3.3 交流电路中的电容和电感 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-2）

《3.3 交流电路中的电容和电感 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-2）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3.3 交流电路中的电容和电感 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-2）（11页珍藏版）》请在七七文库上搜索。

1、第3节交流电路中的电容和电感学习目标核心提炼1.通过实验，了解电容器和电感器对交变电流的阻碍作用。2个概念容抗、感抗2.知道容抗和感抗的物理意义及影响因素。3.简单了解电容器和电感器在电工、电子技术中的应用。一、电容、电感对直流和交流的影响阅读教材第5657页，了解电容、电感、电阻对交流、直流影响的不同。1.实验电路2.实验现象(S1、S2、S3闭合)3.实验结论(1)电阻器对直流和交流的影响是相同的。(2)电容器不让直流通过却让交流通过，但对交流有一定的阻碍作用。(3)电感器既让直流通过，也让交流通过，但对交流有一定的阻碍作用。思考判断(1)把电容器接入交流电路中时，电路中有电流。()(2)

2、电感器(忽略线圈的电阻)对恒定电流有阻碍作用。()(3)电阻对直流电和交流电的阻碍作用相同。()二、电容器的容抗及其应用阅读教材第5758页，了解电容器的容抗的概念及其应用。1.电容器的容抗(1)定义：电容器对交流的阻碍作用。(2)相关因素：电容量越大、交变电流的频率越高，容抗就越小，电容器对交流的阻碍作用就越小。电容量越小、交变电流的频率越低，容抗就越大，电容器对交流的阻碍作用就越大。2.电容器的特性(1)“隔直流、通交流”。(2)“通高频、阻低频”。3.应用：隔直电容器、高频旁路电容器。思维拓展(1)交变电流为什么能“通过”电容器？(2)电容器为什么会对交变电流有阻碍作用？答案(1)把交流

3、电源接到电容器两个极板，电容器交替进行充电和放电，于是电路中就有了电流，好像是交变电流“通过”了电容器，但实际自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质。(2)对于在导线中形成电流的自由电子来说，当电源的电动势推动它们向某一方向做定向运动时，电容器两极板上积聚的电荷就阻碍它们向这个方向运动，这就产生了电容器对交变电流的阻碍作用。三、电感器的感抗及应用阅读教材第5859页，了解电感线圈对交流的阻碍作用。1.感抗(1)物理意义：表示电感器对交流的阻碍作用的大小。(2)影响感抗大小的因素：线圈的自感系数越大，交流的频率越高，感抗越大。2.感抗的应用低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大较小感抗大小较大较小

4、作用通直流、阻交流通直流、通低频，阻高频思考判断(1)电感线圈对交变电流有阻碍作用。()(2)同一个线圈对直流和对交流的阻碍作用是相同的。()(3)低频扼流圈只能阻碍低频交变电流，不能阻碍高频交变电流。()(4)电感线圈中通入交变电流后，交变电流的瞬时值为0的瞬间，线圈仍然对交变电流有阻碍作用。()(5)线圈的匝数越多，对同一个交变电流的阻碍作用就越大。()(6)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。()预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2电容器对交变电流的作用要点归纳1.电容器对交变电流的阻碍作用(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

5、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。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，如图1甲所示。(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，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

6、旁路电容器，如图乙所示。图1精典示例例1 (2018福州高二检测)(多选)如图2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2A.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；减小电容器两极板正对面积，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

7、变暗，D正确。答案ACD含电容器的交流电路的动态分析(1)分析电路中各元件的串、并联关系。(2)明确交流电源频率的变化情况。(3)根据C判断电容的变化情况。(4)判断容抗的变化情况。(5)确定含电容器支路电流、电压的变化情况。针对训练1 (多选)如图3所示的电路，一灯泡和一可变电容器串联，下列说法正确的是()图3A.a、b端接恒稳直流电，灯泡发光B.a、b端接交变电流，灯泡发光C.a、b端接交变电流，灯泡发光，且将电容器电容增大时，灯泡亮度增大D.a、b端接交变电流，灯泡发光，在不改变交变电流有效值的情况下增大其频率，灯泡亮度增大解析电容器有“通交流、隔直流、通高频、阻低频”的特点，A错误，B

8、正确；容抗大小与电容器电容成反比，电容越大，容抗越小，灯泡越亮，C正确；容抗大小与交流电的频率成反比，频率越大，容抗越小，灯泡越亮，D正确。答案BCD电感器对交变电流的作用要点归纳1.电感器对交变电流的阻碍作用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(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，从而阻碍磁通量变化的能力也大，也就是阻碍交变电流通过的

