版选修3_2.ppt

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1、3 电感和电容对交变电流的影响,一、电感器对交变电流的阻碍作用 1.实验探究:,直流,交流,交,有效值,变,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_越大,交流 的_越高,感抗越大。,阻碍作用,自感系数,频率,3.感抗的应用:,较小,直流,交流,低频,高频,二、电容器对交变电流的阻碍作用 1.实验探究: (1)实验电路(如图):,(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:_能够通过电容器,_不能通 过电容器。,直流,交流,交变电流,直流,2.容抗: (1)物理意义:表示电容对交变电流的_的

2、大小。 (2)影响容抗大小的因素:电容器的电容_,交流的 频率_,容抗越小。 (3)特性:电容器具有“_”的作用。,阻碍作用,越大,越高,隔直流、通交流,【思考辨析】 (1)同一个线圈对直流和对交流的阻碍作用是相同的。 ( ) (2)线圈的匝数越多,对同一个交变电流的阻碍作用就越大。 ( ) (3)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。 ( ),(4)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。 ( ) (5)电容器的电容越大对同一交变电流的阻碍作用就越大。 ( ),提示:(1)。同一个不计电阻的线圈对直流无阻碍作用;对交流

3、有阻碍作用。 (2)。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。 (3)。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。,(4)。电流通过电容器,是电容器不断充放电的表现。 (5)。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。,【生活链接】 1.电感线圈对交变电流的阻碍作用,即感抗与什么有关,关系是怎样的?,提示:电感器的阻碍作用是由交变电流通过线圈时产生的自感电动势引起的,交变电流的频率高,电流及电流产生的磁场的变化率就大,感应电动势就大,自感系数大时产生的自感电动势也就大,所以阻碍作用就强,感抗也就大。,2.交变电流是怎样通过由两

4、个彼此绝缘的导体组成的电容器的?电容器为什么会对交变电流的通过有阻碍作用?,提示:交变电流“通过”电容器,事实上是由于不断地给电容器充电和放电造成的,而电容器带电后,又在电容器的两极板间产生电场,阻碍给电容器充电和放电,从而也就阻碍了交变电流的“通过”。,知识点一 对感抗的认识 探究导入: 如图所示交变电流通过不计电阻的线圈时受到的阻碍作用称感抗。,(1)线圈为什么对恒定电流没有阻碍作用,而对交变电流有阻碍作用? (2)为什么感抗随交变电流的频率和自感系数的增大而变大?,提示:(1)交变电流通过线圈时,会在线圈中产生感应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)交变电流

5、的频率越大,电流变化得就越快,穿过线圈的磁通量就变化得快,感应电动势就大,阻碍作用就强;自感系数越大,发生同样变化的电流产生的感应电动势就越大,阻碍电流变化的作用就越强,即感抗越大。,【归纳总结】 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

6、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。,3.感抗大小分析思路:,【特别提醒】 (1)电感对交变电流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,产生的自感电动势就越大,对交变电流的阻碍作用就越大,感抗也就越大。 (2)电感在电路中的作用是“通直流、阻交流;通低频、阻高频”。,【典题通关】 考查角度1 影响感抗大小的因素 【典例1】(多选)(2018长春高二检测)关于电感对交变电流的影响,下列说法中正确的是 ( ),A.电感不能通直流电流,只能通交变电流 B.电感

7、对各种不同频率的交变电流的阻碍作用相同 C.同一只电感线圈对频率低的交变电流的阻碍较小 D.自感系数越大的线圈对同一种频率的交变电流的阻碍作用越大,【正确解答】选C、D。电感对电流的阻碍作用是线圈的自感现象引起的,电流变化越快,电感对电流的阻碍作用越强,C正确,A、B错误;同一种频率的交变电流通过不同的线圈时,自感系数越大的线圈阻碍作用越大,即感抗越大,D正确。,考查角度2 交流电路中的感抗问题 【典例2】(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 sin100t 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

8、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】 (1)明确灯泡和电感器的_关系。 (2)知道电感器的感抗随交变电流的频率的增大而 _。 (3)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,【正确解答】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。,【过关训练】 1.交变电流通过一段长直

9、导线时,电流为I,如果把这根长直导线绕成线圈,再接入原电路,通过线圈的电流为I,则 ( ) A.II B.II C.I=I D.无法比较,【解析】选B。长直导线的自感系数很小,其对交变电流的阻碍作用可以看作是纯电阻,流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用。当导线绕成线圈后,电阻值未变,但自感系数增大,对交变电流的阻碍作用不但有电阻,而且有线圈的阻碍作用(感抗)。阻碍作用增大,电流减小。,2.(2018揭阳高二检测)如图所 示,两个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,第二位同学使线圈在磁场中做匀速转动,两种情况产生的感应电动势的有效值相同,第一位同学的方法使小灯泡消耗

