三盏电灯的亮度保持不变
B．L1不亮，L2、L3两盏电灯的亮度保持不变
C．L2变得最亮
D．L3变得最亮
解析：电容器隔直，L1不亮，电感对直流阻碍作用较小，L2变亮．电阻对交直流作用一样，L3不变．
3．如图5－3－8所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交变电源的频率增加时( D )
图5－3－8
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：理解电感“通直阻交、通低阻高”和电容“通交隔直、通高阻低”的特点即可得出答案．
4．两个相同的白炽灯L1和L2，接到如图5－3－9所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值为Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同．更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度高于灯L2的亮度．新电源的电压最大值和频率可能是( A )
图5－3－9
A．最大值仍为Um，而频率大于f
B．最大值仍为Um，而频率小于f
C．最大值大于Um，而频率仍为f
D．最大值小于Um，而频率仍为f
解析：灯L1的亮度高于L2的亮度，说明新电源的频率要升高．
二、双项选择题
5．对交变电流通过电容器的正确理解是( CD )
A．交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体
B．交变电流定向移动的电荷通过电容器两极板间的绝缘介质
C．交变电流能够使电容器交替进行充电、放电，电路中就有了电流，表现为交变电流通过了电容器
D．交变电流通过了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器极板间的绝缘介质(击穿除外)
6．如图5－3－10所示，E为电池，L是电阻可忽略不计、自感系数足够大的线圈，L1、L2是两个规格相同的灯泡，S是控制电路的开关．对于这个电路，下列说法正确的是( AC )
图5－3－10
A．刚闭合S的瞬间，通过L1、L2的电流大小相等
B．刚闭合S的瞬间，通过L1、L2的电流大小不相等
C．闭合S待电路达到稳定，L1熄灭，L2比原来更亮
D．闭合S待电路达到稳定，再将S断开瞬间，L2立即熄灭，L1也立即再熄灭
解析：刚闭合S的瞬间由于电感的自感作用，电流不会立即从电感中流过，两个灯泡串联在一起，因此通过L1、L2的电流大小相等，则A对；电路稳定后电感中有电流流过后，L1处于短路状态，会熄灭，L2比原来更亮，则C对；电路达到稳定再将S断开瞬间，L2立即熄灭，L1闪亮一下再熄灭，则D错．
7．如图5－3－11所示，三个灯泡是相同的，而且耐压足够高，交、直流两电源的内阻可忽略，电动势相等，当S接a时三个灯泡的亮度相同，那么S接b时( BD )
图5－3－11
A．三个灯泡亮度相同
B．甲灯亮度不变
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：电容器隔直，丙不亮，电感对直流阻碍作用较小，乙变亮．电阻对交直流作用一样，甲不变．
8．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，需要把高频成分和低频成分分开，只让低频成分输入下一级，如果采用如图5－3－12所示的电路图，图中虚线框a和b内只用一个电容或电感，那么( AC )
图5－3－12
A.a是电容，用来通高频阻低频
B.a是电感，用来阻交流通直流
C.b是电感，用来阻高频通低频
D.b是电容，用来阻高频通低频
解析：通过a和b将低频信号送到下级，所以a将高频信号短路，是电容；b对高频有阻碍作用，是电感．
9．如图5－3－13所示电路中，A、B是两个完全相同的灯泡，L是一个理想电感线圈，当S闭合与断开时，A、B的亮度情况是( AC )
图5－3－13
A．S闭合时，A立即亮，然后逐渐熄灭
B．S闭合时，B立即亮，然后逐渐熄灭
C．S闭合足够长时间后，B发光，而A不发光
D．S闭合足够长时间后，B立即熄灭，而A逐渐熄灭
解析：S闭合时，电感的阻碍作用较大，电容要充电，所以A灯立即亮．稳定后A被L短路．
三、非选择题
10．三个相同的白炽灯泡L1、L2和L3接到如图5－3－14所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联．当a、b间处接电压最大值为Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同．更换一个新的频率为f1的正弦交流电源后，灯L1的亮度低于灯L2的亮度，L3亮度不变．求新电源两极的电压最大值及频率f1和f的大小关系．
图5－3－14
解：由于L3亮度不变，说明新电压有效值不变，所以最大值U′m＝Um.又L1暗于L2，说明电容阻碍作用增大，电感阻碍作用减小．因此频率变小．即f111．如图5－3－15所示，把电阻、电感线圈、电容器并联接到某一交流电源上，三个电流表的示数相同，若保持电源电压不变，而将频率加大，求三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系．
图5－3－15
解：频率变高，电感的阻碍作用增大，电容的阻碍作用减小，电阻的不变，故I3>I1>I2.
