第五章 交变电流
第3节 电感和电容对交变电流的影响
[随堂演练]
1．(感抗及其应用)(多选)如图5－3－9所示的实验电路中，若交流电压的有效值与直流电压相等，S为双刀双掷开关，下列叙述中正确的是
图5－3－9
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来时灯变亮
D．S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时灯变暗
解析 线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，并且有铁芯时感抗变大，故选项A、C正确。
答案 AC
2．(容抗及其应用)如图5－3－10所示，电路由交流电源供电，最大电压保持不变，如果交变电流的频率升高，则下列说法中正确的是
图5－3－10
A．电容器上的电荷量最大值增大
B．电容器的容抗增大
C．电路中灯泡的亮度变亮
D．电路中灯泡的亮度变暗
解析 当交变电流的频率升高时，电容器的容抗减小，灯泡的亮度变亮，灯泡两端的电压变大，故选项C正确，选项B、D错误；由Q＝CU可知，选项A错误。
答案 C
3．(感抗、容抗的区别)在收音机线路中，经天线接收下来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5－3－11所示的装置电路，其中代号a、b应选择的元件是
图5－3－11
A．a是电容较大的电容器，b是低频扼流圈
B．a是电容较大的电容器，b是高频扼流圈
C．a是电容较小的电容器，b是低频扼流圈
D．a是电容较小的电容器，b是高频扼流圈
解析 a应该将高频成分旁路掉，所以应该用电容较小的电容器；b应该让低频成分通过，所以应该用高频扼流圈。故选项D正确。
答案 D
4．(电阻、感抗、容抗的区别)如图5－3－12所示，把电阻R、电感线圈L、电容器C并联到一交流电源上，三个电流表的示数相同。若保持电源电压大小不变，而将频率降低，则三个电流表的示数I1、I2、I3的关系是
图5－3－12
A．I1＝I2＝I3 B．I1＞I2＞I3
C．I2＞I1＞I3 D．I3＞I1＞I2
解析 在交流电路中，当频率减小时，电阻对交流的阻碍作用不变，电感线圈对交流的阻碍作用(感抗)减小，电容器对交流的阻碍作用(容抗)增大，电流与电压、电阻(感抗、容抗)的关系符合欧姆定律。所以R支路电流I1不变，L支路电流I2增大，C支路电流I3减小，选项C正确。
答案 C
[限时检测]
?题组一 感抗及其应用
1．(多选)关于电感对交变电流的影响，以下说法中正确的是
A．电感对交变电流有阻碍作用
B．电感对交变电流阻碍作用越大，感抗就越小
C．电感具有“通交流、阻直流，通高频、阻低频”的性质
D．线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，电感对交变电流的阻碍作用就越大
解析 电感对交流电有阻碍作用，阻碍作用越大，感抗越大，感抗与自感系数、交流电频率成正比，本题选项A、D正确。
答案 AD
2．如图5－3－13所示交流电源的电压有效值跟直流电的电压相等，当将双刀双掷开关接到直流电源上时，灯泡的实际功率为P1，而将双刀双掷开关接在交流电源上时，灯泡的实际功率为P2，则
图5－3－13
A．P1＝P2 B．P1＞P2
C．P1＜P2 D．不能比较
解析 考查感抗对电流的阻碍作用。接在直流电源上，线圈对直流没有阻碍作用，电能全部转化为小灯泡的内能；而当双刀双掷开关接在交流电源上时，线圈对交流有阻碍作用，因此电能除转化成灯泡的内能外，还有一部分电能在与磁场能往复转化，因此P1＞P2。故正确答案为B。
答案 B
3．如图5－3－14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
图5－3－14
A．等于220 V B．大于220 V
C．小于220 V D．等于零
解析 电感线圈对交变电流产生感抗，具有“通直流、阻交流，通低频、阻高频”的作用，故C正确。
答案 C
?题组二 容抗及其应用
4．如图5－3－15所示，在电路两端加上正弦交流电，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L1变亮，灯L2变暗，灯L3不变，则M、N、L中所接元件可能是
图5－3－15
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
解析 分析流程如下
答案 C
5．如图5－3－16所示，白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端，当交流电的频率增加时
图5－3－16
A．电容器电容增加
B．电容器电容减小
C．灯变暗
D．灯变亮
解析 由C＝可知，C与f无关，故C不变，A、B错误。交变电流的频率增加，容抗变小，电流变大，故D正确。
答案 D
6．如图5－3－17所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表的示数增加，可行的方法是
图5－3－17
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．使电容器两极板间距离增大
解析 当发电机转速增加时，交变电流的频率增大，电容器容抗减小，电流表的示数增大，A项正确，B项错误；换用介电常数较小的电介质，电容C减小，增大两极板间距离时，电容C也减小，容抗增大，对交变电流的阻碍作用增大，电流表的示数减小，C、D项错误。
答案 A
7．如图5－3－18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
图5－3－18
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
?题组三 电阻、感抗和容抗的区别
8．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5－3－19所示电路中可行的是
图5－3－19
解析 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。
