4．电容器在交流电路中的作用
5．电感器在交流电路中的作用
[学习目标] 1.了解电容器对交变电流的阻碍作用及其原因．(难点) 2.了解电感器对交变电流的阻碍作用及其原因．(难点) 3.知道感抗和容抗以及与哪些因素有关．(重点) 4.了解电容器和电感器通交流电的特性．(重点)
一、电容器在交流电路中的作用
1．电容器对交流电的导通作用
(1)实验电路(如图所示)
(2)实验现象：电路中串有电容器时，接通直流电源，灯泡不亮；接通交流电源时，灯泡亮．
(3)实验结论：
交变电流能够通过电容器，直流电不能通过电容器．
(4)电容器导通交流电的实质：
电容器接入交变电路时，使电容器反复地充电和放电，使电路中形成交变电流．
2．电容器对交流电的阻碍作用
(1)容抗：电容器对交流电的阻碍作用称为容抗．
(2)容抗大小的影响因素：
容抗的大小跟电容和交流电的频率有关．电容越小、频率越低，容抗越大，容抗大小的公式是XC＝.
(3)电容的作用：通交流，隔直流，通高频，阻低频．
3．电容器在电子技术中的应用
(1)隔直电容：利用了电容器通交流、隔直流的性质．只让交流信号通过而直流成分不能通过．如图甲所示．
(2)旁路电容：利用了电容器对高频电流阻碍小而对低频电流阻碍作用大的特性．低频信号不能通过而高频干扰信号可以通过，如图乙所示．
甲 乙
二、电感器在交流电路中的作用
1．电感器对交流电的阻碍作用
(1)感抗：表示电感器对交流电阻碍作用的大小．
(2)影响感抗大小的因素
线圈的电感(即自感系数L)越大，交流电的频率越高，对交流电的阻碍作用越大，即感抗越大．感抗大小的公式是XL＝2πfL.
2．电感器在电子技术中的应用
(1)低频扼流圈
特点：电感较大、电阻较小，感抗较大．对低频交流电产生较大的感抗．
作用：可用来“通直流、阻交流”．
(2)高频扼流圈
特点：匝数较少，自感系数较小，感抗较小，对高频交流电产生较大的感抗．
作用：可用来“通低频、阻高频”．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)对于同一个电容器，容抗可以发生变化． (√)
(2)在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器． (√)
(3)电气设备和电子仪器的金属外壳都应该接地． (√)
(4)电感器的感抗只由线圈本身决定． (×)
(5)电感器对直流电的阻碍作用也较大． (×)
(6)电感器对直流没有阻碍作用，对所有交流电的阻碍作用都一样． (×)
2．(多选)如图所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交流电源的频率增加时( )
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
AD [由频率增大可知，容抗减小，电流增大，灯泡两端电压增大，电压表示数变小，灯泡功率增大而变亮，故A、D两项正确．]
3．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′＜I C．I′＝I D．无法比较
B [长直导线的自感系数很小，其对交变电流的阻碍作用可以看作是纯电阻，流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用．当导线绕成线圈后，电阻值未变，但自感系数增大，对交变电流的阻碍作用不但有电阻，而且有线圈的阻碍作用(感抗)，阻碍作用增大，电流减小．]
电容器对交变电流的阻碍作用
1.对电容器容抗的理解
(1)产生原因
电容器的极板充电带有电荷后，会产生阻碍电流的反向电压，从而对继续充电产生阻碍作用．
(2)相关因素
①电容：电容器的电容越大，充电过程中两极板间电压增长越慢，对继续充电阻碍作用越小．
②频率：交流电频率越高，电流方向变化越快，对继续充电的阻碍作用越小．
2．电容器在电子技术中的两种应用
(1)隔直电容器：如图所示，作用是“通交流、隔直流”，因为直流电不能通过电容器，交流电能“通过”电容器．起这样作用的电容器电容要大些．
(2)高频旁路电容器：如图所示，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，即电容器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．
【例1】 将一平行板电容器与灯泡串联，接在交流电源上，如图所示，灯泡正常发光，则( )
A．电容器对交变电流的阻碍作用仅与交流频率有关，与电容的大小无关
B．增大电容器两极板间的距离，灯泡亮度不变
C．增大电容器两极板间的距离，灯泡一定变暗
D．使交流频率减小，灯泡变亮
思路点拨：(1)容抗的大小与交流电的频率和电容器的电容大小有关．(2)电源电压一定时，容抗越大，灯泡越暗．
