高中物理第二章交变电流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课件 81张PPT

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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　
一、电容器对交流电的作用
1.导通作用:
(1)结论:_____电流能够通过电容器,_____不能通过电
容器。
(2)电容器导通交流电的实质:两极板间的电压周期性
变化,使电容器反复地_____和_____,在电路中形成交
变电流。
交变
直流
充电
放电
2.阻碍作用:
(1)结论:电容器对交流电有阻碍作用,且其阻碍作用的大小与交流电的_____和电容器的_____有关。
(2)容抗:电容器对_______的阻碍作用。
(3)影响容抗大小的因素:电容器的电容______
,容抗
_____;频率_____、容抗_____。
频率
电容
交流电
越小
越大
越低
越大
二、电容器在电子技术中的应用
1.电容器在电路中的作用:“隔_____,通_____,频率
越高,阻碍作用_____”。
直流
交流
越小
2.应用:
(1)隔直电容:在两级电路间_____(选填“串联”或
“并联”)一个电容器来阻止_____(选填“直流”或“交流”)成分通过。
串联
直流
(2)旁路电容:利用电容器对高频电流阻碍作用___而对
低频电流阻碍作用___的特性,在下级电路的输入端___
___(选填“串联”或“并联”)一个电容,通过电容器
可滤除_____(选填“高频”或“低频”)干扰信号。
大
小
并
联
高频
三、电感器对交流电的阻碍作用
1.结论:电感器对交流电有阻碍作用,且其阻碍作用的
大小与交流电的_____和_________有关。
2.感抗:
(1)物理意义:表示电感器对交变电流的_________的大
小。
(2)影响感抗大小的因素:线圈的_________越大,交流
电的_____越高,感抗越大。
频率
自感系数
阻碍作用
自感系数
频率
四、电感器在电子技术中的应用
1.低频扼流圈:自感系数较大,感抗较大,对_____交变
电流有很大的阻碍作用,而对直流的阻碍作用较小。
2.高频扼流圈:自感系数较小,感抗较小,对_____交变
电流有很大的阻碍作用,而对_____交流的阻碍作用较
小。
低频
高频
低频
【思考辨析】
(1)电流通过电容器,并不是电荷穿过电容器两极板间的绝缘层到达另一极板,而是电容器不断地充放电的表现。
(　　)
(2)电容器的电容越大对同一交变电流的阻碍作用就越大。
(　　)
(3)交变电流的频率越大,对于同一个电容器来说,受到的阻碍作用就越大。
(　　)
(4)同一个线圈对直流和对交流的阻碍作用是相同的。
(　　)
(5)线圈的匝数越多,对同一个交变电流的阻碍作用就越大。
(　　)
(6)线圈对交变电流的阻碍作用随着交变电流的频率的变大而减小。
(　　)
提示:(1)√。电流通过电容器,是电容器不断充放电的表现。
(2)×。电容器的电容越大对同一交变电流的容抗越小,阻碍作用就越小。
(3)×。交变电流的频率越大,对于同一个电容器来说,受到电容器的阻碍作用就越小。
(4)×。同一个不计电阻的线圈对直流无阻碍作用;对交流有阻碍作用。
(5)√。线圈的匝数越多,自感系数越大,感抗也越大,对同一个交变电流的阻碍作用就越大。
(6)×。线圈对交变电流的阻碍作用,随着交变电流的频率的变大而增大。
一　电感器对交变电流阻碍作用的分析
【典例】(多选)如图所示电路中,L是
电感器,R是灯泡,电流表、电压表为理
想电表,交流电源的电压u=220
sin100πt
V,若保持
电源电压的最大值不变,只将其频率增大为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
【解题探究】首先明确灯泡和电感器的_____关系,然
后要知道电感器的感抗随交变电流的频率的增大而
_____,最后是了解电压表测量的是电流的_____值,而
电流的_____值与正弦式交变电流的频率_____。
串联
增大
有效
有效
无关
【解析】选B、C。由于电感器的感抗随交变电流频率的增大而增大,而串联电路的电压分配与电阻(包括感抗和容抗)成正比,电路总电压的有效值不变,所以电压表的示数变大,电流表的示数变小,A错,B对;由于电流减小灯泡两端的电压也减小,则灯泡的功率减小而变暗,C对,D错。
【核心归纳】
1.线圈对交变电流的阻碍作用的原因:交变电流通过线圈时,由于电流的变化引起通过线圈的磁通量发生变化,在线圈中产生自感电动势而阻碍电流的变化,也就阻碍了交变电流的通过形成感抗。
2.影响感抗大小的因素:
(1)交变电流的频率。交变电流的频率大时,交变电流变化得快,磁场变化得就快,通过线圈的磁通量变化率就大,自感电动势就大,从而阻碍磁通量的变化的能力也大,也就是阻碍交变电流的通过的作用就大,则感抗也就大。
(2)线圈的自感系数。线圈的自感系数大时,同样的交变电流和磁通量的变化率,产生的自感电动势大,也就是阻碍交变电流的通过的作用就大,则感抗也就大。
【过关训练】
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变电流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.高频扼流圈的自感系数比低频扼流圈的自感系数大
【解析】选A、B、C。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“阻低频,阻高频,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。
2.如图所示的电路中,
L是一个自感线圈,正弦交流电的电压有效值为220
V,则关于交流电压表的示数,下列说法中正确的是
(　　)
A.等于零
B.等于220
V
C.小于220
V,且交流电频率越高,电压表示数越小
