教科版高中物理选修32第2章 第45节《电容器在交流电路中的作用 电感器在交流电路中的作用》word学案Word下载.docx
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电容器对交流电的阻碍作用.
2.影响容抗的因素:
电容器的电容越大,交流电的频率越高,容抗越小.
3.注意:
电容器能通交变电流,并不是电荷真的穿过了电容器.
4.电容器在电路中的作用:
通交流,隔直流;
通高频,阻低频.
二、电感器对交流电的阻碍作用
如图2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,再把它们接到交流电源上,取直流电源的电压与交流电压的有效值相等.
图2
(1)对比两种情况下灯泡的亮度有什么不同?
(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?
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.
1.感抗:
电感器对交变电流的阻碍作用的大小.
2.影响感抗的因素:
线圈的自感系数越大,交流电的频率越高,感抗越大.
电感器的感抗是由变化的电流在线圈中产生的感应电动势引起的,与制成线圈导体的电阻无关.
4.扼流圈是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的电感线圈.
(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,对直流电流的阻碍作用更小.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,既使交流的频率较低,它产生的感抗也很大.它具有“通直流,阻交流”的作用.
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,还与交变电流的频率有关,频率越高,容抗越小.(填“大”或“小”)
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,频率越高,感抗越大.(填“大”或“小”)
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.
一、对容抗的理解
例1
如图3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3
A.把电介质插入电容器,灯泡变亮
B.增大电容器两极板间的距离,灯泡变亮
C.减小电容器两极板间的正对面积,灯泡变暗
D.使交变电流频率减小,灯泡变暗
解析 把电介质插入电容器,电容变大,容抗变小,电容器对交变电流阻碍作用变小,所以灯泡变亮,故A正确;
增大电容器两极板间的距离,电容变小,电容器对交变电流阻碍作用变大,所以灯泡变暗,故B错误;
减小电容器两极板间的正对面积,电容变小,灯泡变暗,故C正确;
使交变电流频率减小,电容器对交变电流阻碍作用变大,灯泡变暗,故D正确.
答案 ACD
二、对感抗的理解
例2
如图4所示的实验电路中,若直流电压和交变电压的有效值相等,S为双刀双掷开关,下列叙述正确的是( )
图4
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.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,而使频率减小时,灯变暗
解析 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,故A、C正确.
答案 AC
三、电阻、感抗、容抗的对比
例3
如图5所示,电路中完全相同的三只灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联,然后再并联到220V、50Hz的交流电路上,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60Hz,则发生的现象是( )
图5
A.三灯亮度不变
B.三灯均变亮
C.L1亮度不变、L2变亮、L3变暗
D.L1亮度不变、L2变暗、L3变亮
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,L2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.
答案 D
四、电感器、电容器在电路中的应用
例4
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,经放大后送到下一级,需要把低频成分和高频成分分开,只让低频成分输送到再下一级,可以采用如图6所示电路,其中a、b应选择的元件是( )
图6
A.a是电容较大的电容器,b是低频扼流圈
B.a是电容较大的电容器,b是高频扼流圈
C.a是电容较小的电容器,b是低频扼流圈
D.a是电容较小的电容器,b是高频扼流圈
解析 电容器具有通高频、阻低频的作用,这样的电容器电容较小,所以a处放电容较小的电容器,电感线圈在该电路中要求起到通低频、阻高频的作用,b处接一个高频扼流圈,D对.
电容器和电感器在交流电路中的作用
1.(对容抗的理解)如图7所示,白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端,当交流电源的频率增大时( )
图7
A.电容器电容增大B.电容器电容减小
C.灯变暗D.灯变亮
解析 电容器的电容是由电容器本身的特性决定的,与外加的交流电源的频率无关,选项A、B错误.当交流电源的频率增大时,电容器充、放电的速度加快,电容器的容抗减小,电流增大,灯变亮,故选项C错误,D正确.
2.(对感抗的理解)在如图8所示的电路中,L为电感线圈,灯泡的电阻为R,电流表内阻为零,电压表内阻无限大,交流电源的电压u=220
sin(100πt)V.若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为100Hz,下列说法正确的是( )
图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
答案 BC
解析 由u=220
sin(100πt)V,可得电源原来的频率f=
=
Hz=50Hz,当电源频率由原来的50Hz增为100Hz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R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=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,选项B正确.
3.(电阻、感抗、容抗的对比)如图9所示,三个灯泡相同,而且足够耐压,电源内阻忽略(两电源的电动势相同).单刀双掷开关S接A时,三个灯亮度相同,那么S接B时( )
图9
A.三个灯亮度相同
B.甲灯最亮,丙灯不亮
C.甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮
D.只有丙灯不亮,乙灯最亮
解析 开关S接A时,甲、乙、丙三个支路均有交流电通过,开关S接B时,电路处于直流工作状态.电容器C“隔直流、通交流”;
电感线圈L“阻交流、通直流”;
R对交流电、直流电有相同的阻抗.可判断S接B时电路中I丙=0,I甲不变,I乙增大;
又因为灯泡亮度与功率(P=I2R)成正比,所以只有丙灯不亮,乙灯最亮.
