3 电感和电容对交变电流的影响
[学习目标] 1.知道电感和电容对交变电流的影响．(重点) 2.了解电感器和电容器的应用．(重点)． 3.理解电感和电容对交变电流阻碍作用．(难点) 4.知道影响感抗和容抗大小的因素．(难点)
一、电感器对交变电流的阻碍作用
1．实验探究
如图所示，取直流电源电压与交流电源电压有效值相等．
(1)实验目的：了解并验证电感线圈对交变电流的阻碍作用．
(2)实验现象：接通直流电源时，灯泡亮些；接通交流电源时，灯泡暗些．
(3)实验结论：电感线圈对交变电流有阻碍作用．
2．感抗
(1)物理意义：表示电感器对交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，交流的频率．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
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
通低频、通直流，阻高频
二、电容器对交变电流的阻碍作用
1．交变电流能够通过电容器
(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，灯泡亮．
(3)实验结论
交变电流能够通过电容器，直流不能通过电容器．
2．电容器对交变电流的阻碍作用
(1)容抗：表示电容器对交变电流阻碍作用的大小．
(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗越小．
(3)应用：电容器具有“隔直流、通交流”的作用．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)交流电的频率越高，电感对交流的阻碍作用越大． (√)
(2)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)电容器在交变电路中，相当于一个电阻，具有分压作用． (√)
(4)电容器接到交流电源时，有自由电荷通过电容器． (×)
(5)电容器的电容越大，容抗就越大． (×)
2．(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
ABC [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“阻交流，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．]
3．有两个电容器的电容分别为C1＝5 μF和C2＝3 μF，分别加上峰值一定的交变电源，在下列各种情况下，哪一种情况下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60 Hz
D．在C2上所加交变电流的频率为60 Hz
C [电容器对电流的阻碍作用的大小，即为容抗．容抗的大小是由电容器电容C和交变电流的频率共同决定的．交变电流的频率越高，电容器的电容越大，电容器的容抗就越小，电流就越大．因此要使通过电容器的电流最大则必须使频率最高，电容最大．]
对电感器感抗的理解
1.电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质
(1)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的变化，这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用．
(2)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．感抗的大小： XL＝2πfL.其中f是交流电的频率，L是线圈的自感系数．
3．低频扼流圈用来“通直流、阻交流”，因此可以用低频扼流圈来分离“直流和交流”；高频扼流圈对高频电流阻碍作用很大，对低频电流阻碍作用较小，因此可以用高频扼流圈分离“低频交流电和高频交流电”．
【例1】 在如图所示电路中，L为电感线圈，灯泡电阻为R，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，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100 Hz，下列说法正确的是( )
A．电流表示数增大
B．电压表示数减小
C．灯泡变暗
D．灯泡变亮
C [由u＝220sin 100πt(V)，可得电源原来的频率为f＝＝50 Hz，当电源频率由原来的50 Hz增为100 Hz时，线圈的感抗增大，在电压不变的情况下，电路中的电流减小，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，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，则电源两端电压的有效值为U＝UL＋UR，因UR＝IR，故电流I减小时，UR减小，且电源两端电压有效值保持不变，故UL＝U－UR，UL增大，B错误．]
直流电阻不计的线圈对直流电无阻碍作用相当于短路，对交流电有阻碍作用，因而使电流减小，加在电路其他部分的电压也减小，且减小量与线圈两端电压的增加量相等.
1.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 [电感线圈对交变电流产生感抗，具有“通直流、阻交流”的作用，故C正确．
对电容器容抗的理解
1.交变电流“通过”电容器的本质
(1)当电源电压升高时，电源给电容器充电，电荷向电容器极板上聚集，在电路中，形成充电电流．
(2)当电源电压降低时，电容器放电，原来聚集在极板上的电荷又放出，在电路中形成放电电流．
(3)电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流电“通过”了电容器，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．
2．容抗的大小：XC＝.其中f是交流电频率，C是电容器的电容．
【例2】 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加时( )
A．电容器的电容增加
B．电容器的电容减小
C．电灯变暗
D．电灯变亮
D [电容器的电容是由电容器本身的特性所决定的，与外加的交流电源的频率无关，A、B错误；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，C错误，D正确．]
交变电流不同于直流，交变电流能“通过”电容器，所以灯泡会亮.交变电流的频率改变，电容器的容抗改变，电容器两端的电压变化，灯泡两端的电压也随着变化.
