第四节 电感器对交变电流的作用
第五节 电容器对交变电流的作用
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.通过实验了解电感对交变电流的阻碍作用，知道感抗与哪些因素有关．(重点)
2．通过实验了解电容对交变电流的阻碍作用，能够理解交变电流能“通过”电容器，并知道容抗与哪些因素有关．(重点)
3．了解电感器“通直流、阻交流 ”和“通低频、阻高频”的特点及其具体应用，能从能量的角度分析各元件的性能，并将其作为电路设计的选择基础．(难点)
4．了解电容器“隔直流、通交流”和“阻低频、通高频”的特点及其具体应用．(难点)
电 感 器 对 交 变 电 流 的 阻 碍作 用
1．实验电路图
2．感抗
(1)物理意义：表示电感器对交变电流的阻碍作用的大小．
(2)影响感抗大小的因素：线圈的自感系数越大，交流的频率越高，感抗越大．
3．感抗的应用
类型
低频扼流圈
高频扼流圈
自感系数
较大
较小
感抗大小
较大
较小
作用
通直流、阻交流
通直流、通低频、阻高频
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．(√)
为什么电感线圈对交变电流的阻碍作用随线圈的自感系数、交变电流的频率的增大而增大？
【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，自感电动势也就越大，所以阻碍作用就越大，感抗也就越大．
如图2-4-1所示，闭合开关后灯泡发光，交流电源的频率可以改变，但输出电压的有效值不变．
探讨1：当交流电源的频率增大时，小灯泡的亮度会如何变化？
图2-4-1
【提示】 电源的频率增大时，电感线圈的感抗增大，小灯泡变暗些．
探讨2：当交流电源的频率减小时，小灯泡的亮度会如何变化？
【提示】 电源的频率减小时，电感线圈的感抗减小，小灯泡变亮些．
1．电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质
交变电流通过线圈时，由于电流时刻都在变化，所以自感现象就不断地发生，而自感电动势总是要阻碍电流变化的，这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用．因此，感抗的产生是由线圈的自感现象引起的．直流电通过线圈时，电流的大小、方向都不变，线圈中不产生自感电动势，也就没有感抗．
2．感抗
电感线圈对电流的阻碍作用．感抗用“XL”表示，XL＝2πfL＝ωL，其中f是交流电的频率，L是线圈的自感系数．
3．感抗与电感的关系
线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，产生的自感电动势就越大，感抗就越大，对交变电流的阻碍作用也就越大．
4．线圈(扼流圈)的分类
根据不同线圈对交流电的阻碍作用不同分类：
(1)低频扼流圈
①构造：闭合铁芯、绕在铁芯上的线圈．
②特点：匝数多、自感系数L大、电阻很小．它对低频交流会产生很大的阻碍作用，而对直流的阻碍作用则较小，故低频扼流圈的作用为“通直流、阻交流”．
(2)高频扼流圈
①构造：它的线圈有的是绕在圆柱形的铁氧体芯上或空心．
②特点：匝数少，自感系数L小．它只对频率很高的交流产生很大的阻碍作用，而对低频交流的阻碍作用较小，故高频扼流圈的作用为“通直流、通低频，阻高频”．
1．(多选)关于电子技术中的扼流圈，下列说法正确的是( )
A．扼流圈是利用电感线圈对交流电的阻碍作用来工作的
B．高频扼流圈的作用是允许低频交流通过，而阻碍高频交流通过
C．低频扼流圈的作用是不仅要阻碍高频交流通过，还要阻碍低频交流通过
D．高频扼流圈的电感比低频扼流圈的电感大
【解析】 扼流圈是利用变化的电流通过线圈时，感应出自感电动势，从而来阻碍电流的变化，故A正确；高频扼流圈是“通低频，阻高频”，故B正确；低频扼流圈是“阻高频，阻低频，通直流”，故C正确；高频扼流圈比低频扼流圈自感系数小，故D错误．
【答案】 ABC
2．如图2-4-2所示电路由交变电流供电，如果交变电流的频率升高，则( )
图2-4-2
A．线圈的自感系数增大
B．线圈的感抗减小
C．电路中的电流增大
D．电路中的电流减小
【解析】 线圈的自感系数是线圈自身的属性，选项A错误；交变电流的频率升高，感抗增大，线圈对电流的阻碍作用增大，电路中的电流减小，故选项B、C错误，D正确．
【答案】 D
含电感器交流电路的动态分析方法
1．分析电路中各元件的串、并联关系．
2．明确交流电源频率的变化情况．
3．根据电感器中线圈匝数、形状、横截面积、长短和是否插入铁芯，判断自感系数的情况．
4．判断感抗的变化情况．
5．确定含电感器支路电流、电压的变化情况．
