版选修3_2.ppt

1、3 电感和电容对交变电流的影响,【自主学习】 1.电感器对交变电流的阻碍作用: (1)感抗的物理意义:表示电感器对_阻碍作用 的大小。 (2)影响感抗的因素:线圈的_越大,交变电流 的_越高,感抗就越大。,交变电流,自感系数,频率,(3)感抗的应用:,直流,交流,低频,高频,较小,较小,2.电容器对交变电流的阻碍作用: (1)容抗及其应用: 容抗:表示电容器对_阻碍作用的大小。 影响因素:电容器的电容_,交变电流的频率_ _,容抗就越小。 应用:电容器具有“隔_、通_”的作用。 (2)电容器在电路中的作用:通交流,隔直流;通高频, 阻低频。,交变电流,越大,越,高,直流,交流,【预习小测】 1

2、.(多选)对交变电流能通过电容器,下列说法中正确的有 ( ) A.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 B.当电容器接到交流电源上时,电容器交替进行充电和放电,电路中才有交变电流,C.在有电容器的交流电路中,没有电荷定向移动 D.在有电容器的交流电路中,没有电荷通过电容器,【解析】选B、D。把电容器接在交变电流两端,当电源电压升高时,电容器充电,电路中形成充电电流;当电源电压降低时,电容器放电,电路中形成放电电流。在交变电源的一个周期内,电容器要交替进行充电、放电,反向充电、反向放电,电路中就有了持续的交变电流,所以,电容器两端加上交流电,电路中有了电流,但电

3、荷却并没有通过电容器中的绝缘介质。B、D正确。,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.对灯没影响 D.无法判断,【解析】选B。在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势,总是反抗电流变化。正是这种反抗变化的特性(电惰性),使线圈产生了感抗。加入铁芯改变了电感线圈的自感系数,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,所以灯变暗。故选项B正确。,3.如图所示,F为一交流发电机,为使电流表A的示数增加,可行的办法是 ( ) 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

4、小的电介质 D.使电容器两极板间的距离增大,【解析】选A。容抗跟交变电流的频率和电容器的电容都成反比。当发电机转速增加时,交变电流的频率增大,容抗减小,电流表的读数增大,A对、B错;C、D选项使电容减小,容抗增大,电流表读数减小,C、D均错。,4.下列说法中正确的是 ( ) A.电感器对交流的阻碍作用是因为电感器存在电阻 B.电容器对交流的阻碍作用是因为电容器存在电阻 C.感抗、容抗和电阻一样,电流通过它们做功时都是电能转化为内能 D.在交流电路中,电阻、感抗、容抗可以同时存在,【解析】选D。交变电流通过线圈时,在线圈上产生自感电动势,对电流的变化起到阻碍作用,A错;交流电通过电容器时,电容器

5、两极板间的电压与电源电压相反,阻碍了电流的流动,B错;电流通过它们做功时,只有在电阻上产生热,在线圈上产生磁场能,在电容器上产生电场能,C错、D正确。,主题一 电感器对交变电流的阻碍作用 【互动探究】 如图甲、乙所示,取直流电源的电压与交流电源电压的有效值相等,当接通直流电源时,灯泡亮些;接通交流电源时,灯泡暗些。,试结合上述情景,讨论下列问题: (1)在忽略线圈电阻的情况下,电感线圈对恒定电流有阻碍作用吗? 提示:由于恒定电流大小、方向不发生变化,在线圈中不会产生自感电动势,在忽略线圈电阻的情况下,电感线圈对恒定电流不会产生阻碍作用。,(2)讨论:线圈的感抗与哪些因素有关?线圈的自感系数与哪

6、些因素有关? 提示:线圈的自感系数越大,交流的频率越高,电感对交变电流的阻碍作用就越强,即线圈的感抗越大。线圈的自感系数由其本身决定,即与线圈的大小、形状、圈数以及有无铁芯等因素有关。,(3)分析交变电流通过电感线圈时能量转化的情况。 提示:变化的电流通过电感线圈时,电能与磁场能不断地相互转化。若为纯电感电路,没有焦耳热产生,只有电能与磁场能的转化。 (4)电感在交流电路中的作用是怎样的? 提示:电感在交流电路中的作用是:通直流、阻交流;通低频、阻高频。,【探究总结】 1.电感器对交变电流的阻碍作用: (1)阻碍原因:由于通过线圈的交变电流的大小和方向随时间做周期性变化,使穿过线圈的磁通量发生

