2012【优化方案】精品课件：物理粤教选修3-2第二章第4-5节

(共45张PPT)
第四节　电感器对交变电流的作用

第五节　电容器对交变电流的作用
课标定位
学习目标：
1.通过实验了解电感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.电感和电容对交变电流的阻碍作用及原因．
2．能够利用电感和电容对交变电流的影响分析交变电流及相关现象．
第四五节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
课标定位
课前自主学案
一、电感器对交变电流的作用
1．认识电感器
电感器由___________一圈紧靠一圈地绕制而成，又被称为___________，电感器用字母“____”及电路符号“ ”表示．
绝缘导线
电感线圈
L
2．电感器对交变电流的作用
(1)实验探究
图2－4－1
将两个规格完全相同的小灯泡，可拆变压器，滑动变阻器，双刀双掷开关，学生电源按照如图2－4－1所示的电路图连接起来．
①从可拆变压器中取出线圈接入电路，由于线圈的电感很小，可看做纯电阻电路，把开关S先接到直流电源，调节滑动变阻器使两灯泡亮度相同．然后再将开关S接到交流电源上，比较两个灯泡的亮度．
实验现象：L1和L2_________．
一样亮
②将线圈套入可拆变压器的U臂端，把开关S接到直流电源，调节滑动变阻器使两灯泡亮度相同，然后再将开关S接到交流电源，比较两个灯泡的亮度．
实验现象：L1灯较L2灯_________．
③将可拆变压器的条形铁轭放上后，把开关S接通直流电源，调节滑动变阻器使两灯泡亮度相同，然后再将开关S接到交流电源，比较两个灯泡的亮度．
实验现象：L1灯较L2灯________．
暗一些
很暗
(2)实验结论
电感器对恒定电流是_______的，对交变电流有________作用，电感线圈的自感系数_______，感抗________，对交变电流的阻碍作用越明显．
(3)感抗
①定义：电感器对____________的阻碍作用的大小叫做感抗．
②影响因素：实验表明，感抗与线圈的_____________和交流电的________有关，L、f越大，感抗也就越_____．
导通
阻碍
越大
越大
交变电流
自感系数L
频率f
大
3．低频扼流圈和高频扼流圈
(1)低频扼流圈：匝数______，自感系数____，线圈电阻_____，这种线圈对低频交变电流有很大的阻碍作用，对直流的阻碍作用较小．
作用：“通______，阻”______．
(2)高频扼流圈：匝数______，自感系数_____，这种线圈对低频交变电流的阻碍作用较小，对高频交变电流的阻碍作用较大．
作用：“通________，阻________”．
多
大
直流
交流
少
小
低频
高频
小
二、电容器对交变电流的作用
1．电容器仅让交变电流通过
将两个规格完全相同的小灯泡，电容器，双刀双掷开关，学生电源按照如图2－4－2所示的电路图连接起来．
图2－4－2
(1)把开关S接到直流电源上，观察两灯泡的发光情况．
实验现象：L1灯______，L2灯_____．
(2)将开关S接到交流电源上，观察两灯泡的发光情况．
实验现象：两灯泡亮度_______．
(3)实验结论：
电容器具有“隔________、通_________”的特性．
不亮
亮
相同
直流
交流
(4)本质解释：将交变电流加到电容器上后，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______，在电路中形成______电流；当电源电压降低时，电容器放电，电容器极板上电荷_______，电路中形成_______电流．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．
聚集
充电
减少
放电
2．电容器对交变电流的作用
(1)电容器的特性：“隔_______、通______”，实验还证明，交流电的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就_______．
(2)容抗
①定义：电容器对交变电流的阻碍作用的大小叫做容抗．
②影响因素：实验表明，容抗与电容器电容的大小和交流电的______有关，电容器电容C越____，交流电的频率f越____，容抗越小．
直流
交流
越小
频率
大
高
3．隔直电容器和高频旁路电容器
(1)隔直电容器：“隔________，通_______”．
(2)高频旁路电容器：“通_______，阻_______”．
实际应用电路如图2－4－3所示，图中“—”为电路中的直流成分，“～”为电路中的交流低频成分，“?”为电路中的交流高频成分．
直流
交流
高频
低频
图2－4－3
思考感悟：
电容器接到交流电源两端时，自由电荷是否真正通过了两极板间的绝缘介质？
提示：电容器接到交流电源的两端时，自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质，只是因为加在两极板上电压的大小和正负不断变化时，电容器交替地进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器．
核心要点突破
一、电感、电容对交变电流作用的成因分析
1．电感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，因此，感抗的实质是由线圈的自感现象引起的．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．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，电容器极板上的电荷量增加，形成充电电流，电压降低时，电容器极板上的电荷量减少，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．电容对交变电流的阻碍作用
当交变电流“通过”电容器时，给电容器充电或放电，形成充电或放电电流，在形成电流的过程中，对自由电荷来说，当电源的电压推动它们向某一方向做定向移动的时候，电容器两极板上积累的电荷却反抗它们向这个方向做定向移动，也就是说在给电容器充电或放电过程中，在电容器两极形成跟原电压相反的电压，这就对电流产生了阻碍作用．
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．(单选)在交流电路中，如果电源电动势的最大值不变，频率可以改变，在如图2－4－4所示电路a、b两点间逐次将图中的电路元件单独接入，当使交变电流频率增加时，可以观察到下列所述的哪种情况(　　)
图2－4－4
A．A1读数不变，A2增大，A3减小
B．A1读数减小，A2不变，A3增大
C．A1读数增大，A2不变，A3减小
D．A1、A2、A3的读数均不变
解析：选C.在交流电路中，当频率增加时，容抗减小，感抗增大，而电阻是与频率无关的，在电路中电源的电动势最大值不变，即a、b间的电压不变，所以当频率增加时，A1读数增大，A2不变，A3读数要变小．故正确选项为C.