9、作用就大，则感抗也就大。(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通过的作用就大，则感抗也就大。3.电阻、感抗、容抗的比较电阻感抗容抗产生的原因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞由于电感线圈的自感作用阻碍电流的变化电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用在电路中的特点对直流、交流有相同的阻碍作用对交流有阻碍作用对直流的阻碍作用无限大，对交流的阻碍作用随频率的降低而增大决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定，与温度有关由线圈本身的自感系数和交流的频率f决定由电容的大小和交流的频率f决定电能的转化与做

10、功电流通过电阻做功，电能转化为内能电能和磁场能往复转化电能与电场能往复转化精典示例例2 (多选)在如图4所示的电路中，L为电感线圈，D为灯泡，电流表的内阻为0，电压表的内阻无限大，交流电源的电压为u220sin(100t)V。若保持电压的有效值不变，只将电源的频率改为100 Hz，下列说法正确的是()图4A.电流表的示数增大B.电压表的示数增大C.灯泡变暗D.灯泡变亮解析由u220sin(100t)V，可得电源原来的频率为f Hz50 Hz，当电源的频率由原来的50 Hz增大为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D的电阻是一定的，电流减小时，灯

11、泡D实际消耗的电功率PI2R减小，灯泡D变暗，选项C正确，选项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D两端的电压为UD，则电源电压的有效值为UULUD，因UDIR，故电流I减小时，UD减小，因电源电压的有效值保持不变，故ULUUD增大，选项B正确。答案BC线圈对交变电流感抗的大小不仅与线圈自身(自感系数)有关，还与交变电流的频率有关.交流电的频率越大，感抗越大。针对训练2 如图5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()图5A.P1P2 B.P1

12、P2 C.P1P2 D.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P1P2，选项B正确。答案B例3 (2018成都高二检测)(多选)如图6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()图6A.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

13、接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗解析三个支路电压相同，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，故选项A正确，B错误；改接220 V的直流电源时，电容器隔直流，电感线圈通直流，所以A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变，故选项C正确，D错误。答案AC针对训练3 (多选)某同学在研究电容器、电感器对恒定电流与交变电流的影响时，采用了如图7所示的电路，其中L1、L2是两个完全相同的灯泡。当双刀双掷开关置于

14、3、4时，电路与交流电源接通，稳定后的两个灯泡发光亮度相同。则该同学在如下操作中能观察到的实验现象是()图7A.当开关置于1、2时，稳定后L1亮、L2不亮B.当开关置于3、4时，交变电流频率增加且稳定后，L1变亮、L2变暗C.当开关从置于1、2的稳定状态下突然断开，L1将会立即熄灭D.当开关从置于1、2的稳定状态下突然断开，L1不会立即熄灭解析当开关置于1、2时，接直流，电流稳定后能通过电感器，而不能通过电容器，所以L1亮，L2不亮；稳定后突然断开开关，L、L1、L2、C能构成回路，由于自感现象，L1、L2将慢慢熄灭，故选项A、D正确，C错误；当开关置于3、4时，且交流频率增大，则感抗增大，容

15、抗减小，所以L1变暗，L2变亮，故选项B错误。答案AD1.(电容器对交变电流的作用)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，所以电容器对交流无影响C.直流电的周期可认为很长，因此电容器对其容抗可以忽略D.电容器有“隔直通交”，“通高频，阻低频”的作用解析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，选项A、B错误；直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，选项C错误；电容器具有“隔直通

16、交，阻低通高”的作用，选项D正确。答案D2.(电感器对交变电流的影响)(多选)关于电感器对交变电流的影响，以下说法正确的是()A.电感器对交变电流有阻碍作用B.电感器对交变电流阻碍作用越大，感抗就越小C.电感器具有“通交流、阻直流，通高频、阻低频”的性质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电感器对交变电流有阻碍作用，阻碍作用越大，感抗越大；线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大，故选项A、D正确，B错误；电感器具有“通直流、阻交流，通低频、阻高频”的性质，选项C错误。答案AD3.(对感抗的理解)(多选)如图8所示是由交流电源供电的线路，如果交

17、变电流的频率增大，则()图8A.线图L的自感系数增大B.线圈L的感抗增大C.电路中的电流增大D.灯泡变暗解析自感系数由线圈本身决定，与交变电流的频率无关，选项A错误；当交变电流频率增大时，线圈L的感抗增大，选项B正确；感抗增大对交变电流的阻碍作用增大，使电路中电流减小，灯泡变暗，选项C错误，D正确。答案BD4.(电阻、感抗、容抗的比较)如图9所示，电路中完全相同的三只灯泡a、b、c分别与电阻R、电感L、电容C串联，然后再并联到220 V、50 Hz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100 Hz，则三灯的亮度变化是()图9A.三灯亮度不变B.三灯均变亮C.a不变、b变亮、c变暗D.a不变、b变暗、c变亮解析当交变电流的频率增大时，电阻的阻值不变，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，所以灯a不变，灯b变暗，灯c变亮，故选项D正确。答案D