7、变化,从而产生感应电动势,由楞次定律可知,该感应电动势总是阻碍线圈中电流的变化,这样就形成了对交变电流的阻碍作用。,(2)影响感抗大小的因素:与交变电流的频率f和线圈的自感系数L有关,即XL=2fL。 (3)感抗的两个决定因素: 交变电流的频率,频率越高,感抗越大。 自感系数L,L越大,感抗越大。(L取决于线圈本身的性质,即线圈匝数、横截面积、有无铁芯等因素。),2.低频扼流圈和高频扼流圈的结构和特性比较:,【典例示范】 (多选)在如图所示电路中,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,若保持交流电源的电压的有效值不变,只将电源频率由50Hz改为100Hz,下列说法正确的是

8、( ),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,【解题指南】解答本题应把握以下两点: (1)电感在交流电路中有类似于直流电路中的“电阻”的作用,这种阻碍作用不是保持不变的,它的大小与交流电的频率有关,频率变化,阻碍作用相应变化。 (2)直流电路中的有关公式、规律在交流电路中同样适用。,【解析】选B、C。电源频率由50Hz改为100Hz后,线圈的感抗增加,电路中的电流减小,A错误。灯泡的电阻是一定的,电流减小时,实际消耗的电功率P=I2R减小,灯泡变暗,选项C正确,D错误。电压表与电感线圈并联,其示数为线圈两端的电压UL;设灯泡两端电压为UR,则电源电压的有效值为U=

9、UL+UR。因UR=IR,故电流I减小时,UR减小。因电源电压有效值保持不变,故UL=U-UR,UL增大,选项B正确。,【探究训练】 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流电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.高频扼流圈的电感比低频扼流圈的电感大,【解析】选A、B、C。扼流圈是利用变化的电流通过线圈时,感应出感应电动势,从而来阻碍电流的变化的,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“阻高频、阻低频、

10、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,正弦式交流电源电压的有效值为220V,则关于交流电压表的示数,以下说法中正确的是( )A.等于220V B.大于220V C.小于220V D.等于零,【解析】选C。电感器对交变电流有阻碍作用,线圈与灯泡串联,其电压之和等于电源电压,即UL+UL=220V,故交流电压表的示数小于220V,C正确。,【补偿训练】 1.如图所示,两个同学利用图示装置做实验,第一位同学使导体杆ab在导轨上匀速运动,第二位同学使杆ab在导轨上做变速运动,但两位同学对ab杆做的功一样多,第一位同学的方法使小灯泡消耗的电能为W1,第二位

11、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。当ab匀速运动时,产生的感应电动势是稳定的,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;当ab变速运动时,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。,2.(多选)如图所示实验电路中,若直流电压和交流电压的有效值相等,S为双刀双掷开关,下面叙述正确的是 ( ),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.

12、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】选A、C。线圈对恒定电流无感抗,对交变电流有感抗,当交流电频率减小时,感抗变小,灯变亮,并且是有铁芯时感抗更大,故铁芯抽出时灯变亮。,主题二 电容器对交变电流的阻碍作用 【互动探究】,情景1:如图甲所示,电路中串有电容器时,接通直流电源,灯泡不亮。 情景2:如图乙所示,接通交流电源,灯泡亮。 试结合上述情景,讨论下列问题:,(1)试解释为什么交变电流能够“通过”电容器。 提示:电容器接到交流电源上,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

13、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。,(2)什么是容抗?容抗与哪些因素有关? 提示:容抗表示电容对交变电流的阻碍作用的大小。电容越大,交变电流的频率越高,电容器对交变电流的阻碍作用越小,容抗也越小。,(3)从能量转化的角度分析交变电流通过电容器时能量的转化情况。 提示:当电容器充电时,电能转化为电场能,当电容器放电时,电场能转化为电能,即电能与电场能不断地相互转化。,(4)电容器在交流电路中的作用是怎样的? 提示:电容器在交流电路中的作用是通交流、隔直流;通高频、阻低频。,【探究总结】 1.电容器对交变电流的阻碍

