课件56张PPT。教学教法分析课前自主导学当堂双基达标 课后知能检测教学方案设计课堂互动探究 3 电感和电容对交变电流的影响
●课标要求
通过实验，了解电容、电感对交变电流的导通和阻碍作用．
●课标解读
1．通过实验，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及影响因素．
3．通过猜想、假设、实验、交流合作与分析论证，体验科学探究过程．
●教学地位
本节知识在高考中尽管很少直接命题，但它是物理的最基本知识，是以后学习的基础，学习本节知识时，应重视对现象和规律的理解及应用．●新课导入建议
电阻、电容和电感被称为电子线路中的三大元件，对于电阻的作用我们已经比较清楚，那么电容和电感对于我们现在学习的交变电流会有什么样的特性呢？通过本节的学习你会明白电感和电容对交变电流产生怎样的影响．●教学流程设计1.基本知识
(1)实验探究(如图5-3-1所示)
①实验电路：②实验条件：直流电源电压与交流电源电压___________相等．
③实验现象：接通_________电源时，灯泡亮些；接通________电源时，灯泡暗些．
④实验结论：电感线圈对______电流有阻碍作用．有效值直流交流交流(2)感抗
①物理意义：表示电感器对___________阻碍作用的大小的物理量．
②影响因素：线圈的_________越大，交流的_______越高，感抗越大．
③应用：扼流圈
低频扼流圈：可以用来“通______，阻_____”．
高频扼流圈：可以用来“通______，通______，阻______”．交变电流自感系数频率直流交流直流低频高频2．思考判断
(1)电感对交变电流阻碍作用越大，感抗就越小．( )
(2)交流电的频率越高，电感对交流的阻碍作用越大．( )
(3)电感线圈之所以对交变电流有阻碍作用，是由于自感电动势总是阻碍电流的变化．( )×√√3．探究交流
电感线圈对交变电流的阻碍作用为什么随线圈的自感系数、交变电流的频率的增大而增大呢？
【提示】 电感线圈的阻碍作用是由交变电流通过线圈时产生的自感电动势引起的，自感系数越大时产生的自感电动势也越大；交变电流的频率越高，电流的变化率也越大，感应电动势也就越大，所以阻碍作用就越大，感抗也就越大．1．基本知识
(1)交变电流能够通过电容器
①实验电路(如图5-3-2)②实验现象：电路中串有电容器时，接通______电源，灯泡不亮；接通________电源，灯泡亮．
③实验结论：__________能够通过电容器，______不能通过电容器．直流交流交变电流直流(2)电容器对交变电流的阻碍作用
①实验探究②容抗
物理意义：表示电容_____________作用的大小．
影响容抗大小的因素：电容器的电容_______，交流的频率_______，容抗越小．
③作用：电容器具有“隔直流，通交流”的作用．对交流阻碍越大越高2．思考判断
(1)电容器在交变电路中，相当于一个电阻，具有分压作用．( )
(2)电容器接到交流电源时，有自由电荷通过电容器．( )
(3)电容器是通直流、阻交流，通高频、阻低频．( )
√××3．探究交流
试分析电容器的电容C与容抗的定性关系，若要通高频阻低频，应选用电容C大些的还是小些的电容器？
【提示】 电容器的电容C越大，充放电显示的容抗越小，若要通高频阻低频，则电容器的容抗在低频时应表现很大，必须选用电容C较小的电容器．【问题导思】
1．电感为什么对交变电流有阻碍作用？决定感抗大小的因素是什么？
2．电感线圈在电路中的作用是什么？有哪些具体的应用？1．电感对交变电流的阻碍作用的成因
通过线圈的电流大小和方向变化，都会引起通过线圈的磁通量发生变化，从而产生感应电动势，这种现象就是自感现象．根据楞次定律，自感电动势所引起的感应电流总是要使它产生的磁场阻碍线圈内原有磁场的变化，所以自感电动势对线圈中电流的变化有阻碍作用，这样就形成了对交变电流的阻碍作用，电感对交变电流阻碍作用的大小就称为感抗．2．感抗的两个决定因素
决定感抗大小的因素有两个：一是交变电流的频率；二是自感系数L.L取决于线圈本身的性质，即线圈匝数、横截面积、有无铁芯等因素．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
【审题指导】 解答本题时应把握以下两点：
(1)感抗与交变电流的频率的关系．
(2)串联电路的电压关系．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，电流I减小时，UR减小；因电源电压有效值保持不变，故UL＝(U－UR)增大，选项B正确．
【答案】 BC1. (2014·曲师大附中高二检测)一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图5-3-4所示．一铁棒插进线圈之后，该灯将( )
图5-3-4A．变亮
B．变暗
C．没有影响
D．无法判断【解析】 在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势，总是反抗电流变化．正是这种反抗变化的特性(电惰性)，使线圈产生了感抗．加入铁芯改变了电感的自感系数，自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，灯泡上的电压减小，所以灯变暗．故B正确．
【答案】 B
【问题导思】
1．交变电流为什么能“通过”电容器？
2．电容器对交变电流的阻碍作用是怎样产生的？