C [影响容抗大小的因素有电容C和交流的频率f，故A错误；将电容器的两极板间距增大，电容器的电容变小，容抗变大，对电流的阻碍作用变大，电流变小，则灯泡变暗，故B错误，C正确；当交流频率减小时，容抗变大，则灯泡变暗，D错误．]
(1)电容器通交变电流的实质是充放电．
(2)决定容抗大小的因素：电容器电容的大小和电源的频率．交变电流的频率越高，容抗越小；交变电流的频率越低，容抗越大．
训练角度1：电容器对交流电的导通作用
1．(多选)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
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
AC [当交变电流加在电容器上时，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．]
训练角度2：电容器对交流电的阻碍作用
2.如图所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为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
C [虽然交变电流能通过电容器，但也要受到阻碍作用，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．]
电感器对交变电流的阻碍作用
1.电感器
由导线绕成的各种形状的线圈，电感器用字母“L”及电路符号“”表示．
2．电感对交变电流的阻碍作用的成因
交变电流通过电感器时，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的变化，故电感器表现出对交变电流的阻碍作用．
3．扼流圈及其作用
(1)低频扼流圈，线圈绕在铁芯上，匝数为几千甚至超过一万，自感系数较大，对低频电流感抗也较大，所以有“通直流、阻交流”的作用．
(2)高频扼流圈，线圈绕在铁氧体芯上，匝数有几百或几十，自感系数较小，只对高频电流有较大的阻碍作用，对低频电流和直流阻碍都很小，所以有“通直流、通低频，阻高频”的作用．
【例2】 (多选)在如图所示的电路中，L为电感线圈，L1为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无穷大，交流电源的电压u＝220sin 100πt V．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为60 Hz，下列说法正确的有( )
A．电流表示数增大 B．电压表示数增大
C．灯泡变亮 D．灯泡变暗
BD [由u＝220 sin 100πt V，可知电源原来的频率为f＝＝ Hz＝50 Hz.当电源频率由原来的50 Hz增为60 Hz时，线圈的感抗增大，在电源电压有效值不变的情况下，电路中的电流减小，选项A错误；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D正确，C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UL1，则电源电压的有效值为U＝UL＋UL1.因UL1＝IR，故电流I减小时，UL1减小，因电源电压有效值保持不变，故UL＝U－UL1增大，选项B正确．]
(1)电感器的感抗，是由于变化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．
(2)电感器的感抗不仅与线圈本身的自感系数有关，还与电流的频率有关，电流的频率越大感抗就越大．
训练角度1：对感抗的理解
3．(多选)关于对感抗的理解，下面说法正确的有( )
A．感抗是由于电流变化时在线圈中产生了自感电动势而对电流的变化产生的阻碍作用
B．感抗仅与电源的频率有关，与线圈自感系数无关
C．电感产生的感抗对交变电流有阻碍作用，但不会因此消耗电能
D．感抗和电阻等效，对任何交变电流都是一个确定值
AC [感抗产生的机理就是通过电感的电流发生变化，电感中会产生自感电动势阻碍原电流的变化，这种对变化电流的阻碍作用就是感抗．此过程中电感存储的电能没有消耗，交变电流频率越大，自感电动势越大，产生的阻碍作用越强；线圈自感系数越大，感抗越大，产生的自感电动势也越大，阻碍作用也越大，所以只有A、C对．]
训练角度2：电感线圈对交流电的阻碍作用
4.(多选)如图所示，是由交流电源供电的线路，如果交变电流的频率增大，则( )
A．线圈L的自感系数增大
B．线圈L的感抗增大
C．电路中的电流增大
D．灯泡变暗
BD [自感系数由线圈本身决定，与交变电流频率无关，A项错误；当交变电流频率增大时，线圈L的感抗增大，B项正确；感抗增大对交变电流的阻碍作用增大，使电路中电流减小，灯泡变暗，C项错误，D项正确．]
