第五章 交变电流
第3节 电感和电容对交变电流的影响
班级： 姓名： 第 组
【学习目标】
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
【重点、难点】
学习重点：电感和电容对交变电流的作用特点
学习难点：电感和电容对交变电流的作用特点
预习案
【自主学习】
电感器对交变电流的阻碍作用
1．感抗：电感线圈对交变电流的______作用的大小。
2．影响感抗大小的因素：线圈的________越大，交流的______越高，感抗越大。
3.自感电动势的表达式: 与哪些因素有关？ 、 .
4.自感系数与哪些因素有关? .
5．扼流圈
（1）低频扼流圈：匝数多，自感系数大，通______ ，阻______
（2）高频扼流圈：匝数少，自感系数小，通______、通______，阻______
二、电容器对交变电流的阻碍作用
1．电容器的作用：“隔______ ，通______”．
2．容抗：电容器对交变电流______作用的大小。
3．影响容抗大小的因素：电容器的____越大，交流的_____越高，容抗越小。
【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。）
探究案
【实验探究一】电感器对交变电流的阻碍作用（分析教材37页演示实验）
如图，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）。
一、电感器对交变电流的阻碍作用
1小组讨论:影响感抗大小的因素?
归纳总结：
2感抗的表达式 。
3应用：
(1)低频扼流圈
低频扼流圈的自感系数很大，即使交流的频率较低，它产生的感抗也很大．它具有“通 流，阻 流”的作用．
(2)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，对直流的阻碍作用更小．它具有“通 流，通 频、阻 频”的作用．
【实验探究二】电容器对交变电流的阻碍作用（分析教材38页演示实验）
如图甲、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．
二、电容器对交变电流的阻碍作用
1小组讨论（1）:交流电能“通过”电容器? 。
小组讨论（2）:影响感抗大小的因素？ 。
2感抗的表达式 。
归纳总结：
3应用：
隔直电容 高频旁路电容
【当堂检测】
1、一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图所示。将一条形铁块插进线圈之后，该灯将 （ ）
A、变亮 B、变暗
C、对灯没影响 D、无法判断
2、如图所示，接在交流电源上的电灯泡正常发光，以下说法正确的是（ ）
A、把电介质插入电容器，灯泡变暗
B、增大电容器两极板间的距离，灯泡变暗
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
3、如图所示L为电感线圈，C为电容，A、B为两只相同的灯泡，将他们接在电压为U的交流电源上，两灯泡的亮度相同，若保持电源电压不变，而将电源频率增大，下列关于两灯泡发光情况说法正确的是（ ）
A．灯泡亮度不变
B．A灯泡亮度不变，B灯泡变亮
C．A灯泡变暗，B灯泡变亮
D．A灯泡变亮，B灯泡变暗
【课后巩固】
1、交变电流通过一段长直导线时，电流为I，如果把这根长直导线绕成线圈，再接入原电路，通过线圈的电流为I′，则( )
A．I′>I B．I′2、如图所示，把电阻R，电感线圈L，电容C并联，接到一个交流电源上，三个电流表示数相同，若保持电源电压大小不变，而将电源频率增大，则三个电流表示数I1、I2、I3的关系是( )
A、I1=I2=I3 B、I1>I2>I3
C、I2>I1>I3 D、I3>I1>I2
3、如图所示，输入端ab的输入电压既有直流成分，又有交流成分，以下说法中，正确的是(L的直流电阻不为零)( )
