高中物理54电感和电容对交变电流的影响学案新人教版选修32Word文件下载.docx
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感抗大小
作用
通直流、阻交流
通直流、通低频、阻高频
二、交变电流能够通过电容器
当电容器接到交流电源的两端时,实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质.当电压升高时,电容器充电,电荷向电容器的极板上聚集,在电路中,形成充电电流;
当电压降低时,电容器放电,电荷从极板上退出,形成放电电流.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.
三、电容器对交变电流的阻碍作用
1.容抗:
电容器对交变电流阻碍作用的大小.
电容器的电容越大,交流的频率越高,容抗越小.
3.作用:
“通交流,隔直流;
通高频,阻低频”.
一、理解电感器对交变电流的阻碍作用
1.高频扼流圈
高频扼流圈的自感系数很小,只对高频交变电流有较大的阻碍作用,对低频交变电流的阻碍作用较小,对直流的阻碍作用更小.它具有“通直流,通低频,阻高频”的作用.
2.低频扼流圈
低频扼流圈的自感系数很大,即使交流的频率较低,它产生的感抗也很大.它具有“通直流,阻交流”的作用.
例1 关于电子电路中的扼流圈,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 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、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.
答案 ABC
二、理解电容器对交变电流的阻碍作用
电容器对交流电的阻碍作用概括为“通交流、隔直流;
通高频,阻低频”.
例2 如图1甲、乙两图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( )
图1
A.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
解析 当交变电流加在电容器上时,有“通交流,隔直流,通高频、阻低频”的特性,甲图中电容器隔直流,R得到的是交流成分,A正确,B错误;
乙图中电容器能通过交流高频成分,阻碍交流低频成分,R得到的是低频成分,C正确,D错误.
答案 AC
针对训练 如图2所示的电路中,正弦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( )
图2
A.等于220VB.大于220V
C.小于220VD.等于零
答案 C
解析 虽然交变电流能通过电容器,但也受到阻碍作用,电容器与电阻串联,根据分压原理可知电阻两端的电压小于电源电压,电压表测的是电阻两端的电压,C正确.
三、电阻、感抗、容抗的作用及区别
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=.
2.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XL=2πfL.
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.
图3
例3 在频率为f的交变电流电路中,如图3所示,当开关S分别接通R、C、L支路时,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,则下列几种说法不正确的是( )
A.通过R的电流有效值不变
B.通过C的电流有效值变大
C.通过L的电流有效值变小
D.流过R、C、L的电流有效值都不变
解析 交变电流的频率变大时,电阻R对交流的阻碍作用不变,电容C对交流的阻碍作用减小,电感L对交流的阻碍作用变大,故A、B、C说法正确,D说法错误.
答案 D
感抗及其应用
1.如图4所示的电路中,L为电感线圈,L′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=220sin(100πt)V.若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为100Hz,下列说法中正确的是( )
图4
A.电流表示数增大 B.电压表示数减小
C.灯泡变暗D.灯泡变亮
解析 由u=220sin(100πt)V可知电源原来的频率:
f==Hz=50Hz,当频率增大时,线圈的感抗增大,电路中的干路电流将减小,因此A、D错,C正确.图中灯泡与电感线圈串联,所以总电压(有效值)U=UL+UL′,因UL′减小,而总电压的有效值不变,所以UL增大,因此选项B错.
容抗及其应用
2.如图5所示,接在交流电源上的灯泡正常发光,以下说法正确的是( )
图5
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
答案 ACD
解析 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.把电介质插入电容器,电容变大,容抗减小,灯泡变亮,A正确;
电容器两板间的距离增大,电容减小,容抗增大,灯泡变暗,B错误;
减小电容器两板间的正对面积,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.
电阻、感抗、容抗的区别
3.在图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25mH的高频扼流圈,C是一个100pF的电容器,R是负载电阻.下列说法正确的是( )
图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小于高频交流所占的百分比
解析 L是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是电容很小的电容器,其作用是“通高频,阻低频”,也称高频旁路电容,由于L对高频的阻碍作用和C对高频的旁路作用,使得R中的电流低频成分远远大于高频成分,故A、C正确.