3．决定容抗大小的因素是什么？1．交变电流“通过”电容器
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．电容器对交变电流有阻碍作用的原因
当交变电流“通过”电容器时，给电容器充电或放电，形成充电或放电电流，在形成电流的过程中，对自由电荷来说，当电源的电压推动它们向某一方向做定向移动的时候，电容器两极板上积累的电荷却反抗它们向这个方向做定向移动，也就是说在给电容器充电或放电过程中，在电容器两极形成跟原电压相反的电压，这就对电流产生了阻碍作用．3．决定容抗的两个因素
交流电的频率和电容器的电容．
4．电容在电路中的作用
交变电流的频率越高，电容器充电时集聚的电荷相对较少，对电荷运动的阻碍作用越小，容抗也越小．同理，电容器的电容越大，容纳电荷的本领越大，充放电时所受的阻碍越小，容抗也就越小，所以电容有“通交流、隔直流，通高频、阻低频”的作用．如图5-3-5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．电灯变暗 D．电灯变亮【审题指导】 (1)电容器的容抗与交变电流的频率有关．
(2)频率增大时，容抗减小．
【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，故选项A和B是错误的．当交流电源的频率增加时，电容器充、放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，电灯变亮．
【答案】 D2.(2014·徐州一中高一检测)如图5-3-6所示的电路中，正弦式电流源电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是( )A．等于220 V
B．大于220 V
C．小于220 V
D．等于零
【解析】 虽然交变电流能通过电容器，但也受到阻碍作用，电容器与电阻串联，根据分压原理可知电阻两端的电压小于电源电压，电压表测的是电阻两端的电压，C正确．
【答案】 C如图5-3-7所示，在电路两端加上正弦式电流，保持电压有效值不变，使频率增大，发现各灯的亮暗情况是：灯1变亮，灯2变暗，灯3不变，则M、N、L中所接元件可能是( )A．M为电阻，N为电容器，L为电感线圈
B．M为电感线圈，N为电容器，L为电阻
C．M为电容器，N为电感线圈，L为电阻
D．M为电阻，N为电感线圈，L为电容器
【审题指导】 解答本题应把握以下两点：
(1)电阻不随交变电流频率的变化而改变．
(2)交变电流频率增加，感抗增大而容抗减小．【规范解答】 当交变电流的频率增大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，由灯1变亮，灯2变暗可知M为电容器，N为电感线圈，而电阻与交变电流的频率无关，故L为电阻，C正确．
【答案】 C
电感、电容接到交流电源上时，电能与磁场能或电场能往复转化，所以电感、电容上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，从而造成电能的损耗．1．(多选)如图5-3-8所示，是由交流电源供电的线路，如果交变电流的频率减小，则( )
A．线圈L的自感系数减小
B．线圈L的感抗减小
C．电路中的电流增大
D．灯泡变暗【解析】 本题考查感抗对交变电流的阻碍作用，本题的关键是理解感抗与哪些因素有关．自感系数由线圈本身决定，与交变电流频率无关，A项错误；当交变电流频率减小时，线圈L的感抗减小，B项正确；感抗减小对交变电流的阻碍作用减小，使电路中电流增大，灯泡变亮，C项正确，D项错；故正确答案为B、C.
【答案】 BC2．在交流电路中，要减小电容器的容抗，可以 ( )
A．减小两极板的正对面积
B．减小极板间的距离
C．适当增大交变电流的电压
D．减小交变电流的频率【解析】 容抗与交变电流电压的大小无关，f减小，容抗增大，C、D错误；极板正对面积减小，C减小，容抗增大，A选项错误；两极板间距离减小，C增大，容抗减小，B正确．
【答案】 B
3．(多选)关于低频扼流圈和高频扼流圈的阻碍作用的说法，下述正确的有( )
A．低频扼流圈对低频交流电有很大的阻碍作用，对高频交流电的阻碍作用就更大
B．低频扼流圈对低频交流电有很大的阻碍作用，对高频交流电的阻碍作用就较小
C．高频扼流圈对高频交流电有很大的阻碍作用，对低频交流电的阻碍作用就更大D．高频扼流圈对高频交流电有很大的阻碍作用，对低频交流电的阻碍作用就较小
【解析】 因低频扼流圈自感系数很大，因此对低频交流电有很大的阻碍作用，对高频交流电的阻碍作用就更大，A对，B错；高频扼流圈自感系数较小，对高频交流电有很大的阻碍作用，对低频交流电的阻碍作用就较小，C错，D对．
【答案】 AD4．(多选)(2014·锦阳高二检测)如图5-3-9所示，电路中完全相同的三只灯泡a、b、c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( )图5-3-9A．三灯亮度不变
B．三灯均变亮
C．a不变、b变亮、c变暗
D．a不变、b变暗、c变亮
【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c变亮，b变暗．又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故a灯亮度不变．所以选D.