A．直流成分只能从L通过
B．交流成分只能从R通过
C．通过R的既有直流成分又有交流成分
D．通过L的直流成分比通过R的直流成分要大
4、在收音机线路中，经天线接收到的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用了如图所示的装置电路，其中代号a、b应选择的元件是 ( )
A．a是电容较大的电容器，b是低频扼流线圈
B．a是电容较大的电容器，b是高频扼流线圈
C．a是电容较小的电容器，b是高频扼流线圈
D．a是电容较小的电容器，b是低频扼流线圈
5、如图所示，交流电源的电压为220 V，频率f＝50 Hz，三只灯L1、L2、L3的亮度相同，线圈L无直流电阻，若将交流电源的频率变为f＝100 Hz，则( )
A．L1灯比原来亮
B．L2灯比原来亮
C．L3灯和原来一样亮
D．L3灯比原来亮
6、白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交变电源的频率减小时( )
A．电容器电容增加
B．电容器电容减小
C．电灯变暗
D．电灯变亮
教学目标评论
【知识与技能】
1.通过实验和理论分析理解电感和电容对交流电的阻碍作用,知道感抗和容抗的物理意义及影响因素。 2.了解电感和电容在电工和电子技术中的应用,能够分析简单电路中的电感、电容的作用。
【过程与方法】
1.通过探究实验,体会实验在物理学发展过程中的作用,体会科学方法研究物理问题的思想。 2.体验探究实验的过程,培养学生分析、解决问题的能力。
【情感态度与价值观】
通过实验的互动以及对知识的探究,提高探究物理规律的兴趣。
学情分析评论
学生已学过电磁感应和交变电流相关知识,对这节课有了知识准备;但要从理论上理解电感和电容对交变电流的影响,对初学交变电流的高二学生来说,还具有一定的难度;因此,本节课试图利用演示实验和理论探究的方法,让学生自己观察、分析、体会、讨论、归纳并得出结论,以此巩固课堂知识并培养物理思维能力!
重点难点评论
教学重点:
1.电感和电容对交变电流的阻碍作用。
2.感抗和容抗物理意义及影响因素。
教学难点:
1.从实验结合理论理解电感和电容对交变电流的影响。
2.电感器和电容器在实际生活中的应用。
教学过程
第一学时
教学目标评论
【知识与技能】
1.通过实验和理论分析理解电感和电容对交流电的阻碍作用,知道感抗和容抗的物理意义及影响因素。 2.了解电感和电容在电工和电子技术中的应用,能够分析简单电路中的电感、电容的作用。
【过程与方法】
1.通过探究实验,体会实验在物理学发展过程中的作用,体会科学方法研究物理问题的思想。 2.体验探究实验的过程,培养学生分析、解决问题的能力。
【情感态度与价值观】
通过实验的互动以及对知识的探究,提高探究物理规律的兴趣。
学时重点评论
1.电感和电容对交变电流的阻碍作用。
2.感抗和容抗的物理意义及影响因素。
学时难点评论
1.从实验结合理论理解电感和电容对交变电流的影响。
2.电感器和电容器在实际生活中的应用。
教学活动
【导入】介绍电路中常见的三种元件评论
1.电阻:直流和交流电路中阻碍电流 2.电感器:直流电路中,电路稳定后相当于导线
3.电容器:直流电路中,电路稳定后相当于断路
问题:如果将电感器和电容器分别接入交流电路,两元件对交变电流的影响与对直流电的影响一样吗?
【讲授】演示实验一评论
如上图,保持交流电压有效值和直流电压相等,将电容器分别接入直流和交流电路,同学们对比观察区别。
现象:接直流时灯亮些,接交流时灯暗些 设问:为何接交流变暗?
(此处让学生分析或引导学生分析得出电感线圈通交流电时发生自感现象,产生自感电动势,阻碍交变电流的变化) 结论:电感对交变电流有阻碍作用
总结以上实验现象得到:电感器“通直流,阻交流。
【讲授】（一）电感器对交变电流的阻碍作用评论
1.感抗
为描述不同电感器对交流电阻碍作用的大小,引入感抗XL
设问:什么因素影响着感抗的大小?
