【2012 精品课件】人教版物理选修3-2 第5章第三节电感和电容对交变电流的影响

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【2012 精品课件】人教版物理选修3-2 第5章第三节电感和电容对交变电流的影响
课标定位
学习目标：1.通过实验了解电感器对交变电流的阻碍作用，能够运用所学知识分析含有电感的简单交变电路．
2．通过实验了解电容器对交变电流的阻碍作用，能够分析简单交变电路中电容器的作用．
3．简单了解电感器和电容器在电工和电子技术中的应用．
重点难点：1.交变电流“通过”电容器的原理．
2．影响容抗、感抗大小的因素．
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
第三节　电感和电容对交变电流的影响
课前自主学案
一、电感器对交变电流的阻碍作用
1．电感对交变电流的阻碍作用的大小用_____来表示，线圈的__________越大，交变电流的_____越高，阻碍作用就越大，_____也就越大．
感抗
自感系数
频率
感抗
2．扼流圈是电子技术中常用的电子元件，分为两种：一种是线圈绕在铁芯上，它的自感系数较____，感抗较大，叫做______扼流圈，它的作用是_______________；另一种是线圈绕在铁氧体芯上或空心，它的自感系数较___,感抗较小，叫做_____扼流圈,它的作用是________________．
大
低频
通直流，阻交流
小
高频
通低频，阻高频
二、交变电流能够通过电容器
通过实验可以看到交变电流能够通过电容器，其实自由电荷并未通过两极板间的绝缘介质，只是在交流电压的作用下，电容器交替进行_____和_____，电路中就有了电流．
充电
放电
三、电容器对交变电流的阻碍作用
电容对交变电流的阻碍作用的大小用______来表示，电容器的______越大，交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越小， ______也就越小．电容对交变电流的作用是__________________________________．
容抗
电容
容抗
通交流，隔直流，通高频，阻低频
核心要点突破
一、电感器、电容器对交变电流的阻碍机理
1．电感器对交变电流的阻碍作用
交变电流通过线圈时，由于电流时刻在变化，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的变化，就形成了对交变电流的阻碍作用．
2．交变电流能够“通过”电容器
当电容器接到交流电源上时，由于两极板间的电压变化，电压升高时，形成充电电流，电压降低时，形成放电电流，充放电交替进行，电路中就好像交变电流“通过”了电容器，实际上，自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质．
3．电容器对交变电流的阻碍作用
电源电压推动自由电荷定向运动，而电容器两极板上积累的电荷反抗自由电荷的定向运动，从而产生了电容器对交变电流的阻碍作用．
特别提醒：当电容器与直流电源的两极相连接时，接通的瞬间因电容器充电产生瞬时电流．充电完毕后，电容器两极板间电压与电源两极间电压相等，电路中没有电流．
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
1．下列说法中正确的是(　　)
A．感抗是由于电流变化时在线圈中产生了自感电动势，阻碍电流的变化
B．感抗大小不仅与自感系数有关，还与电流的频率有关
C．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
D．容抗的大小不仅与电容有关，还与电流的频率有关．
解析：选ABD.交流电通过线圈时，由于电流时刻变化，在线圈中产生自感电动势，自感电动势总是阻碍电流变化，这就是产生感抗的原因，A正确．频率越高，电流变化越快，自感电动势越大；线圈自感系数越大，自感电动势越大，对电流的变化阻碍作用越大，感抗越大，B正确．电容器能通交变电流的实质是通过反复充、放电来实现的， 并无电荷通过电容器，所以C错．频率越高，充、放电越快，容抗越小，故D对．
二、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 只对变化的电流(如交流)有阻碍作用 不能通直流，只能通变化的电流
电阻 感抗 容抗
决定因素 由导体本身(长短、粗细、材料)决定，与温度有关 由线圈的自感系数和交流电的频率决定(成正比) 由电容的大小和交流电的频率决定(成反比)
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
即时应用 (即时突破，小试牛刀)
2．下列说法正确的是(　　)
A．电阻对直流、交流的阻碍作用相同，电流通过电阻时，消耗电能
B．电容器接在直流电路中，因为没有电流，所以不消耗电能，接在交流电路中，有交变电流，所以消耗电能
C．感抗虽然对交变电流有阻碍作用，但不消耗能量
D．感抗是线圈的电阻产生的
答案：AC
课堂互动讲练
电感器对电流的阻碍作用
例1
图5－3－1
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
【思路点拨】　根据频率的变化，判断感抗的变化，然后分析电路电流、电压及电灯功率的变化．
【答案】　BC
【规律总结】　感抗与线圈的自感系数和交变电流的频率成正比，交变电流频率越高，感抗越大．
变式训练1　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5－3－2所示．一铁块插进线圈之后，该灯将(　　)
图5－3－2
A．变亮
B．变暗
C．对灯没影响
D．无法判断
解析：选B.加入铁芯改变了电感自感系数，自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，降落在灯上的电压减小，所以灯变暗．
如图5－3－3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
电容器对电流的阻碍作用
例2
图5－3－3
【思路点拨】　根据频率的变化，判断容抗的变化，然后分析电流、电压及灯泡功率的变化．
【精讲精析】　频率增大可知，容抗减小，电流增大，电灯两端电压增大，电压表示数变小，灯泡功率增大而变亮，故A、D项正确．
【答案】　AD
【规律总结】　电容器对交流电的阻碍作用大小(容抗)与电容大小和交流电频率都有关．电容越大,容抗越小，频率越高，容抗越小．
变式训练2　如图5－3－4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．使交变电流频率减小，灯泡变暗
图5－3－4
解析：选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．
电感和电容电路的综合分析
例3
如图5－3－5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．
图5－3－5
【自主解答】　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”的功能,电流中的交流成分被衰减；而线圈L有“通直流、阻交流”的功能，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，由于C2具有“通交流、隔直流”的功能，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】　见自主解答
【规律总结】　交流电路的分析跟直流电路的分析有很多相似的地方，但是由于电感、电容等电路元件自身的特点，而造成在分析电路时的不同,要特别注意这些元件的特性．
变式训练3　(2011年潮州高二检测)如图5－3－6所示的电路中，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(　　)
图5－3－6
A．L的作用是“通低频、阻高频”
B．C的作用是“通交流，隔直流”
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
解析：选ACD.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”，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”，C正确；因电路中无直流电流，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的百分比，D正确．