D.小于220
V,且交流电频率越高,电压表示数越大
【解析】选C。自感线圈对交流有阻碍作用,故电压表的示数小于220
V;交流电的频率越高,自感线圈对交流电的阻碍作用越大,则电流的有效值越小,故电压表的示数越小,故A、B、D错误,C正确,故选C。
3.如图所示,开关S与直流恒定电源接通时,L1、L2两灯泡的亮度相同,
若将开关S与交变电流接通,则
(　　)
A.L1、L2两灯泡亮度仍相同
B.L1比L2更亮些
C.L1比L2更暗些
D.若交变电源电压的有效值与直流电压相同,两灯与原来一样亮
【解析】选B。由于线圈的自感作用,通过L2的电流比通过L1的电流要小,所以L1比L2更亮些,选项B正确,A、C、D错误。
4.一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,一块铁插进线圈之后,该灯将
(　　)
A.变亮　　B.变暗　　C.没有影响　　D.无法判断
【解析】选B。由于电流的变化,在线圈内磁场变化而产生感应电动势,并总是阻碍电流变化,使线圈产生了感抗。加入铁芯改变了电感的自感系数,自感系数增大,感抗增大,降落的电压增大,灯泡上的电压减小,从而导致灯泡的功率减小,所以灯变暗,故答案为B。
【补偿训练】
(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的大小叫感抗
C.电感对某一频率的交变电流的阻碍作用只跟线圈的自感系数有关
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】选A、B、D。电感对交流电有影响,其阻碍作用的大小和线圈的自感系数L、交流电的频率f有关,L越大,f越高,阻碍作用越大,故选项A、B、D正确,C错误。
二　电容器对交变电流阻碍作用的分析
【典例】(多选)如图所示,接在交流电源上的灯泡正常发光,以下说法正确的是
A.把电介质插入电容器,灯泡变亮
B.增大电容器两极板间的距离,灯泡变亮
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
【解析】选A、C、D。把电介质插入电容器,根据C=
知电容增大,容抗变小,灯泡变亮,故A正确;增大电容器
两板间的距离,根据C=
知电容减小,容抗增大,灯泡
变暗,故B错误;减少电容器两板间的正对面积,根据
C=
知电容减小,容抗变大,灯泡变暗,故C正确;使
交变电流频率减小,容抗变大,灯泡变暗,故D正确。故
选A、C、D。
【核心归纳】
1.电容器对电流有阻碍作用的原因:电容器充电的过程中,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充电和放电,其表现就是电容器在交变电流“通过”中的阻碍作用。
2.影响电容器容抗的因素:
(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,电场力也小,对电荷充电时受到阻碍的作用力就小,所以容抗就小。
(2)交变电流的频率:交变电流的频率高时,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,容抗就小。
【过关训练】
1.在如图所示电路中,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
(　　)
A.等于220
V　　　　
B.大于220
V
C.小于220
V
D.等于零
【解析】选C。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,而电压表测量的是电阻两端的电压,故选项C正确。
2.两个相同的灯泡L1和L2,分别与两个相同的电容器C1和C2连接,如图所示。图中甲电路两端加直流电压U1,乙电路两端加最大值1.2U1的正弦交变电压U2,则此两灯泡的发光情况是
(　　)
A.L1灯泡比L2灯泡亮
B.L1灯泡发光,L2灯泡不发光
C.L1灯泡不发光,L2灯泡发光
D.两灯亮度相同
【解析】选C。因甲图中加的是直流电压,而电容器具有“隔直流”的作用,所以甲图中的灯泡没有电流通过,应不发光;而乙图电路两端加最大值1.2
U1的正弦交变电压,电路中有电流通过,所以乙图中的灯泡发光。
3.如图甲、乙所示,从某一装置中输出的电流既有交流成分又有直流成分,现要只把交流成分输送给下一级,有关甲图、乙图的说法正确的是
(　　)
A.应选用甲图电路,其中C的电容要大
B.应选用甲图电路,其中C的电容要小
C.应选用乙图电路,其中C的电容要大
D.应选用乙图电路,其中C的电容要小
【解析】选C。电容器在电路中要起到“隔直流,通交流”的作用,应选乙图电路。要使交流成分都顺利通过电容器而输送到下一级,则电容器的容抗要大,故C的电容要大。
【补偿训练】
关于电容器对交变电流的容抗,以下说法正确的是
(　　)
A.电容器内部是绝缘的,直流和交流都不能“通过”电容器
B.电容器接到交流上时,由于不断充电、放电,所以电容器对交流无影响
C.恒定电流可认为周期很长,因此电容器对其容抗可以忽略
D.电容器有“隔直通交”“通高阻低”的作用
【解析】选D。电容器内部是绝缘的,所以直流不能通过电容器,但是对交流,由于电容器不断充、放电,所以电流能够通过电容器,但对变化的电流又有阻碍作用,A、B错;恒定电流的周期可认为无限大,频率极小,电容器对直流的容抗很大,C错;电容器具有“隔直通交,阻低通高”的作用,D对。
三　电阻、感抗、容抗的对比分析
【典例】如图所示,电路中完全相同的
三只灯泡a、b、c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100
Hz,则三灯的亮
度变化是
(　　)
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
【素养解读】
核心
素养
素养
角度
素养任务
物理
观念
运动与相
互作用观念
能量观念
电流频率变化时,电阻、电流、电容器的阻碍作用如何变化?灯泡的亮度由什么因素决定?