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 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．对直流的阻碍作用无限大，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的频率决定 由电容的大小和交流的频率决定
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
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．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(双选)(2011年潮州高二检测)如图2－4－5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2－4－5
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小于高频交流所占的百分比
解析：选AC.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错误．
课堂互动讲练
电感对电流的阻碍作用
(双选)在图2－4－6所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝220 sin100πt V．若保持电压的有效值不变，只将电源的频率改为100 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．灯泡变暗 D．灯泡变亮
例1
图2－4－6
【思路点拨】　 　由于题目中所给的电源原来的频率为50 Hz，后来变为100 Hz，实质是交变电流的频率增大，则电感器的感抗也增大，再由闭合电路的欧姆定律即可解决问题．
电压表与电感器并联，其示数为电感器两端的电压UL，设灯泡两端电压为UR，则电源电压的有效值为U＝UL＋UR.因UR＝IR，故电流I减小时，UR减小，而电源电压有效值保持不变，故UL＝U－UR增大，选项B正确，故正确选项为B、C.
【答案】　BC
【方法总结】　(1)电感线圈的感抗与线圈的自感系数有关，自感系数越大，感抗越大．(2)线圈的自感系数与线圈的大小、形状、圈数以及有无铁芯有关，有铁芯时自感系数更大．
电容对电流的阻碍作用
例2
(单选)有两个电容器的电容分别为C1＝5 μF
，C2＝3 μF，分别加在峰值一定的交变电源上．下列哪种情况“通过”电容器的电流强度最
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
【精讲精析】　电容器容抗与电容和交流电频率均成反比，在本题中电容和频率越大，容抗越小，电流越大，也可由容抗公式XC＝ 可得f与C的乘积越大，电流越大，所以C正确．
【答案】　C
电阻、电感器、电容器对电流阻碍作用
例3
图2－4－7
(单选)(2011年哈师大附中高二检测)如图2－4－7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1变亮，灯2变暗，灯3不变，则M、N、L中所接元件可能是(　　)
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
【思路点拨】　解答本题应把握以下两点：
(1)电阻不随交变电流频率的变化而改变．
(2)交变电流频率增加，感抗增大而容抗减小．
【自主解答】　当交变电流的频率增大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，由灯1变亮，灯2变暗可知M为电容器，N为电感线圈，而电阻与交变电流的频率无关，故L为电阻，C正确．
【答案】　C
【方法总结】　(1)电感对交变电流的阻碍作用的大小用感抗来表示．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，感抗也越大．
(2)电容对交变电流的阻碍作用的大小用容抗来表示．电容器的电容越大，交变电流的频率越高
，电容对交变电流的阻碍作用就越小，容抗也越小．
变式训练
(单选)如图2－4－8所示，在频率为f的交流电路中，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．若将交变电流的频率提高到2f，保持其他条件不变，则下列说法中正确的是(　　)
A．通过R的电流有效值不变
B．通过L的电流有效值最小
C．通过C的电流有效值最大
D．流过R、C、L的电流有效值都不变
图2－4－8
解析：选A.电阻对交变电流阻碍作用的大小与电流的频率无关，因此，通过电阻的电流的有效值不变．
电感器对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示，电感器的自感系数越大，电流的频率越高，电感器的感抗越大，即电感器对电流的阻碍作用就越大，因此，通过电感器的电流的有效值变小．
电容器对交变电流阻碍作用的大小用容抗表示，电容器的电容越大，电流的频率越高，电容器的容抗越小，即电容器对电流的阻碍作用越小，因此，通过电容器的电流的有效值变大．
知能优化训练
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