1、14 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学习目标 1.通过演示实验，了解电容器和电感器对交变电流的阻碍和导通作用.2.知道容抗和感抗的物理意义以及与哪些因素有关.3.能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用.一、电容器在交流电路中的作用1.电容器对交流电的导通作用电容器接入交变电路中时，由于两极板间的电压在周期性地变化，使电容器反复地充电和放电，虽然电容器的两极板间并没有电流通过，但在连接电容器的电源和电路中形成交变电流.2.电容器对交流电的阻碍作用电容器对交流电有阻碍作用，电容器对交流电的阻碍作用称为容抗.容抗大小跟电容有关，电容越小，容抗越大；容抗大小还跟交流电的频率有
2、关，频率越低，容抗越大.3.电容器在电子技术中的应用在电子技术中，常用的电容器有隔直电容和旁路电容.二、电感器在交流电路中的作用1.电感器对交流电的阻碍作用电感器对交流电有阻碍作用，阻碍作用的大小可用感抗表示.线圈的电感(即自感系数 L)越大，交流电的频率越高，线圈对交流电的阻碍作用越大，即感抗越大.2.电感器在电子技术中的应用2两种扼流圈Error!即学即用1.判断下列说法的正误.(1)线圈的匝数越多，对同一个交变电流的阻碍作用就越大.( )(2)线圈对交变电流的阻碍作用随着交变电流的频率的增大而减小.( )(3)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
3、断地充、放电的表现.( )(4)电容器的电容越大，对同一交变电流的阻碍作用就越大.( )2.在频率为 f 的交变电流电路中，如图 1 所示，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，维持其他条件不变，则通过R 的电流有效值_，通过 C 的电流有效值_，通过 L 的电流有效值_.(选填“不变” “变大”或“变小”)图 1答案 不变 变大 变小一、电容器对交变电流的阻碍作用导学探究 如图 2 甲、乙所示，把灯泡和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上.图 2(1)观察灯泡的发光情况，并分析原因.(2)若把
4、图乙中的电容器去掉，变成图丙所示电路，会发生什么现象？说明了什么？(3)在图乙中，改变电容器的电容和电源频率，灯泡亮度会有什么变化？说明了什么？答案 (1)甲图中的灯泡不亮，乙图中的灯泡亮.甲图中的电源是直流电源，电容器在电路中是断路，电路中没有电流，灯泡不亮.乙图中的电源是交流电源，把交流电源接到电容器两3个极板上后，电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交变电流“通过”了电容器，灯泡就亮了，但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质.(2)灯泡变得比乙中亮，说明电容器对交变电流有阻碍作用.(3)电源频率不变时，电容越大，灯泡越亮；电容不变时，电源频率越高，灯泡越亮.电容
5、器的电容和交变电流的频率都对电容器对交变电流的阻碍作用有影响.知识深化电容器在充、放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电荷的定向移动，其表现就是电容器对交流电的阻碍作用.例 1 如图 3 所示，电路由交流电源供电，最大电压保持不变，如果交变电流的频率升高，则下列说法中正确的是( )图 3A.电容器上的电荷量最大值增大B.电容器的容抗增大C.电路中灯泡的亮度变亮D.电路中灯泡的亮度变暗答案 C解析 当交变电流的频率升高时，电容器的容抗减小，灯泡的亮度变亮，灯泡两端的电压变大,故选项 C 正确,选项 B、D 错误；电容器两端的电压变小,由 Q
6、CU 可知,选项 A 错误.交变电流不同于直流，交变电流能“通过”电容器.交变电流的频率改变，电容器的容抗改变，电容器两端的电压变化，灯泡两端的电压也随着变化.例 2 (多选)如图 4 甲、乙所示是电子技术中的常用电路， a、 b 是各部分电路的输入端，其中输入的交流高频成分用“”表示，交流低频成分用“”表示，直流成分用“”表示.关于两图中负载电阻 R 上得到的电流特征是( )4图 4A.图甲中 R 得到的是交流成分B.图甲中 R 得到的是直流成分C.图乙中 R 得到的是低频成分D.图乙中 R 得到的是高频成分答案 AC解析 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”
7、的特性，题图甲中电容器隔直流， R 得到的是交流成分，A 正确，B 错误；题图乙中交流高频成分能通过电容器，电容器阻碍交流低频成分， R 得到的是低频成分，C 正确，D 错误.二、电感器对交变电流的阻碍作用导学探究 如图 5 所示，把带铁芯的线圈 L 与小灯泡串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到有效值等于直流电源电压的交流电源上.图 5(1)两种情况下灯泡的亮度有什么不同？说明了什么？(2)乙图中换用自感系数更大的线圈或调换频率更高的交流电源，灯泡的亮度有何变化？说明了什么？答案 (1)甲图中灯泡比乙图中灯泡更亮，说明电感器对交变电流有阻碍作用.(2)不论是换用自感系数更大的线圈还是