猜想与假设:(此处可适当从交流电本身和线圈两方面因素进行引导):自感系数L和交流电频率f
实验验证:
(1)自感系数L:保持f不变,改变L(引导学生思考,影响L的因素:线圈大小,形状,匝数,有无铁芯)
探究实验:接通交流电源,将铁芯从线圈中抽出,请同学们观察现象。
现象:抽出线圈,灯泡明显变亮;
结论:f一定,L越大,阻作用越强,感抗越大。 理论分析:L越大,自感电动势越大,阻碍作用越强烈 (2)频率对感抗的影响,采用理论分析的方法: f越大,交变电流大小和方向变化越快,自感电动势越大,阻碍越强烈,感抗越大。 L越大,f越高,阻碍越强,感抗越大。
为方便理解以及记忆,给出理论上感抗的表达式:XL=2πfL
【讲授】电感线圈在实际中的应用评论
(1)低频扼流圈 设问1:“扼”是什么含义?学生回答,教师补充:抓住、控制、扼制等意思。 设问2:要阻碍低频交流电,对线圈有何要求:(引导学生从感抗的计算公式进行分析)
??????答:L要很大,此时即使频率低,感抗也很大。 设问3:有什么方式可以增大L?学生回答:(增加匝数,增加铁芯)
??????介绍:低频扼流圈线圈超过一万匝,自感系数达到几十亨,感抗很大。 设问4:低频扼流圈对低频交流电阻碍作用很大,那对高频阻碍效果如何呢?
答:阻碍作用更大。(引导学生由公式分析)
综上:低频扼流圈通直流,阻交流
(2)高频扼流圈 设问1:顾名思义,高频扼流圈要阻碍高频交流电,对线圈有什么要求? ???????学生回答:L要很小 设问2:对低频交流电阻碍效果如何呢?
???????回答:相对于对高频交流电的阻碍要小得多。
综上:高频扼流圈通低频、阻高频
结论:电感线圈对交变电流的阻碍作用:通直流,阻交流;通低频,阻高频。
【练习】思考应用评论
思考:如果要在上图电路中使R2上只有直流通过,需要如何对电路进行改进?
引导学生从电感器对交流电的影响来思考,只需要在R2支路上串联一个低频扼流圈就可以了
【讲授】演示实验二评论
如上图,保持交流电压有效值和直流电压相等,将电容器分别接入直流和交流电路,观察。
现象:接直流,灯泡不亮;接交流,灯泡亮了;交流电能“通过”电容器
结论:电容器有“通交流,隔直流”的作用
结合板书和多媒体理论分析交变电流通过电容器的原因:
交变电流大小和方向随时间周期性变化,U增大时,电路中形成充电电流;U减小时,电路中形成放电电流;充放电的过程一直存在,电路中就形成了持续电流,灯泡变亮。
注意:电流并未真正通过电容器。
结论:电容器有“通交流,隔直流”的作用。
探究:将电容器接入电路,闭合开关,小灯泡发光;把电容器短路,观察现象
现象:电容器短路后,灯泡更亮;
结论:电容器对交流电有阻碍作用
【讲授】电容器对交变电流的阻碍作用评论
1.容抗XC
为描述不同电容器对交流电阻碍作用的大小,引入容抗XC
设问:什么因素影响着容抗的大小
猜想与假设(此处可适当从交流电本身和线圈两方面因素进行引导):电容器的电容C和交流电频率f
实验验证:
(1)电容器电容C:保持f不变,改变C
探究实验:接通交流电源,将电容器电容由100uF替换成470uF,观察现象。
现象:灯泡明显变亮
结论:f一定,C越大,阻作用越若,容抗越小。
理论分析:f一定,充放电时间一定,C越大,带电量越多,故充放电电流越大,阻碍越小
(2)频率对容抗的影响,采用理论分析的方法:
C一定,充放电电量一定,f越高,充放电用时越短,电流越大,容抗越小; 反之,f越低,容抗越大。
结论:C越大,f越高,阻碍越若,容抗越小。
为方便理解以及记忆,给出理论上感抗的表达式:XC=1/2πfC
【练习】电容器在电子技术中的应用评论
介绍:在电子技术中,声音、图像等信号都要变成交变电流来处理。微弱的信号电流往往需要经过几级放大。在某级放大后输入到下一级,但两级的工作状态不能相互影响。
设问1 如果前级输入同时含有交流和直流成分,利用刚才所学,在两级间作何改动可以使后级只输出交流?
学生回答:串一个电容
追问:对电容器的电容有没有什么要求?
学生回答:无(或有),引导学生分析此处电容C只需通交流,隔直流就行,对电容大小无要求
设问2 无法输入到下级的直流怎么办?