电 容 器 对 交 变 电 流 的 阻 碍 作 用
1．实验电路(如图2-4-3所示)
图2-4-3
2．实验现象：电路中串有电容器时，接通直流电源，灯泡不亮；接通交流电源，灯泡亮．
3．实验结论：交变电流能够通过电容器，直流电流不能通过电容器．
4．容抗：表示电容器对交变电流阻碍作用的大小．
5．影响容抗的因素：电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小．
6．应用：电容器具有“隔直流，通交流”的作用．
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”．(×)
使用220 V交流电源的电气设备和电子仪器，金属外壳和电源之间都有良好的绝缘，但是有时用手触摸外壳时会有“麻手”的感觉，用测电笔测试时氖管也会发光，这是为什么呢？采取什么措施可解决这一问题？
【提示】 与电源连接的机芯和金属外壳构成一个电容器，交变电流能够通过这个电容器，也就是说机芯、外壳间始终在进行着充放电，所以能感觉到“漏电”．解决方案就是金属外壳接地，其实现在生产的电气设备都增加了接地线．
如图2-4-4所示，将一电容器接入电路中，当接入恒定电压的电源时，灯泡不亮；当接入交流电源时，灯泡发光．
探讨1：交变电流是如何“通过”电容器的？
【提示】 所谓交变电流能“通过”电容器，其实是电容器不断充电和放电的一个交替过程．
探讨2：当交流电源的电压有效值不变，其频率变化时，灯泡的亮度如何变化？
【提示】 当交流电源的频率升高时，灯泡变亮；当交流电源的频率降低时，灯泡变暗．
1．交变电流是怎样通过电容器的
电容器两极板之间是相互绝缘的，不论是恒定电流还是交变电流，自由电荷都不能通过两极板之间的绝缘体(电介质)，通常所说的交变电流“通过”电容器，并不是自由电荷穿过了电容器，而是在交流电压作用下，当电压升高时电容器充电，电容器极板上的电荷量增加，形成充电电流，如图2-4-5甲所示；当电压降低时，电容器放电，电容器极板上的电荷量减少，形成放电电流，如图乙所示．由于电容器反复不断的充电、放电，使电路中有持续的交变电流．
甲 乙
图2-4-5
2．对容抗及“阻碍”作用的理解
(1)对容抗的理解：容抗是表示电容器对交变电流阻碍作用大小的物理量．容抗的大小与自身的电容量、交变电流的频率有关，可用XC＝来表示，单位是欧姆．此公式虽然不要求掌握，但可以用来定性地分析问题，当交变电流的频率增加时，容抗减小．
(2)电容器对交变电流的阻碍作用：对导线中形成电流的自由电荷来说，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，这就产生了对交变电流的阻碍作用．
(3)“阻碍”作用可概括为：“隔直流、通交流”，“通高频、阻低频”．
3．电容器的作用
(1)隔直电容器，如图2-4-6所示．作用是“通交流、隔直流”，因为直流不能通过电容器，交流能“通过”电容器．起这样作用的电容器电容要大些．
图2-4-6
(2)高频旁路电容器，如图2-4-7所示，作用是“通高频、阻低频”，因为对不同频率的交流电，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大，即电容对低频交变电流阻碍作用大，对高频交变电流阻碍作用小，起这样作用的电容器电容要小些．
图2-4-7
4．电阻、感抗、容抗的区别
电阻
感抗
容抗
产生的
原因
定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞
由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化
电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用
在电路中
的特点
对直流、交流均有阻碍作用
对交流有阻碍作用
对直流的阻碍作用无限大，对交流的阻碍作用随频率的降低而增大
决定
因素
由导体本身(长短、粗细、材料)决定，与温度有关
由线圈本身的自感系数和交流的频率f决定
由电容的大小和交流的频率f决定
电能的
转化与
做功
电流通过电阻做功，电能转化为内能
电能和磁场能往复转化
电能与电场能往复转化
3．(多选)如图2-4-8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( )
图2-4-8
A．把电介质插入电容器，灯泡变亮
B．增大电容器两板间的距离，灯泡变亮
C．减小电容器两板间的正对面积，灯泡变暗
D．使交变电流频率减小，灯泡变暗