8、调换频率更高的交流电源，灯泡均变得更暗，说明线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，线圈对交流电的阻碍作用越大.知识深化交变电流通过电感器时，由于电流时刻在变化，在线圈中就会产生自感电动势，而自感电动势总是阻碍原电流的变化，故电感器对交变电流产生阻碍作用.例 3 (多选)如图 6 所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S 为双刀双掷开关，下面叙述正确的是( )图 6A.当 S 掷向 a、 b 时灯较亮，掷向 c、 d 时灯较暗5B.当 S 掷向 a、 b 时灯较暗，掷向 c、 d 时灯较亮C.S 掷向 c、 d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮D.S 掷向 c、 d，电源电压不变，而使
9、频率减小时，灯变暗答案 AC解析 线圈对直流无感抗，对交变电流有感抗，当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮；有铁芯时感抗更大，故铁芯抽出时灯变亮.三、电阻、感抗、容抗的对比1.容抗的大小除了与电容自身的性质有关外，还与交变电流的频率有关.若用 XC表示容抗，则 XC .12 fC2.感抗的大小除了与电感线圈自身的性质有关外，还与交变电流的频率有关.若用 XL表示感抗，则 XL2 fL.3.电阻无论对直流还是交流，阻碍作用相同，只取决于电阻本身.例 4 如图 7 所示，电路中完全相同的三只灯泡 L1、L 2、L 3分别与电阻 R、线圈 L、电容器C 串联，然后再并联到 220 V、50 Hz 的
10、交流电源上，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 60 Hz，则发生的现象是( )图 7A.三灯亮度不变B.三灯均变亮C.L1不变、L 2变亮、L 3变暗D.L1不变、L 2变暗、L 3变亮答案 D解析 当交变电流的频率变大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，因此 L3变亮，L 2变暗.又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故 L1亮度不变，所以选 D.1.电阻对交流、直流有相同的阻碍作用，交流频率变化时，阻碍作用不变.2.电容器通交流、隔直流，通高频、阻低频.3.电感器通直流、阻交流，通低频、阻高频.64.在分析电流变化时，把感抗、容抗类比于导体的电阻，再用
11、欧姆定律分析.1.(容抗的理解)如图 8 所示的电路， F 为一交流发电机， C 为平行板电容器，为使电流表 A的示数增大，可行的办法是 ( )图 8A.使发电机 F 的转速增大B.使发电机 F 的转速减小C.在平行板电容器间换用相对介电常数较小的电介质D.使电容器两极板间的距离增大答案 A解析 当发电机转速增大时，交变电流的频率增大，电容器容抗减小，电流表 A 的示数增大，A 项正确，B 项错误；在平行板电容器间换用相对介电常数较小的电介质时，电容器的电容减小，电容器两极板间距离增大时电容也减小，当电容减小时，容抗增大，对交变电流的阻碍作用增大，电流表 A 的示数减小，C、D 项错误.2.(
12、感抗的理解)(多选)在如图 9 所示的电路中， L 为电感线圈，灯泡的电阻值为 R，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压 u220 sin (100 t) V.若保持电压的有2效值不变，只将电源频率改为 100 Hz，下列说法正确的是( )图 9A.电流表示数增大 B.电压表示数增大C.灯泡变暗 D.灯泡变亮答案 BC解析 由 u220 sin (100 t) V，可得电源原来的频率 f Hz50 Hz，当22 1002电源频率由原来的 50 Hz 增为 100 Hz 时，线圈的感抗增大，在电压不变的情况下，电路中的电流减小，选项 A 错误；灯泡的电阻值 R 是一定的，电流减小时，
13、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，其示数为线圈两7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，因电源电压的有效值保持不变，故 UL U UR增大，故电压表示数增大，选项 B 正确.3.(电阻、感抗、容抗的对比)如图 10 所示，把电阻 R、电感线圈 L、电容器 C 并联到一交流电源上，三个电流表的示数相同.若保持电源电压大小不变，而将频率降低，则三个电流表的示数 I1、 I2、 I3的关系是( )图 10A.I1 I2 I3 B.I1I2I3C.I2I1I
14、3 D.I3I1I2答案 C解析 在交流电路中，当频率减小时，电阻对交流的阻碍作用不变，电感线圈对交流的阻碍作用(感抗)减小，电容器对交流的阻碍作用(容抗)增大.电流与电压、电阻(感抗、容抗)的关系符合欧姆定律.所以 R 支路电流 I1不变， L 支路电流 I2增大， C 支路电流 I3减小，选项C 正确.4.(电阻、感抗、容抗的对比)(多选)如图 11 所示的电路中， a、 b 两端连接的交流电源中既含高频交流，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 11A.L 的作用是“通低频，阻高频”B.C 的作用是“通低频，隔高频”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答案 ACD解析 因为电感线圈 L 是一个高频扼流圈， “通低频，阻高频” ，A 选项正确； C 是一个电容较小的电容器，所以对低频的交流容抗较大，故选项 C 正确，B 错误；根据分析可知通过电阻 R 的电流中，低频交流所占百分比远远大于高频交流所占的百分比，选项 D 正确.