题组一 对容抗的理解
1.对交变电流通过电容器的理解正确的是( )
A.交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体
B.交变电流定向移动的电荷通过电容器两极板间的绝缘介质
C.交变电流能够使电容器交替进行充电、放电,电路中就有了电流,表现为交变电流通过了电容器
D.交变电流通过了电容器,实际上自由电荷并没有通过电容器极板间的绝缘介质(击穿除外)
答案 CD
解析 电流能“通过”电容器,并非自由电荷真的通过电容器两极板间的绝缘介质,而是交变电流交替对电容器充、放电,电路中有了电流,表现为交变电流通过了电容器.
2.有两个电容器的电容分别为C1=5μF和C2=3μF,分别加在峰值一定的正弦交流电源上,在下列各种情况下,哪一种情况通过电容器的电流最大( )
A.在C1上所加交变电流频率为50Hz
B.在C2上所加交变电流的频率为50Hz
C.在C1上所加交变电流的频率为100Hz
D.在C2上所加交变电流的频率为100Hz
答案 C
解析 电容越大,交变电流频率越大,容抗越小,电流越容易通过电容器.C1>
C2,100Hz>
50Hz,所以C正确.
3.如图1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( )
A.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,容抗减小,电流表A的读数增大,A项正确,B项错误;
在平行板电容器间换用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,对交变电源的阻碍作用增大,电流表A示数减小,C、D两项均错误.
题组二 对感抗的理解
4.一个灯泡通过一个粗导线线圈与一交流电源相连接,如图2所示.一铁棒插进线圈后,该灯将( )
A.变亮
B.变暗
C.对灯的亮度没影响
D.无法判断
答案 B
解析 在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势,总是阻碍电流变化,正是这种阻碍变化的特性,使线圈产生了感抗.加入铁芯改变了电感线圈的自感系数,使自感系数增大,感抗增大,降落的电压增大,灯泡两端的电压减小,所以灯变暗.
5.如图3所示,输入端a、b的输入电压既有直流成分,又有交流成分,以下说法中正确的是(L的直流电阻不为零但较小)( )
A.直流成分只能从L通过
B.交流成分只能从R通过
C.通过R的既有直流成分又有交流成分
D.通过L的直流成分比通过R的直流成分要大
解析 由于线圈L的直流电阻不为零,所以有直流通过R,而线圈对交流有阻碍作用,因此也有交流成分通过R,B错,C正确;
由于R对交流也有阻碍作用,所以也有交流成分通过L,A错;
因为线圈的直流电阻较小,所以通过线圈的直流成分比通过R的要大,D正确.
题组三 电阻、感抗、容抗的对比
6.如图4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是电感线圈
B.与甲灯串联的元件x是电感线圈,与乙灯串联的元件y是电容器
C.与甲灯串联的元件x是二极管,与乙灯串联的元件y是电容器
D.与甲灯串联的元件x是电感线圈,与乙灯串联的元件y是二极管
解析 由a、b接直流电流时的现象可知,元件x“通直流”,元件y“隔直流”,由a、b接交流电源时的现象可知,元件x“阻交流”,元件y“通交流”,根据电容器和电感线圈的特点,可判断元件x是电感线圈,元件y是电容器,选项B正确.
7.如图5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L1变亮,灯L2变暗,灯L3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
解析
题组四 电感器、电容器在电路中的应用
8.在电子技术中,从某一装置输出的电流既有高频成分又有低频成分,如果只需把低频成分输送到下一级装置,如图6所示,则下列做法合理的是( )
A.在a、b间接入一个电容器
B.在a、b间接入一个低频扼流圈
C.在a、b间接入一个高频扼流圈
D.在a、b间接入一个电容器或高频或低频扼流圈都可以
解析 电容器是“通高频,阻低频”,低频扼流圈“通直流,阻交流”,而高频扼流圈“通直流,通低频,阻高频”,C对.
9.如图7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,下列判断正确的是( )
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,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;
题图乙中电容器通过交流高频成分,阻碍交流低频成分,R得到的是低频成分,C正确,D错误.
10.某一电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件,在接线柱间以如图8甲所示的“Z”字形连接(两接线柱间只有一个元件).为了确定各元件种类,小华同学把DIS计算机辅助实验系统中的电流传感器(相当于电流表)与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后,分别将AB、BC、CD接入电路,闭合开关,计算机显示的电流随时间变化的图像分别如图9a、b、c所示,则下列判断中正确的是( )
A.AB间是电容器B.BC间是电感线圈
C.CD间是电容器D.CD间是定值电阻
答案 ABD
解析 根据题图a可知,有瞬时充电电流,稳定后电路中无电流,说明AB间是电容器,充电完毕,电路为开路,故A正确.根据题图b可知,阻碍电流增大,但是稳定后电流恒定,符合电感线圈的特点,所以BC间为电感线圈,故B正确.根据题图c,接通电路后,电流马上达到稳定值,说明CD间为定值电阻,故C错误,D正确.
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