电阻、感抗、容抗的比较
电阻
感抗
容抗
产生的原因
定向移动的自由电荷与不动离子间的碰撞
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、交流有相同的阻碍作用
“阻交流、通直流”“阻高频、通低频”
“隔直流、通交流”“阻低频、通高频”
决定公式
R＝ρ
XL＝2πfL
XC＝
电能的转化与做功
电流通过电阻做功，电能转化为内能
电能和磁场能反复转化
电能与电场能反复转化
[特别提醒]
虽然不要求应用容抗、感抗的公式进行计算，但熟记感抗及容抗公式XL＝2πfL和XC＝可快速判定感抗、容抗大小变化．
【例3】 如图所示，完全相同的三只灯泡a、b、c分别与电阻R、电感器L、电容器C串联，然后并联到220 V、50 Hz的交流电路中，三只灯泡的亮度恰好相同．若保持交变电压的最大值不变，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．a不变、b变亮、c变暗
D．a不变、b变暗、c变亮
思路点拨：交变电流的频率增大到60 Hz，根据电阻、电感器、电容器对交变电流的阻碍作用的不同，来判断通过三只灯泡的电流如何变化．
D [根据电阻、感抗、容抗与交变电流频率大小的关系，可按如下思维流程分析：
(1)电阻对交流、直流有相同的阻碍作用，交流电频率变化时，阻碍作用不变．
(2)电容器通交流、隔直流，通高频、阻低频．
(3)电感器通直流、阻交流，通低频、阻高频．
(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．
5.(多选)如图所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略．单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那么S接B时( )
A．三个灯亮度不再相同
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
AD [S接A时，为交流电源，此时R、L、C对交变电流的阻碍作用相同；S接B时，变为直流电源，故三灯亮度不再相同，其中乙灯最亮，而丙灯不亮，故A、D正确．]
[课堂小结]
核 心 归 纳
知 识 脉 络
1.两个概念——感抗、容抗
2．两个规律——电容器对交流电的阻碍规律
电感器对交流电的阻碍规律
3．两个应用——电容器在电子技术中的应用
电感器在电子技术中的应用
1．(多选)如图所示实验电路中，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
AC [电感线圈对直流无感抗，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．]
2.如图所示的电路，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
A [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．]
3．某电源输出的电流中既有交流成分又有直流成分，如果需要在R上得到直流成分，应在如图所示电路中的A、B两处连接合适的元件．合理的连接方式是( )
A．A、B处均接电感线圈
B．A、B处均接电容器
C．A处接电感线圈，B处接电容器
D．A处接电容器，B处接电感线圈
C [电感线圈能通直流，阻交流，电容器能使交流电通过，直流电不能通过；而题中需要在R上得到直流成分，应在A处接电感线圈，B处接电容器，故C正确．]
4.(多选)某音响电路的简化电路图如图所示，输入信号既有高频成分，也有低频成分，则
A．电感L1的作用是通高频
B．电容C2的作用是通高频
C．扬声器甲用于输出高频成分
D．扬声器乙用于输出高频成分
BD [电感的特点是通低频阻高频，电容的特点是通高频阻低频，选项A错，B对；
混合信号输入后，高频成分被L1阻碍，再经C1过滤一部分，则通过扬声器甲的是低频成分，选项C错误；
当混合信号输入后，电容C2让高频信号顺利通过，电感L2不能过滤掉高频成分，但可以过滤掉低频成分，故通过扬声器乙的是高频成分，选项D正确．]
课件58张PPT。第二章 交变电流4．电容器在交流电路中的作用
5．电感器在交流电路中的作用2345直流交流交变电流直流电充电放电6阻碍越小越低通隔高频低频7低频通交流隔直流高频89越大阻碍作用电感自感系数频率10较大较小较大低频通直流阻交流少较小小高频通低频阻高频11×√√√12××1314151617 电容器对交变电流的阻碍作用18192021222324252627282930 电感器对交变电流的阻碍作用313233343536373839 电阻、感抗、容抗的比较404142434445464748495051525354555657点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十一)