10、的电能为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.W1W2 C.W1W2 D.不能比较,【解析】选B。ab在导轨上匀速运动时,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;线圈在磁场中做匀速转动时,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。,【补偿训练】 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的大小叫感抗,C.电感对某一频率的交变

11、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。,2.一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

12、减小,从而导致灯泡的功率减小,所以灯变暗,故答案为B。,知识点二 电容器在交流电路中的作用分析 探究导入: 如图所示,将电容器连接在电路中,当接入恒定电压的电源时,灯泡不亮;当接入交变电流时灯泡亮。,(1)交变电流是如何“通过”电容器的? (2)电容器对交变电流有阻碍作用吗?这种阻碍作用与哪些因素有关?,提示:(1)电流通过电容器,其实是电容器充放电的表现。 (2)电容器对电流的阻碍作用是电容器中的电场产生的,与电容器的电容有关,还与交变电流的频率即充放电的快慢有关。,【归纳总结】 1.交变电流“通过”电容器的分析: 电容器两极板间是绝缘材料,当电容器接到交流电源上时,自由电荷不会通过两极板间

13、的绝缘电介质,只不过在交变电压的作用下,电容器交替进行充电和放电,电路中就有电流了,表现为交变电流“通过”了电容器。,2.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。,3.电阻、电感和电容的对比分析:,【典题通关】 考查角度1 电容器通交流和容抗的分析 【典例1】下列说法中正确的是 ( ) A.直流电能通过电容器 B.交变电流不能通过电容器 C.直流电、交变电流都能通过电容器 D.交变电流的频率越低,电流通过电容器的能力也越低,【正确解答】选

14、D。电容器具有“隔直流,通交流”的特性,故A、B、C错误。交变电流的频率越低,容抗越大,阻碍作用越大,电流通过电容器的能力也越低,故选项D正确。,考查角度2 交、直流电路中电容器作用分析 【典例2】(多选)(2018揭阳高二检测)如图所示是电子技术中的常用电路,其中乙图中的电容器的电容C较小,丙图中电容器的电容C较大,ab是部分电路的输入端,其中输入的高频成分用“”表示,低频成分用“”表示,直流成分用“-”表示,关于负载电阻R中得到的电流特征,下列说法中正确的是( ),A.图甲中R得到的是交流成分 B.图乙中R得到的是高频成分 C.图乙中R得到的是低频成分 D.图丙中R得到的是直流成分,【正确

15、解答】选A、D。当交变电流加在电容器上时,电容器有“通交流、隔直流,通高频、阻低频”的特性,电容器的电容越大,交流的频率越高,电容器对交流电的阻碍作用就越小,容抗也就越小。综上所述,选项A、D正确。,【过关训练】 1.如图所示,白炽灯和电容器串联后接入交流电源两端,当交流电的频率增大时 ( ) A.电容器电容增大 B.电容器电容减小 C.电灯变亮 D.电灯变暗,【解析】选C。由于电容器的电容是由本身结构决定的,与电源的频率无关,故A、B两项错误;当电源频率增大时,容抗减小,故整个电路中的电流增大,所以电灯变亮,故C正确,D错误。,2.(多选)在图中所示的电路中,C为 电容器,R为灯泡,电流表内

16、阻为零, 电压表内阻无穷大,若保持交流电 源的电压的有效值不变,只将电源频率增大,下列说法中正确的有 ( ) A.电流表示数增大 B.电压表示数增大 C.灯泡变亮 D.灯泡变暗,【解析】选A、C。根据电容器对电流的阻碍作用XC=,交流电的频率越大对电流的阻碍作用就越小, 所以电路中的电流就越大,故A对;电流大灯泡的亮度就 变大,所以C对、D错;电容器的分压作用减小,所以电压 表的示数减小,B错。故答案选A、C。,【补偿训练】 1.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

17、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。,2.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,

18、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

19、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,【正确解答】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。,科学技术社会环境电容器在音响设备中的应用 【命题素材】 在音响设备中,往往直流、交流、低频、高频信号混杂

20、在一起,而我们需要让交流信号成分传递下去把直流挡住,或把低频传递下去,而让高频短路。下面这个线路就是较简单的满足这种要求的电路。,【信息提取流程】 1.信息定位:电容器的作用。 2.物理模型:音频控制电路。 3.物理知识:电容器的容抗与频率的关系。 4.结果讨论:电容器通高频,阻低频、隔直流的作用。,【案例示范】(多选)(2018江苏高考) 某音响电路的简化电路图如图所示,输 入信号既有高频成分,也有低频成分, 则( ) A.电感L1的作用是通高频 B.电容C2的作用是通高频 C.扬声器甲用于输出高频成分 D.扬声器乙用于输出高频成分,【解析】选B、D。电感是阻高频,通低频,电容器是通高频,阻低频,所以A项错误,B项正确;电感L1的作用是通低频,甲输出低频成分,C项错误;同理判断扬声器乙用于输出高频成分,D项正确。,