【解析】 电容器的电容与介电常数成正比，与正对面积成正比，与两板间距离成反比．而容抗与电容成反比，与频率成反比．把介质插入电容器，电容变大，容抗减小，灯泡变亮，A正确；电容器两板间距离增大，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，B错；减小电容器两极正对面积，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，C正确；交流电的频率减小，容抗增大，灯泡变暗，D正确．
【答案】 ACD
4．(多选)如图2-4-9所示的电路，一灯泡和一可变电容器串联，下列说法正确的是( )
图2-4-9
A．a、b端接恒稳直流电，灯泡发亮
B．a、b端接交变电流，灯泡发亮
C．a、b端接交变电流，灯泡发亮，且将电容器电容增大时，灯泡亮度增大
D．a、b端接交变电流，灯泡发亮，在不改变交变电流有效值的情况下增大其频率，灯泡亮度增大
【解析】 电容器有“通交流、隔直流、通高频、阻低频”的特点，A错，B对；容抗大小与电容器电容成反比，电容越大，容抗越小，灯泡越亮，C对；容抗大小与交流电的频率成反比，频率越大，容抗越小，灯泡越亮，D对．
【答案】 BCD
5．在如图2-4-10所示电路中，u是有效值为220 V的交流电源，C是电容器，R是电阻．关于交流电压表的示数，下列说法正确的是( )
图2-4-10
A．等于220 V B．大于220 V
C．小于220 V D．等于零
【解析】 交变电流“通过”电容器，电阻R中有电流，电压表的示数不为零；电容器与电阻串联，根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压．
【答案】 C
含电容器交流电路的动态分析方法
1．分析电路中各元件的串、并联关系．
2．明确交流电源频率的变化情况．
3．根据C＝判断电容的变化情况．
4．判断容抗的变化情况．
5．确定含电容器支路电流、电压的变化情况．
课件29张PPT。
第二章
交变电流第四节 电感器对交变电流的作用
第五节 电容器对交变电流的作用学习目标
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．内容索引
知识探究
题型探究
达标检测
知识探究1一、电感器对交变电流的作用如图1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，再把它们接到有效值等于直流电源电压的交流电源上．
(1)两种情况下灯泡的亮度有什么不同？说明了什么？ 答案图1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．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．(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？ 答案图1电感器的作用：
(1)电感器的感抗是由 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．是表征电感器对交变电流的_________________的物理量．
(2)线圈的自感系数越 ，交流电的频率越 ，电感线圈对交变电流的阻碍作用越大．
(3)电感线圈在电路中的作用：通 流，阻 流；通 频，阻 频．变化的电流阻碍作用的大小大直交高低高判断下列说法的正误．
(1)同一个线圈对直流和对交流的阻碍作用是相同的．( )
(2)绕制线圈的导线的电阻可以忽略时，线圈对交流没有阻碍作用．( )
(3)交流电的频率越高，电感线圈对交流的阻碍作用越大．( )
(4)线圈的匝数越多，对同一个交变电流的阻碍作用就越大．( )√××√二、电容器对交变电流的作用如图2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．图2(1)观察灯泡的发光情况，并分析原因． 答案甲图中的灯泡不亮，乙图中的灯泡亮．甲图中的电源是直流电源，电容器在电路中是断路，电路中没有电流，灯泡不亮．乙图中的电源是交流电源，把交流电源接到电容器两个极板上后，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，灯泡就亮了，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．电容越大，灯泡越亮；频率越高，灯泡越亮．说明电容器的电容越大、频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用越小．(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？说明了什么？ 答案图2电容器的作用：