2.(多选)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．使交流电的频率减小，灯泡变暗
ACD [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，与交流电频率成反比．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错误；减小电容器两板间的正对面积，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．]
电阻、感抗、容抗的比较
电阻
感抗
容抗
产生原因
定向移动的自由电荷与不动的粒子间的碰撞
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
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电的频率f决定
由电容的大小和交流电的频率f决定
电能的转化
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
【例3】 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
D [开关S接A时，甲、乙、丙三个支路均有交流电通过．开关S接B时，电路处于直流工作状态，电容器C“隔直流、通交流”；电感线圈L“阻交流、通直流”；电阻R对交流和直流有相同的阻抗．可判断此时电路中I丙＝0，I甲不变，I乙增大；又因为灯泡亮度与电功率(P＝I2R)成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮．]
上例中，若将电路中的开关S接A，并将交变电流的频率增大，灯泡亮暗如何变化？
提示：甲灯不变，乙灯变暗，丙灯变亮．
电感器、电容器接到交流电源上时，电能与磁场能或电场能反复转化，所以电感器、电容器上不会消耗电能，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.三种阻碍，其本质不同，特点不同.
?1?电感器对直流起“短路”作用，对交变电流起阻碍作用.
?2?电容器对直流起“断路”作用，对交变电流有旁路分流作用.
?3?电阻对直流、交变电流都有阻碍作用，且与交变电流的频率无关.
3.(多选)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，维持其他条件不变，则下列几种情况可能的是( )
A．通过R的电流有效值不变
B．通过C的电流有效值变大
C．通过L的电流有效值减小
D．通过R、C、L的电流有效值都不变
ABC [电阻对交变电流的阻碍作用即电阻大小，与电流的频率无关，因此通过电阻的电流有效值不变，A正确；电感对交变电流有阻碍作用，感抗随交变电流频率变大而变大，通过L的电流有效值减小，C正确；电容的容抗随交变电流频率变大而变小，通过C的有效值变大，B正确，D错误．]
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.电感器对交变电流的阻碍作用的大小用感抗表示，感抗的大小与线圈的自感系数和交流的频率有关．
2．低频扼流圈可以“通直流，阻交流”，而高频扼流圈可以“通直流、通低频，阻高频”．
3．交变电流可以通过电容器，电容器对交流的阻碍作用可以用容抗表示，容抗的大小与电容和交流的频率有关．
4．电容具有“隔直流、通交流”、“阻低频、通高频”的作用.
1．关于电感对交变电流的影响，下列说法正确的是( )
A．电感线圈不能通直流电流，只能通交变电流
B．电感线圈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
C [电感线圈可以通直流，A错误；电感线圈对不同频率的交变电流阻碍作用不同，B错误；同一电感线圈对高频交流电阻碍作用大，D错误，C正确．]
2．对电容器能通交变电流的原因，下列说法中正确的有( )
A．当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流
B．当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有交变电流
C．在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动
D．在有电容器的交流电路中，有电荷通过电容器
B [电容器能让交流电通过，实际上是通过充放电来完成的，定向移动的电荷并没有从一个极板到另一个极板，故A、C、D错误，B正确．]
3．如图所示的电路，一灯泡和一可变电容器串联，下列说法不正确的是( )
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
A [电容器有“通交流、隔直流、通高频、阻低频”的特点，A错误，B正确；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正确；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正确．]
4．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．如果只需把低频成分输送到下一级装置，如图所示，则下列做法合理的是( )
A．在ab间接入一个电容器
B．在ab间接入一个低频扼流圈
C．在ab间接入一个高频扼流圈
D．在ab间接入一个电容器或高频扼流圈或低频扼流圈都可以
C [电容器可以“通高频，阻低频”，低频扼流圈可以“通直流，阻交流”，而高频扼流圈可以“通低频，阻高频”，故C正确．]
课件51张PPT。第五章 交变电流3 电感和电容对交变电流的影响2345阻碍作用越高越大6直流高频直流低频交流78直流直流交变电流交流9交变电流越高越大10√××√√11121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(九)
(时间：40分钟 分值：100分)
[基础达标练]
选择题(本题共8小题，每小题6分)
1．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的示数增加，可行的办法是 ( )
A．使发电机F的转速增加
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 [当发电机转速增加时，交变电流的频率增大，容抗减小，电流表A的读数增大，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，使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示数减小，C、D错误．]
2．下列说法中错误的是( )
A．电感的感抗只由线圈自身决定
B．同一电感对于不同频率的交变电流的感抗不同
C．电容器的容抗与电容器的电容值及交变电流的频率都有关
D．同一电容器，接入不同频率的电路中，电容器的容抗不同