答:并联一个电阻,如左上图
介绍:此电容在应用中叫做隔直电容,起"通交流,隔直流"的作用。
设问3 如果信号输入级同时有交流电的高频和低频成分,又如何在两级之间进行改动使得后级几乎只输出低频信号呢?
学生回答:串联一个电容(此处引导学生分析,若只串联电容,高频和低频都要通过,达不到把高频和低频信号分开的目的)
学生回答:并联一个电容
追问,此时对并联的电容大小有无要求?如果有,有何要求?
学生回答:有(或无)(此处结合容抗的计算公式,引导学生分析当C较小时,对高频交流电阻碍作用较强,对低频交流电阻碍较弱;如右上图,高频交流电从电容所在支路流过,低频交流电输入到后级。
介绍:此电容在应用中叫做高频旁路电容,起通高频,阻低频的作用。
综上:对交流和直流而言,电容器的影响是通交流,隔直流;
对交流的不同成分而言,电容器的影响是通高频,阻低频;
结论:电容器对交变电流的阻碍作用:通交流,隔直流;通高频,阻低频;
【讲授】小结评论
5.3 电感和电容对交变电流的影响
一、电感对交变电流的阻碍作用
1、感抗:XL=2πfL
2、结论:通直流,阻交流;通低频,阻高频;
二、电容对交变电流的阻碍作用
1、容抗:XC=1/2πfC
2、结论:通交流,隔直流;通高频,阻低频;
课件17张PPT。5.3 电感和电容对交变电流的影响现象：接直流的亮些，接交流的暗些 演示实验1分析：自感电动势阻碍交变电流变化结论：电感对交流电有阻碍作用2、感抗 XL(1)反映电感对交变电流阻碍作用的大小1、通直流、阻交流(2)影响感抗大小的因素结论：L越大、f 越高，阻碍越强，感抗越大. 一 电感器对交流电的阻碍作用探究:把铁芯从电感器中抽出，观察灯泡变亮2、感抗 XL(1)反映电感对交变电流阻碍作用的大小1、通直流、阻交流(2)影响感抗大小的因素结论：L越大、f 越高，阻碍越强，感抗越大. 一 电感器对交流电的阻碍作用探究:把铁芯从电感器中抽出，观察灯泡变亮(1)低频扼流圈：(2)高频扼流圈：3、应用----扼流圈结论：通直流、阻交流，通低频、阻高频作用：通直流、阻交流作用：通直流、通低频，阻高频一 电感器对交流电的阻碍作用线圈超过一万匝、L达几十亨，感抗很大线圈几十匝、L几毫亨，感抗很小现象：接直流，灯泡不亮；接交流电，灯泡亮了
交流电能“通过”电容器演示实验2结论：电容器有“通交流，隔直流”的作用。 探究:将电容器短路后，观察灯泡变亮电容器通过充电和放电电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器。分析：2、容抗 XC(1)反映电容对交变电流阻碍作用的大小结论：C越大，f 越高，阻碍越弱，容抗越小。
二 电容器对交变电流的阻碍作用
1、通交流、隔直流探究:C1=220uF换成C2=880uF明显变亮(2)影响容抗大小的因素二 电容器对交流电的阻碍作用3、应用隔直电容隔直流，通交流高频旁路电容通高频，阻低频结论：通交流、隔直流；通高频、阻低频1、如图所示，当交流电源的电压(有效值)
U＝220V、频率f＝50Hz时，三只灯A、B、 C
的亮度相同(L无直流电阻)。
(1)将交流电源的频率变为f＝100Hz，则( )
(2)将电源改为U＝220V的直流电源，则 ( )
A．A灯比原来亮
B．B灯比原来亮
C．C灯和原来一样亮
D．C灯比原来亮AC BC学以致用2、如图所示，把电阻、电感器、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，则三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系?
答案 I3>I1>I2一、电感对交变电流的阻碍作用二、电容对交变电流的阻碍作用小 结1、感抗 ：XL2 、结论：通直流、阻交流，通低频、阻高频1、容抗 XC2 、结论：通交流、隔直流；通高频、阻低频