14、作用: (1)当交变电流给电容器充电时,其极板上就会积累一定数量的电荷,这些电荷在两极板间产生电场,阻碍电荷向这个方向运动,即电容器对交变电流的阻碍作用,这种阻碍作用就是容抗。,(2)影响容抗的因素:与交变电流的频率f和电容器的电容C有关,容抗用XC表示,即XC=,2.电容器在电路中的作用: (1)“隔直流,通交流”的作用。 直流不能通过电容器,因此电容器有“隔直”作用。对于电容较大的电容器,容易进行充放电,因此这种电容器一般用来“隔直流,通交流”,如隔直电容器。,(2)“通高频,阻低频”的作用。 对于频率不同的交流,频率越高,容抗越小;频率越低,容抗越大。电容较小的电容器,对高频交流的容抗小

15、,阻碍小,对低频交流的容抗大,阻碍大。因此,这种电容器一般用来“通高频,阻低频”,如高频旁路电容器。,3.电阻、感抗、容抗的比较:,【典例示范】 (多选)(2018成都高二检测)如图所示的电路中,A、B、C三灯亮度相同,电源为220 V,50 Hz的交流电源,以下叙述中正确的是 ( ),A.改接220 V,100 Hz的交流电源时,A灯变亮,B灯变暗,C灯不变 B.改接220 V,100 Hz的交流电源时,A灯变暗,B灯变亮,C灯变亮 C.改接220 V的直流电源时,A灯熄灭,B灯变亮,C灯亮度不变 D.改接220 V的直流电源时,A灯熄灭,B灯变亮,C灯变暗,【解题指南】解答本题应注意以下两

16、点: (1)电容器和电感器对交变电流、直流的作用。 (2)电感和电容对交流电的阻碍作用的大小与什么因素有关。,【解析】选A、C。三个支路电压相同,当交流电频率变大时,电感的感抗增大,电容的容抗减小,电阻所在支路对电流的阻碍作用不变,所以流过灯泡A所在支路的电流变大,流过灯泡B所在支路的电流变小,流过灯泡C所在支路的电流不变。故灯泡A变亮,灯泡B变暗,灯泡C亮度不变,故A正确,B错误;改接220 V的直流电源时,电容器隔直流,电感线圈通低频,所以A灯熄灭,B灯变亮,C灯亮度不变,故C正确,D错误。,【探究训练】 1.(2018信阳高二检测)如图所示,把电阻、电感器、电容器并联接到一交流电源上,三

17、个电流表的示数相同。若保持电源电压不变,而将频率加大,则三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系是 ( ),A.I1=I2=I3 B.I1I2I3 C.I2I1I3 D.I3I1I2,【解析】选D。原来三个电流表的示数相同,当将电源的频率加大后,由于电源的频率对电阻R的大小没有影响,故A1的示数不变;而电源的频率对线圈L的阻抗是有影响的,当频率增大时,其电阻是变大的,故电流表A2的示数变小;电源的频率还对电容C的容抗有影响,当频率增大时,其电阻是变小的,故电流表A3的示数变大,故I3I1I2,选项D正确。,2.(2018宁波高二检测)如图所示,线圈的自感系数L和电容器的电容C都很小,此电路的

18、重要作用是( ),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,输出高频电流 D.阻高频通低频,输出低频和直流,【解析】选D。电容器C为一旁路电容,因其电容很小,对高频成分的阻碍作用很小,高频成分经电容器C形成回路,因线圈L的自感系数很小,所以对低频成分的阻碍作用很小,对高频成分的阻碍作用大,这样,直流和低频成分能顺利通过线圈,最终输出的应为低频交流电和直流电,故选项D正确。,【补偿训练】 家庭用吊扇的电源采用220V单相交流电,电扇中电动机电路如图所示,C为移相电容,L1、L2为定子线圈。吊扇用了几年后,转速明显变慢,现在电容C上并联了一只标有“2F 400 V”的电容后,吊扇转速明显变快了,试说明理由。,【解析】在电容C上并联一只电容后,总电容变大,根据公式XC= 可知容抗变小,对交变电流的阻碍作用减小,电路中的电流变大,因此电动机的转速加快。 答案:在电容C上并联一只电容后,总电容变大,对交流电起阻碍作用的容抗变小,线圈中的电流变大,电动机转速明显加快。,【课堂小结】,