A [电感的感抗由线圈的自感系数L和交变电流的频率f共同决定，A错误，B正确；电容是电容器本身的特点，容抗由电容C和交变电流的频率f共同决定，C、D正确．]
3．(多选)如图甲、乙所示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，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．]
4．两只相同的白炽灯L1、L2接到如图所示的电路中，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
A [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．]
5．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图放大器既可得到高频成分也可得到低频成分．D图通过C1的是高、低频成分都有，C2是旁路电容，是将高频成分滤去，故只有D可行．]
6．如图所示，输入端的输入电压既有直流成分，又有交变电流成分(L的直流电阻等于R)，以下说法中正确的是( )
A．直流成分只能通过L
B．交变电流成分只能从R通过
C．通过R的既有直流成分，又有交变电流成分
D．通过L的交变电流成分比通过R的交变电流成分必定要多
C [交流和直流都可以通过电阻R，也可以通过电感器，A、B错误，C正确；电感器有“通直流、阻交流”的作用，通过L的交流成分比通过R的交流成分必定要少，D错误．]
7．(多选)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
AD [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能构成充放电回路，由于自感现象，L1、L2将慢慢熄灭，故D正确，C错误；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错误．]
8．(多选)如图所示，某输电线路横穿公路时，要在地下埋线通过．为了保护输电线不至于被压坏，可预先铺设结实的过路钢管，再让输电线从钢管中穿过．电线穿管的方案有两种：甲方案是铺设两根钢管，两条输电线分别从两根钢管中穿过；乙方案是只铺设一根钢管，两条输电线都从这一根钢管中穿过，如果输电导线输送的电流很大，那么，以下说法正确的是( )
A．无论输送的电流是恒定电流还是交变电流，甲、乙两方案都是可行的
B．若输送的电流是恒定电流，甲、乙两方案都是可行的
C．若输送的电流是交变电流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的
D．若输送的电流是交变电流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的
BC [恒定电流对于一根还是两根钢管毫无影响，但交变电流通过的导线和钢管之间形成电容器，对交变电流有阻碍作用，而两根线从一根钢管中穿过，因任一时刻电流的方向都等大反向，产生的影响可互相抵消．]
[能力提升练]
一、选择题(本题共4小题，每小题6分)
1．如图所示，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，第一位同学的方法使小灯泡消耗电能为W1，第二位同学的方法使小灯泡消耗的电能为W2，它们相比较( )
A．W1＝W2 B．W1＞W2
C．W1＜W2 D．无法确定
B [匀速运动时，产生的感应电动势是恒定的，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做变速运动时，产生的感应电动势是变化的，感应电流也是变化的，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．]
2．如图所示，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流；L是一个20 mH的高频扼流圈，C是一个100 pF的电容器，R是负载电阻．下列说法错误的是( )
A．L的作用是“通低频，阻高频”
B．C的作用是“隔直流，通交流”
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
B [L是一个自感系数很小的高频扼流圈，其作用是“通低频，阻高频”，选项A正确；C是一个电容很小的电容器，在题图示电路中，对高频交流的容抗远小于对低频交流的容抗，其作用是“通高频，阻低频”，选项C正确；因电路中无直流，选项B错误；由于L对高频交流的阻碍作用和C对高频交流的旁路作用，使得通过R的电流中，低频交流所占的百分比远大于高频交流所占的百分比，选项D正确．]
3．(多选)从某一装置输出的交流常常既有高频成分，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( )
A B C D
AD [由于只需将低频成分输送到下一级装置，可将高频成分分流，但低频成分不能通过，即需要高频旁路电容器，选项A正确；也可以直接阻碍高频成分通过，即阻高频、通低频，可以采用高频扼流圈，选项D正确．]
4．“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高频电流
B [甲扬声器中，L1串联在电路中，对高频电流的阻碍作用很大，对低频电流的阻碍作用较小；C1并联在电路中，对高频电流的阻碍作用小，可以给高频电流提供通路，使低频电流通过甲扬声器传出，所以甲为低音扬声器．乙扬声器中，C2串联在电路中，对低频电流的阻碍作用很大，对高频电流的阻碍作用较小，L2并联在电路中，对低频电流的阻碍作用较小，可以给低频电流提供通路，使高频电流通过乙扬声器传出，所以乙为高音扬声器．]
二、非选择题(本题共2小题，共28分)
5．(14分)如图所示是电视机电源部分的滤波装置，当输入端输入含有直流成分、交流低频成分的电流后，能在输出端得到较稳定的直流电，试分析其工作原理及各电容和电感的作用．
[解析] 当含有多种成分的电流输入到C1两端时，由于C1具有“通交流、隔直流”的作用，电流中的交流成分被衰减；而线圈L有“通直流、阻交流”的作用，直流成分电流顺利通过L，一小部分交流通过L；到达C2两端时，由于C2具有“通交流、隔直流”的作用，C2进一步滤除电流中残余的交流成分，这样在输出端得到较稳定的直流电．
[答案] 见解析
6．(14分)如图所示是一个判断AB之间电源性质的仪器，若接通电源后只有绿灯亮，则AB之间是什么电源？若只有红灯亮或黄灯亮，AB之间电源又如何？
[解析] 由于电容器C具有隔直流的特性，故绿灯亮时AB之间必是交流电源，此时红灯和黄灯都不亮，则是由于线圈L具有阻交流的作用．当AB间接直流电时，绿灯不亮是显见的，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AB间接交变电流时，绿灯亮；AB间接直流电且A端是正极时红灯亮；AB间接直流电且B端是正极时黄灯亮．
[答案] 见解析