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)
1．下列关于电阻、电感、电容对电流作用的说法正确的是( )
A．电阻对直流电和交流电的阻碍作用相同
B．电感对直流电和交流电均有阻碍作用
C．电容器两极板间是绝缘的，故电容支路上没有电流通过
D．交变电流的频率增加时，电阻、电感、电容的变化情况相同
A [电阻的阻值对直流电和交流电的阻碍作用相同，A正确；电感对直流电没有阻碍作用，对交流电有阻碍作用，B错误；由于电容器不断地充放电，电路中存在充电电流和放电电流，C错误；电阻的阻值与交流电的频率无关，感抗随交流电频率的增大而增大，容抗随交流电频率的增大而减小，D错误．]
2．有两个电容器的电容分别为C1＝5 μF和C2＝3 μF，分别加在峰值一定的交流电源上，在下列各种情况下，哪一种情况通过电容器的电流最大( )
A．在C1上所加交变电流的频率为50 Hz
B．在C2上所加交变电流的频率为50 Hz
C．在C1上所加交变电流的频率为100 Hz
D．在C2上所加交变电流的频率为100 Hz
C [要使通过电容器的电流最大，应该使电容器的容抗最小．对电容器来说，电容越大，频率越高，容抗越小．故C正确．]
3.电阻R、电容C和电感器L是常用的电子元器件，在频率为f的交变电流电路中，如图所示，当开关S依次分别接通R、C、L支路，这时通过各支路的电流有效值相等．若将交变电流的频率提高到2f，维持其它条件不变，则下列几种情况不正确的是 ( )
A．通过R的电流有效值不变
B．通过C的电流有效值最大
C．通过L的电流有效值最小
D．通过R、C、L的电流有效值都不变
D [在频率为f的交变电流电路中，当开关S依次分别接通R、C、L支路，这时通过各支路的电流有效值相等．当交变电流的频率提高到2f时，则线圈的感抗变大，导致通过L的电流有效值变小；对于电容器的容抗变小，导致通过C的电流有效值变大；对于电阻来说没有变化．故只有D不正确．]
4.如图所示，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
D [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．]
5.(多选)某电路的输入电流既有直流成分，又有交流高、低频成分，若通过如图所示的装置，只把交流低频成分输送到下一级，那么关于该电路中各元件的作用，说法正确的是( )
A．L起到消除交流成分的作用
B．C1是隔直电容器
C．C2起到消除高频成分的作用
D．以上说法都不对
BC [线圈L通直流阻交流，起到消除直流成分的作用，A错；C1隔直流通交流，B对；C2允许高频通过，起到消除高频成分的作用，C对．]
6.如图所示，把电阻R、电感线圈L、电容器C并联接到某一交流电源上时，三只电流表的示数相同。若保持电源电压不变，而使交变电流的频率逐渐减小，则三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系是( )
A．I1＝I2＝I3 B．I2>I1>I3
C．I3>I1>I2 D．I1>I2>I3
B [电感线圈的特点是通低频、阻高频，电容器的特点是通高频、阻低频，所以当频率减小时通过线圈的电流增大，通过电容器的电流减小，而通过电阻的电流不变，故B正确．]
二、非选择题(14分)
7．如图所示的甲、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
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
[能力提升练]
一、选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分)
1．(多选)从某一装置输出的交流电常常既有高频成分，又有低频成分．如果只需要把低频成分输送到下一级装置，可采用的电路是( )
AD [电容器“通交流、隔直流；通高频、阻低频”；电感线圈“通直流、阻交流；通低频、阻高频”，选项A、D正确．]
2.用电压表检查如图所示的电路中的故障，测量Uad＝5.0 V，Uab＝0，Ubc＝5.0 V，Ucd＝0.则电路故障可能是( )
A．滑动变阻器R1断路
B．电容器C被击穿
C．电阻R2断路
D．电感线圈L断路
D [当用电压表去判断电路故障时，如果电压表的两接线柱能与电源的两极接通，而与电压表两接线柱相并联的那部分电路没有短路，电压表就会有示数．即当电压表有示数时，电源两极与电压表两接线柱间的电路无断点．由题意Uad＝Ubc＝5.0 V可知ab、cd间为通路，A、C错误；若电容器被击穿，则Ubc将为零，B错误．故正确选项为D.]