科学
思维
科学
推理
通过比较对比找出不同,从而分析灯的亮度变化
【解析】选D。当交变电流的频率增大时,电阻的阻值不变,线圈的感抗变大,电容器的容抗变小,所以灯a不变,灯b变暗,灯c变亮,故D正确。
【核心归纳】
　电阻、电感和电容的对比分析:
电　阻
感　抗
容　抗
产生
原因
定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞
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
电　阻
感　抗
容　抗
在电
路中
的
特点
对直流、交流均有阻碍作用
只对变化的电流,如交流有阻碍作用
不能通直流,只能通
交变电流。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电的频率决定(成正比)即XL=2πfL
由电容的大小和交流
电频率决定(成反比)
即XC=
电　阻
感　抗
容　抗
能量
转化
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
【过关训练】
1.(多选)如图所示,某电路的输入端输入的
电流既有直流成分,又含交流高频、低频成
分。关于该电路中各元件的作用,以及负载
电阻R中得到的电流特征,下列说法中正确的是
(　　)
A.L的作用是通高频阻低频
B.C起到消除高频成分的作用
C.R上得到的是低频交流和直流电
D.R上得到的是高频交流
【解析】选B、C。线圈L的作用是:通过直流阻交流,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,故R上得到的是低频交流和直流电,故A、D错误,B、C正确;故选B、C。
2.如图所示电路中,L是一个不计直流电阻的电感线圈,直流电源1的电压值与交流电源2电压有效值相等,S是单刀双掷开关,C是电容器,A、B是完全相同的小灯泡,则下列叙述正确的有
(　　)
A.开关S与1接通时,灯B逐渐变亮
B.开关S与2接通后,灯B的亮度比开关与1接通稳定后灯B的亮度高
C.开关S与2接通后,B发光,而A不发光
D.若将电源2换成一个既含有高频信号又含有低频信号的信号源,则当开关与2接通时,通过B灯的主要是高频信号
【解析】选A。开关S与1接通时,线圈阻碍电流的增大,
所以灯B逐渐变亮,故A正确;开关S与2接通后,由于线圈
L对交流电的阻碍始终存在,所以灯B的亮度比开关与1
接通稳定后灯B的亮度暗,故B错误;开关S与2接通后,交
流电也可以通过电容器,所以A也发光,故C错误;线圈对
交流电有通低频阻高频的作用,所以若将电源2换成一
个既含有高频信号又含有低频信号的信号源,则当开关与2接通时,通过B灯的主要是低频信号,故D错误。
3.如图所示,在电路两端接上交变电流,保持电压不变,使频率增大,发现各灯的亮暗变化情况是:灯1变暗、灯2变亮、灯3不变,则M、N、L处所接元件可能是
(　　)
A.M为电感器,N为电容器,L为电阻
B.M为电阻,N为电感器,L为电容器
C.M为电阻,N为电容器,L为电感器
D.M为电容器,N为电感器,L为电阻
【解析】选A。交流电的频率变大,R不变,感抗增大,容抗变小,所以,亮度不变的L为电阻,灯变亮的N为电容,灯变暗的M为电感。
4.如图所示,线圈L的自感系数和电容器的电容C都很小(如L=100
μH,C=100
pF)。此电路的主要作用是
(　　)
A.阻直流、通交流,输出交流
B.阻交流、通直流,输出直流
C.阻低频、通高频,输出高频交变电流
D.阻高频、通低频,输出低频交变电流和直流电
【解析】选D。因L有“通低频、阻高频”的特点,因此L的作用是阻挡高频成分,而通过L后还有少量的高频成分,利用C“通高频、阻低频”的特点,使绝大部分高频成分从C流过,所以选项D正确。
【补偿训练】
某电源输出的电流中既有交流又有直流成分,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
【解析】选C。因为线圈有阻交流通直流的特点,所以A处应该连接电感线圈;电容有通交流阻直流的特性,故B处应接电容器,所以选项C正确。
【拓展例题】考查内容:电容、电感在交流电路中作用
【典例】(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
(　　)
A.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】选B、D。电路中的电感线圈、电容器的作用可以概括为:电感线圈是“通直流、阻交流,通低频、阻高频”;电容器是“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B、D选项是正确的。