【答案】 D5．如图5-3-10所示，线圈L的自感系数和电容器的电容C都很小(如L＝100 μH，C＝100 pF)，此电路的主要作用是( )A．阻直流、通交流，输出交流电
B．阻交流、通直流，输出直流电C．阻低频、通高频，输出高频交流电
D．阻高频、通低频，输出低频交流电和直流电
【解析】 本题的关键是理解电感和电容对交变电流的作用．因线圈L的自感系数很小，所以对低频交流成分的阻碍作用很小，这样直流成分和低频交流成分能顺利通过线圈．电容器C为一旁路电容，因其电容很小，对高频交流成分的阻碍作用很小，这样部分通过线圈的高频交流成分又经过电容器C形成回路，最终输出的应为低频交流电和直流电．故选D.
【答案】 D【解析】 由电压的表达式知，原来电源的频率为50 Hz，频率改为100 Hz后，频率增大，线圈的感抗增大，故电流表的示数减小，灯泡亮度变暗，而总电压不变，电压表示数增大．
【答案】 见解析课后知能检测
点击图标进入… 1．关于电感对交变电流的影响，下列说法正确的是( )
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．同一个电感线圈对频率低的交变电流的阻碍较小
D．同一个电感线圈对频率高的交变电流的阻碍较小
【解析】 电感线圈可以通直流，A错；电感对不同频率的交变电流阻碍作用不同，B错；同一电感线圈对高频交流电阻碍作用大，D错，C正确．
【答案】 C
2．(多选)对交变电流能够通过电容器的正确理解是( )
A．在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动
B．在有电容器的交流电路中，有电荷定向移动
C．当电容器接到交变电源上时，电容器交替进行充、放电，电路中才有交变电流
D．当电容器接到交变电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流
【解析】 电容器能够通过交变电流，是通过电容器交替充、放电而进行的，实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质，故C对，D错．既然电容器交替充、放电，电路中就有了电荷的定向移动，故B对，A错．
【答案】 BC
3．电感和电容对交流电的阻碍作用的大小不但跟电感、电容本身有关，还跟交流电的频率有关，下列说法中正确的是( )
A．电感是通直流、阻交流，通高频、阻低频
B．电容是通直流、阻交流，通高频、阻低频
C．电感是通直流、阻交流，通低频、阻高频
D．电容是通交流、隔直流，通低频、阻高频
【解析】 电感线圈的作用是“通直流、阻交流，通低频、阻高频”，电容器的作用是“通交流、隔直流，通高频、阻低频”，所以C项正确．
【答案】 C
4．(2014·台州中学高二检测)直流电源的电压与交流电源电压的有效值相同，自感线圈的直流电阻不计，则灯泡发光最亮的是图中的 ( )
【解析】 电容C、电感L都对交流电有阻碍作用，故A、B两图中灯不是最亮的；C图中灯被短路，不亮；D图中电容C有隔直流作用，所以D中灯泡最亮．
【答案】 D
5．(多选)如图5-3-12(甲)、(乙)两图是电子技术中的常用电路，a、b是各部分电路的输入端，其中输入的交流高频成分用“”表示，交流低频成分用“～”表示，直流成分用“—”表示．关于两图中负载电阻R上得到的电流特征是 ( )
(甲) (乙)
图5-3-12
A．图(甲)中R得到的是交流成分
B．图(甲)中R得到的是直流成分
C．图(乙)中R得到的是低频成分
D．图(乙)中R得到的是高频成分
【解析】 当交变电流加在电容器上时，有“通交流、隔直流，通高频、阻低频”的特性，(甲)图中电容器隔直流，R得到的是交流成分．A正确、B错误；(乙)图中电容器通过交流高频成分，阻碍交流低频成分，R得到的是低频成分，C正确、D错误．
【答案】 AC
6．某信号源中有直流成分、交流高频成分和交流低频成分，为使放大器仅得到交流低频成分，如图所示电路中可行的是( )
【解析】 信号中含有三种成分，去掉直流成分用隔直电容即可，因此排除A、B.而C中交流高、低频成分均进入放大器，需加入另一旁路电容C2，所以D项正确．
【答案】 D
7.