4.如图7所示的电路中,A、B、C三灯亮度相同,电源为220V、50Hz的交流电源,以下叙述中正确的是( )
图7
A.改接220V、100Hz的交流电源时,A灯变亮,B灯变暗,C灯亮度不变
B.改接220V、100Hz的交流电源时,A灯变暗,B灯变亮,C灯变亮
C.改接220V的直流电源时,A灯熄灭,B灯变亮,C灯亮度不变
D.改接220V的直流电源时,A灯熄灭,B灯变亮,C灯变暗
解析 增加交流电源的频率时,感抗增大,容抗减小,电阻的阻碍不变.故A变亮,B变暗,C不变,故A正确,B错误;
改为直流电源时,电容断路,A灯灭,电感L无感抗,B灯更亮,电阻R阻碍不变,C灯亮度不变.
(时间:
60分钟)
题组一 感抗及其应用
1.如图1所示的电路中,正弦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 电感线圈对交变电流产生感抗,具有“通直流、阻交流,通低频、阻高频”的作用,故C正确.
2.一个灯泡通过一个线圈与一交流电源相连接,如图2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
答案 B
解析 插入铁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,灯泡上的电压减小,所以灯变暗.
3.如图3所示,交流电源的电压有效值跟直流电源的电压相等,当将双刀双掷开关接到直流电源上时,灯泡的实际功率为P1,而将双刀双掷开关接在交流电源上时,灯泡的实际功率为P2,则( )
A.P1=P2B.P1>P2
C.P1<P2D.不能比较
解析 接在直流电源上,线圈对直流没有阻碍作用,电能全部转化为灯泡的内能,而当接至交流电源上时,线圈对电流有阻碍作用,因此电能除转化成灯泡的内能外,还有一部分电能转化为磁场能,故P1>P2.
题组二 容抗及其应用
4.对电容器能通交变电流的原因,下列说法正确的是( )
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
答案 BD
解析 电容器实质上是通过反复充、放电来实现通电的,并无电荷通过电容器.
5.如图4所示,白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端,当交流电的频率增加时( )
A.电容器电容增加
B.电容器电容减小
C.灯变暗
D.灯变亮
解析 由C=可知,C与f无关,故C不变,A、B错误.交变电流的频率增加,容抗变小,电流变大,故D正确.
6.如图5所示的电路,F为一交流发电机,C为平行板电容器,为使电流表的示数增加,可行的方法是( )
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小的电介质
D.使电容器两极板间距离增大
答案 A
解析 当发电机转速增加时,交变电流的频率增大,电容器容抗减小,电流表的示数增大,A项正确,B项错误;
换用介电常数较小的电介质,电容C减小,增大两极板间距离时,电容C也减小,容抗增大,对交变电流的阻碍作用增大,电流表的示数减小,C、D项错误.
题组三 电阻、感抗和容抗的区别
7.某信号源中有直流成分、交流高频成分和交流低频成分,为使放大器仅得到交流低频成分,如图所示电路中可行的是( )
解析 A图放大器得到所有成分.B图放大器可得到直流成分,若为高频扼流圈也能得到低频成分.C图既可得高频成分也可得低频成分.D图通过C1的是高、低频成分都有,通过C2的旁路电容将高频成分滤去,故只有D合适.
8.在收音机线路中,经天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分,经放大后送给下一级,需要把低频成分和高频成分分开,只让低频成分输入给下一级,我们采用了如图6所示电路,其中代号a、b应选择的元件是( )
A.a是电容较大的电容器,b是低频扼流线圈
B.a是电容较大的电容器,b是高频扼流线圈
C.a是电容较小的电容器,b是高频扼流线圈
D.a是电容较小的电容器,b是低频扼流线圈
解析 电容器具有通高频、阻低频作用,这样的电容器电容应较小,故a处接电容较小的电容器.电感线圈在该电路中要求做到“通低频、阻高频”,所以b处应接一个高频扼流线圈.
9.如图7所示,甲、乙是规格相同的灯泡,接线柱a、b接电压为U的直流电源时,无论电源的正极与哪一个接线柱相连,甲灯均能正常发光,乙灯完全不亮.当a、b接电压的有效值为U的交流电源时,甲灯发出微弱的光,乙灯能正常发光,则下列判断正确的是( )
A.与甲灯串联的元件x是电容器,与乙灯串联的元件y是电感
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