答案 D
9．如图5－3－20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
图5－3－20
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可判断，元件x是电感线圈，元件y是电容器，选项B正确。
答案 B
10．(多选)某一电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件，在接线柱间以如图5－3－21所示的“Z”字形连接(两接线柱间只有一个元件)。为了确定各元件种类，小华同学把DIS计算机辅助实验系统中的电流传感器(相当于电流表)与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后，分别将AB、BC、CD接入电路，闭合开关，计算机显示的电流随时间变化的图像分别如图a、b、c所示，则以下判断中正确的是
图5－3－21
A．AB间是电容器 B．BC间是电感线圈
C．CD间是电容器 D．CD间是定值电阻
解析 根据a图可知，有瞬时充电电流，稳定后电路中无电流，说明AB间是电容器，充电完毕，电路为开路，故A正确，根据b图可知，BC间的元件阻碍电流的增大，但是稳定后电流恒定，符合电感线圈的特点，所以BC间是电感线圈，故B正确。根据c图，接通电路后，电流马上达到稳定值，说明CD间是定值电阻，故C错误，D正确，故选A、B、D。
答案 ABD
11．(多选)如图5－3－22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
图5－3－22
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
12．两相同的白炽灯L1、L2接到如图5－3－23所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值为Um，频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同。更换一个新的正弦交流电源后灯L1的亮度大于灯L2的亮度，新电源的电压最大值和频率应满足什么条件
图5－3－23
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．最大值大于Um，而频率仍为f
D．最大值小于Um，而频率仍为f
解析 由于容抗随频率的增大而减小，感抗随频率的增大而增大，故电压不变而频率变大时，L1的亮度大于L2的亮度，A正确，B错误；若只增大或减小电压，而频率不变，则L1、L2同时变亮或变暗，故C、D错误。
答案 A
13．如图5－3－24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器和电感的作用。
图5－3－24
解析 当含有多种成分的电流输入到C1两端时，由于C1的“通交流，隔直流”功能，电流中的交流成分被衰减，而线圈L有“通直流，阻交流”功能，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，C2进一步滤除电流中残余的交流成分，这样就在输出端得到较稳定的直流电，这个直流电供电视机内芯正常工作。
答案 见解析
14．如图5－3－25所示，从AO输入的信号中，有直流电和交流电两种成分。
图5－3－25
(1)现在要求信号到达BO两端只有交流电，没有直流电，需要在AB端接一个什么元件？该元件的作用是什么？
(2)若要求信号到达BO两端只有直流电，而没有交流电，则应在AB端接入一个什么元件？该元件的作用是什么？
解析 根据电容器和电感器对直流电和交流电的作用原理进行分析。
(1)因为BO端不需要直流电，只需要交流电，故根据电容器有“通交流，隔直流”的作用，应在AB端接入一个电容器，该电容器对直流电有阻隔作用，对交流电有通过作用。
(2)因为BO端不需要交流电，只需要直流电，故根据电感线圈有“通直流，阻交流”的作用，应在AB端接入一个电感线圈。该线圈对交流电有阻碍作用，对直流电有通过作用。
答案 (1)电容器，对直流电有阻隔作用，对交流电有通过作用。
(2)电感线圈，对交流电有阻碍作用，对直流电有通过作用。
课件45张PPT。第3节 电感和电容对交变电流的影响[学习目标]
1.通过实验理解电感对交流电的阻碍作用，知道感抗的物理意义及影响因素。
2．通过实验理解电容对交变电流的阻碍作用，知道容抗的物理意义及影响因素。
3．了解电容和电感在电工和电子技术中的应用，能够分析简单电路中的电容、电感的作用。一、电感器对交变电流的阻碍作用
1．实验探究
(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)实验电路：图5－3－1取直流电源的电压与交流电电压的有效值_______。
(3)实验现象：接通直流电源时，灯泡_______；接通交流电源时，灯泡_______。
(4)实验结论：电感线圈对交变电流有______作用。相等亮些暗些阻碍2．感抗
(1)物理意义：表示电感器对交流的_______________的大小。
(2)影响感抗大小的因素：线圈的___________越____，交流的________越_____，感抗越大。阻碍作用自感系数大频率高3．感抗的应用
(1)低频扼流圈：自感系数较_____，具有“通_____流，阻_____流”的特性。
(2)高频扼流圈：自感系数较______，具有“通直流，通_____频，阻______频”的特征。大直交小低高二、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5－3－2)：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：交变电流能够通过电容器，直流不能通过电容器。
2．容抗
(1)物理意义：表示电容对交变电流的_____________的大小。
(2)影响容抗大小的因素：电容器的电容越_____，交流的频率越______，容抗越小。
(3)特性：电容器具有“_______________”的作用。直流交流阻碍作用大高隔直流通交流判断下列说法的正误。