图5-3-13
(2014·济南中学检测)两只相同的白炽灯L1、L2接到如图5-3-13所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感器串联，当a、b处接电压最大值为Um、频率为f的正弦式电流源时，两灯都发光，且亮度相同．更换一个新的正弦式电流源后灯L1的亮度大于灯L2的亮度，新电源的电压最大值和频率可能是( )
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．最大值小于Um，而频率仍为f
D．最大值大于Um，而频率仍为f
【解析】 灯L1的亮度大于L2的亮度，这是因为交流电频率增大，容抗减小，L1变亮，又频率增大，感抗增大，L2变暗．
【答案】 A
图5-3-14
8．如图5-3-14所示，甲、乙是规格相同的灯泡，接线柱a、b接电压为U的直流电源时，无论电源的正极与哪一个接线柱相连，甲灯均能正常发光，乙灯完全不亮．当a、b接电压的有效值为U的交流电源时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光，则下列判断正确的是( )
A．与甲灯串联的元件x是电容器，与乙灯串联的元件y是电感线圈
B．与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是电容器
C．与甲灯串联的元件x是二极管，与乙灯串联的元件y是电容器
D．与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是二极管
【解析】 由a、b接直流时的现象可知，元件x“通直流”，元件y“隔直流”，由a、b接交流电源时的现象可知，元件x“阻交流”，元件y“通交流”，根据电容器和电感线圈的特点，元件x是电感线圈，元件y是电容器，选项B正确．
【答案】 B
图5-3-15
9．(多选)(2014·徐州高二检测)某同学在研究电容器、电感器对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图5-3-15所示的电路，其中L1、L2是两个完全相同的灯泡．当双刀双掷开关置于3、4时，电路与交流电源接通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同．则该同学在如下操作中能观察到的实验现象是( )
A．当开关置于1、2时，稳定后L1亮、L2不亮
B．当开关置于3、4时，频率增加且稳定后，L1变亮、L2变暗
C．当开关从置于1、2的稳定状态下突然断开，L1将会立即熄灭
D．当开关从置于1、2的稳定状态下突然断开，L1不会立即熄灭
【解析】 如果开关置于1、2时，接直流电，电流稳定后能通过电感器，而不能通过电容器，所以L1亮，L2不亮，A项正确；稳定后突然断开，L、L1、L2、C能构成回路，由于自感现象，L1、L2将慢慢熄灭，故D正确，C错；当置于3、4时，且交流电频率增大，则感抗增大，容抗减小，所以L1变暗，L2变亮，故B错．
【答案】 AD
图5-3-16
10．(多选)“二分频”音箱内有两个不同口径的扬声器，它们的固有频率分别处于高音、低音频段，分别称为高音扬声器和低音扬声器．音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频的机械振动．如图5-3-16所示为音箱的电路图，高、低频混合电流由a、b端输入，L1和L2是线圈，C1和C2是电容器，则( )
A．甲扬声器是高音扬声器
B．C2的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器
C．L1的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器
D．L2的作用是减弱乙扬声器的低频电流
【解析】 线圈作用是“通直流，阻交流；通低频，阻高频”．电容的作用是“通交流，隔直流；通高频，阻低频”．高频成分将通过C2到乙扬声器，故乙是高音扬声器．低频成分通过L1到甲扬声器．故甲是低音扬声器，L1的作用是阻碍高频电流通过甲扬声器．
【答案】 BD
11．如图5-3-17所示的甲、乙、丙三种电路是电子技术中的常用电路，a、b是输入端，其中高频成分用“”表示，低频成分用“～”表示，直流成分用“—”表示，则甲、乙、丙负载R上得到的电流的主要特征各是什么？
甲 乙 丙
图5-3-17
【解题指南】 解答本题时关键要理解电容的“通交流、隔直流，通高频、阻低频”的作用．
【解析】 甲：低频成分．因电容器有隔直流作用，C较大时，低频易通过．
乙：低频成分．因电容器对高频有旁路作用，C较小，通高频，阻低频．
丙：直流成分．因电容器有旁路作用和隔直作用，C越大时，容抗越小，低频成分越容易通过旁路．
【答案】 见解析
图5-3-18
12．在电子技术中，从某一装置输出的电流既有高频成分又有低频成分，如果只需要把低频成分输送到下一级装置，只要在两极电路之间接入一个高频扼流圈，就可以了．高频扼流圈是串联还是并联接入电路？图5-3-18所示的接法对吗？为什么？
【解析】 串联，因为高频扼流圈自感系数较小，它有通低频、阻高频的作用，低频通过很容易，而高频很“费力”，但电阻让高频通过，所以高频就几乎不从高频扼流圈通过了，所以题中所给图接法正确．
【答案】 见解析