12．如图5－3－16所示，截面积S＝0.2 m2，n＝100匝的圆形线圈A处在匀强磁场中，磁感应强度随时间变化的规律B＝0.6－0.02 t(T)，开始时开关S闭合，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，C＝30 μF，线圈内阻不计．求：
(1)闭合开关S后，通过R2的电流大小；
(2)闭合开关S一段时间后又断开，断开后通过R2的电荷量．
图5－3－16
解：(1)产生的感应电动势E＝n＝n＝0.4 V，通过R2的电流I＝＝0.04 A.
(2)开关闭合时，电容器两端的电压与R2两端的相同，则：U＝IR2＝0.24 V，开关断开后，通过R2放电，通过的电荷量即电容器上所存的电荷Q＝CU＝7.2×10－6 C.
13．如图5－3－17所示，三只完全相同的灯泡a、b、c分别与电阻R、电感L、电容C串联，再将三者并联，接在220 V，50 Hz的交变电压两端，三只灯泡亮度相同．若将交变电压改为220 V,25 Hz，则( C )
图5－3－17
A．三只灯泡亮度不变
B．三只灯泡都将变亮
C．a亮度不变，b变亮，c变暗
D．a亮度不变，b变暗，c变亮
解析：频率变低，电感的阻碍作用减小，电容的阻碍作用增大，电阻的不变．
14．如图5－3－18所示，两位同学利用图示装置做实验，第一位同学使ab在导轨上匀速运动，第二位同学使ab在导轨上做变速运动，但两位同学对ab杆做的功一样多，第一位同学的方法中小灯泡消耗的电能为W1，第二位同学的方法中小灯泡消耗的电能为W2，它们相比较( B )
图5－3－18
A．W1＝W2 B．W1>W2
C．W1解析：ab匀速运动时，产生的感应电动势是稳定的，感应电流也是恒定的，因此在线圈上不会产生感抗，所以通过小灯泡的电流大，消耗的电能多；当ab变速运动时，产生的感应电动势是变化的，感应电流也变化，在线圈上产生感抗，使通过小灯泡的电流减小，因此消耗的电能少，故B正确．
15．在同一水平面中的光滑平行导轨P、Q相距l＝1 m，导轨左端接有如图5－3－19所示的电路，其中水平放置的平行板电容器两极板M、N间距离d＝10 mm，定值电阻R1＝R2＝12 Ω，R3＝2 Ω，金属棒ab电阻r＝2 Ω，其他电阻不计，磁感应强度B＝0.5 T的匀强磁场竖直穿过导轨平面，当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时，悬浮于电容器两极板之间，质量m＝1×10-14kg，带电量q＝－1×10-14C的微粒恰好静止不动，g取10 m/s2，在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好，且运动速度保持恒定，试求：
(1)匀强磁场的方向；
(2)ab两端的路端电压；
(3)金属棒ab运动的速度．
图5－3－19
解：(1)负电荷受到重力和电场力而静止，因重力向下，则电场力竖直向上，故M板带正电．ab棒向右切割磁感线产生感应电动势，ab棒等效于电源，其a端为电源的正极，由右手定则可判断，磁场方向竖直向上．
(2)负电荷受到重力和电场力而静止，
mg＝Eq①
E＝②
所以UMN＝＝ V＝0.1 V
R3两端电压与电容器两端电压相等，由欧姆定律得通过R3的电流I＝＝0.05 A
ab棒两端的电压为Uab＝UMN＋I＝0.4 V.
(3)由法拉第电磁感应定律得感应电动势E＝BLv ③
由闭合电路欧姆定律得E＝Uab＋Ir＝0.5 V④
联立③④得v＝＝1 m/s.