1．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。( )
2．交流电的频率越高，电感对交流的阻碍作用越大。( )
3．高频扼流圈可以“通高频，阻低频”。( )［自主思考］×√×4．直流电流能通过电容器。( )
5．电容器接上交流电源，电荷可以通过电容器形成电流。( )
6．电容器的电容越大，容抗就越大。( )
7．电气设备和电子仪器的金属外壳都应该
接地。( )×××√电感对交变电流的阻碍作用的成因分析
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。考点一 对感抗的理解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决定于线圈本身的性质，即线圈匝数、横截面积、有无铁芯等因素。由上面第二个因素可知：要求低频扼流圈感抗大，就要用自感系数较大的线圈即匝数较多并有铁芯的扼流圈来担任；高频扼流圈的自感系数要小得多，可以用匝数少且没有铁芯的扼流圈来担任。特别提醒 (1)电感对交变电流存在阻碍作用，这种阻碍作用与交变电流的频率有关，频率越高，感抗越大。
(2)电感“通直流，阻交流，通低频，阻高频”。图5－3－3A．电流表的示数增大
B．电压表的示数增大
C．灯泡变暗
D．灯泡变亮答案 BC2．一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。一铁块插进线圈之后，该灯将图5－3－4A．变亮 B．变暗
C．对灯没影响 D．无法判断
解析 加入铁芯后线圈的自感系数增大，感抗增大，降落在线圈上的电压增大，灯上的电压减小，所以灯变暗。
答案 B规律总结
1．电感对直流电的阻碍是线圈的电阻，若电阻不计，则无阻碍。
2．线圈对交变电流的感抗大小要从线圈本身的自感系数和交变电流的频率上来分析，对自感系数而言，有铁芯时的自感系数比没有铁芯时要大得多。1．容抗的成因
(1)当接到交流电源上时，电源使导线中的自由电荷向某一方向定向移动，对电容器进行“充放电”。
(2)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，其表现就是电容器在交变电流通过时的阻碍作用。考点二 对容抗的理解2．影响容抗大小的因素
(1)电容器的电容：电容器的电容越大，电容器容纳电荷的本领就越大，即在容纳相同电荷的情况下，电容大时电压小，电场力对电荷充电时的阻碍作用力就小，所以容抗就小。
(2)交流的频率：交流的频率越高，充电和放电的时间就短，相同电路电容器上聚集的电荷就少，电容器所达到的电压就小，排斥充电和放电的电场力就小，从而阻碍作用就小，所以容抗就小。[题组突破]
3．(多选)如图5－3－5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5－3－5A．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．减少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 把电介质插入电容器，C变大，容抗变小，灯泡变亮；增大电容器两板间的距离，C变小，容抗变大，灯泡变暗；减少电容器两板间的正对面积，C变小，容抗变大，灯泡变暗；频率减小，电容对交变电流的阻碍作用变大，灯泡变暗。电容器在电路中特点为“通交流，隔直流；通高频，阻低频”。故选ACD。
答案 ACD4．(多选)如图5－3－6所示实验电路，直流电源电压与交流电源电压的有效值均为220 V，S为双刀双掷开关，下列哪个叙述正确图5－3－6A．当S掷向a、b时，电阻R的电压为220 V
B．当S掷向a、b时，电阻R的电压为0
C．当S掷向c、d时，电阻R的电压为0
D．当S掷向c、d时，电阻R的电压小于220 V解析 接直流电源时，电路稳定后没有电流，电阻两端电压为0，故A错B对；接交流电源时，电路中有电流，R两端电压不为零，故C错；由于电容对交流电有容抗，与电阻R分压，因此R的电压小于220 V，D对。
答案 BD规律总结 电容器的容抗大小从电容和交变电流的频率两个方面来判定，而电容的大小与平行板电容器的介电常数、正对面积和板间距有关。考点三 电阻、感抗、容抗的对比特别提醒 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。[例 题] 如图5－3－7所示，电路中完全相同的三只灯泡A1、A2、A3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5－3－7A．三灯亮度不变
B．三灯均变亮
C．A1不变，A2变亮、A3变暗
D．A1不变，A2变暗、A3变亮
[思路引导][解析] 当交变电流的频率增大时，线圈对交变电流的阻碍作用增大，通过灯泡A2的电流将因此而减小，所以灯泡A2的亮度将变暗；而电容对交变电流的阻碍作用则随交变电流频率的增大而减小，即流过灯泡A3的电流增大，所以灯泡A3将变亮；由于电阻的大小与交变电流的频率无关，流过灯泡A1的电流不变，因此其亮度也不变。
[答案] D(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5－3－8所示为音箱的电路图，高、低频混合电流由a、b输入，L1和L2是电感线圈，C1和C2是电容器，则［变式训练］图5－3－8A．甲扬声器是高频扬声器
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的作用是减弱通过乙扬声器的低频电流解析 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”。既有高频又有低频的音频电流经过L1的阻碍和C1的旁通，在甲扬声器中通过的是低频电流；经过C2的阻碍和L2的旁通，在乙扬声器中通过的是高频电流。故选B、D。
答案 BD规律总结
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。［课堂回顾 知识小结］本节结束
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