(1)电容器接到交流电源两端时，交替地进行 和 ，电路中就有了电流，表现为交流“ ”了电容器．
(2)电容器在电路中的作用：通 流，隔 流；通 频，阻 频．
(3)电容器的电容越 ，交流电的频率越 ，电容器对交变电流的阻碍作用越 .充电放电通过交直高低大高小
2题型探究一、对感抗的理解交变电流通过电感器时，由于电流时刻在变化，在线圈中就会产生自感电动势，而自感电动势总是阻碍原电流的变化，故电感器对交变电流产生阻碍作用．例1 (多选)如图3所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下面叙述正确的是
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，灯变暗图3答案解析√√线圈对直流无感抗，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.二、对容抗的理解电容器在充放电的过程中电容器两极板上聚集着等量异种电荷，从而在两极板间存在着电场，此电场的电场力阻碍着电荷的定向移动，其表现就是电容器对交流电的阻碍作用.例2 (多选)图4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
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得到的是高频成分图4√√答案解析电容器有“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；
乙图中交流高频成分能通过电容器，电容器阻碍交流低频成分，R得到的是低频成分，C正确，D错误.三、电阻、感抗、容抗的对比例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不变、L2变亮、L3变暗
D.L1不变、L2变暗、L3变亮图5答案解析√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.1.电阻对交流、直流有相同的阻碍作用，交流频率变化时，阻碍作用不变.
2.电感器通直流、阻交流，通低频、阻高频.
3.电容器通交流、隔直流，通高频、阻低频.
4.在分析电流变化时，把感抗、容抗类比于导体的电阻，再用欧姆定律分析.
达标检测31.(多选)在如图6所示的电路中，L为电感线圈，R为灯泡的电阻值，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝ (100πt) V.若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100 Hz，下列说法正确的是
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√答案解析√图6123
灯泡的电阻值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；
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.1232.如图7所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表A的示数增大，可行的办法是
A.使发电机F的转速增大
B.使发电机F的转速减小
C.在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质
D.使电容器两极板间的距离增大√答案解析图7123当发电机转速增大时，交变电流的频率增大，电容器容抗减小，电流表A的示数增大，A项正确，B项错误；
在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时，电容器的电容减小，电容器两极板间距离增大时电容也减小，当电容减小时，容抗增大，对交变电流的阻碍作用增大，电流表A的示数减小，C、D项错误.1233.(多选) 如图8所示的电路中，a、b两端连接的交流电源中既含高频交流，又含低频交流，L是一个25 mH 的高频扼流圈，C是一个100 pF的电容器，R是负载电阻，下列说法正确的是
A.L的作用是“通低频，阻高频”
B.C的作用是“通低频，隔高频”
C.C的作用是“通高频，阻低频”
D.通过R的电流中，低频交流所占的百分比远远
大于高频交流所占的百分比√答案解析√√图8123因为电感L是一个高频扼流圈，“通低频，阻高频”，A选项正确；
C是一个电容较小的电容器，所以对低频的交流容抗就较大，故选项C正确，B错误；
根据分析可知通过电阻R的电流中，低频交流所占百分比远远大于高频交流所占的百分比，选项D正确.123