3．如图所示的电路，有直流和交流成分的电流通过，为了尽量减少R2上的交流成分，应( )
A．选用自感系数较大的线圈和电容较小的电容器
B．选用自感系数较小的线圈和电容较大的电容器
C．选用自感系数较小的线圈和电容较小的电容器
D．选用自感系数较大的线圈和电容较大的电容器
D [由于电感器具有“通低频、阻高频”、电容器具有“隔直流、通交流”的作用，故通过线圈L后的高频电流减少了，将电容器C与电阻R2并联，交流成分经过电阻R2“旁边”的电容器C，而直流成分不能通过电容器而通过电阻R2，这样负载电阻R2的交流成分就更少了，为了尽量减少R2上的交流成分，应该选用自感系数较大的线圈和电容较大的电容器，故D对，A、B、C错．]
4．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 ( )
A B
C D
D [A图放大器得到所有成分．B图放大器可得到直流成分，若为高频扼流圈也能得到低频成分．C图既可得高频成分也可得低频成分．D图通过C1的是高、低频成分都有，通过C2的旁路电容将高频成分滤去，故只有D合适．]
5．(多选)如图所示，甲、乙两图中用交流电源，丙、丁两图中用直流电源，各电路图中灯泡、电容器、电压表示数都相同，则下列说法正确的是( )
A．灯L1比灯L2亮
B．灯L3也能发光，但亮度最暗
C．灯L2和L4亮度相同
D．灯L4比灯L1亮
CD [电压表示数相同，说明交流电压的有效值相同．甲图中电容器与灯L1串联，电容器对电流有阻碍作用；乙图中电容器与灯L2并联，电压表的示数为灯L2两端的电压；丙图中电容器与灯L3串联且是直流电源，电容器“隔直流，通交流”，所以没有电流流过灯L3，灯L3不亮；丁图中电容器与灯L4并联，电压表的示数为灯L4两端的电压．综合以上分析，C、D两项正确．]
二、非选择题(共20分)
6.如图所示，是一个判定A、B之间电源性质的仪器，自感系数和电容都较大．若接通电源后只有绿灯亮，则A、B之间是什么电源？若只有红灯亮或黄灯亮，A、B之间电源又如何？
解析：由于电容器C具有隔直流的特性，故只有绿灯亮时A、B之间必是交流电源，至于此时为什么红灯和黄灯不亮，则是由于线圈L具有阻交流的作用．当A、B之间接入直流电时，绿灯不亮是肯定的，此时红灯亮还是黄灯亮，则必须考虑二极管D1和D2的单向导电性．故A、B间接交变电流时，绿灯亮；A、B间接直流电且A端是正极时红灯亮；A、B间接直流电且B端是正极时黄灯亮．
答案：见解析
