導(dǎo)學(xué)案3：電感和電容對(duì)交變電流的影響

電感和電容對(duì)交變電流的影響導(dǎo)學(xué)案【教學(xué)目標(biāo)】1．知道為什么電感對(duì)交變電流有阻礙作用．2．知道用感抗來表示電感對(duì)交變電流阻礙作用的大小，知道感抗與哪些因素有關(guān)．3．知道交變電流能通過電容，知道為什么電容器對(duì)交變電流有阻礙作用．4．知道用容抗來表示電容對(duì)交變電流阻礙作用的大小，知道容抗與哪些因素有關(guān)．重點(diǎn)：電感和電容對(duì)交變電流的影響難點(diǎn)：電感和電容對(duì)交變電流的影響【自主預(yù)習(xí)】一、感抗1．定義：對(duì)電流阻礙作用的大小，用感抗表示．2．感抗的成因：因?yàn)榻蛔冸娏鞯碾S時(shí)間周期性變化，這個(gè)變化的電流通過線圈時(shí)產(chǎn)生一個(gè)自感電動(dòng)勢(shì)，自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙的變化，故線圈對(duì)交變電流有阻礙作用，這就是感抗．3．決定因素：研究可得出線圈的感抗XL與它的自感系數(shù)L及交變電流的頻率f間有如下的關(guān)系：XL＝2πfL二、低頻扼流圈和高頻扼流圈1．低頻扼流圈：自感系數(shù)的線圈（約幾十亨），線圈電阻較，對(duì)直流的阻礙作用較小，這種線圈可以“通，阻”。2．高頻扼流圈：自感系數(shù)較小的線圈（約幾個(gè)毫亨），對(duì)低頻交變電流的阻礙作用較而對(duì)高頻交變電流的阻礙作用很，可以用來“通，阻”。三、交變電流能夠“通過”電容器．（1）電流實(shí)際上并沒有通過電容器，也就是說，自由電荷定向移動(dòng)，不會(huì)從一個(gè)極板經(jīng)極板間的電介質(zhì)到達(dá)另一個(gè)極板．（2）電容器“通交流”，只不過是在交變電壓的作用下，當(dāng)電源電壓升高時(shí)，電容器，電荷向電容器的極板上集聚，形成；當(dāng)電源電壓降低時(shí)，電容器，電荷從電容器的極板上放出，形成．電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交流“通過”了電容器．四、容抗1．定義：對(duì)交流的阻礙作用的大小，用容抗來表示．2．成因：電容器接入交流電路中后，極板上的電荷形成了二極板間的電壓，這電壓和電源電壓相反，從而產(chǎn)生了對(duì)交變電流的阻礙作用，即形成了容抗．3．決定因素：交流電路中的容抗和交變電流的頻率、電容器的電容成反比．容抗與交變電流的頻率和電容的關(guān)系為XC＝1/2πfC，即交流電的頻率越大，電容越，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用越小，容抗越．五、電感和電容在電路中的作用1．電感的作用是：“通、阻、通、阻”．2．電容的作用是：“通、直流、通、阻”．【典型例題】一、電感對(duì)交變電流的影響【例1】交變電流通過一段長(zhǎng)直導(dǎo)線時(shí)，電流為I，如果把這根長(zhǎng)直導(dǎo)線繞成線圈，再接入原電路，通過線圈的電流為I′，則()A．I′>IB．I′<IC．I′＝ID．無法比較【例2】一個(gè)燈泡通過一個(gè)粗導(dǎo)線的線圈與一交流電源相連接，如圖所示．一塊鐵插進(jìn)線圈之后，該燈將：（）A．變亮B．變暗C．對(duì)燈沒影響D．無法判斷二、交變電流“通過”電容器【例3】對(duì)交流電通過電容器的理解正確的是()A．交變電流能夠使電容器極板間的絕緣介質(zhì)變成導(dǎo)體B．交變電流定向移動(dòng)的電荷通過電容器兩板間的絕緣介質(zhì)C．交變電流能夠使電容器交替進(jìn)行充電、放電，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交變電流通過了電容器D．交變電流通過了電容器，實(shí)際上自由電荷并沒有通過電容器極板間的絕緣介質(zhì)(擊穿除外)三、電容對(duì)交變電流的影響【例4】如圖1所示，某輸電線路橫穿公路時(shí)，要在地下埋線通過．為了保護(hù)輸電線不至于被壓壞，可預(yù)先鋪設(shè)結(jié)實(shí)的過路鋼管，再讓輸電線從鋼管中穿過．電線穿管的方案有兩種，甲方案是鋪設(shè)兩根鋼管，兩條輸電線分別從兩根鋼管中穿過，乙方案是只鋪設(shè)一根鋼管，兩條輸電線都從這一根鋼管中穿過，如果輸電導(dǎo)線輸送的電流很強(qiáng)大，那么，以下說法正確的是()A．無論輸送的電流是恒定電流還是交變電流．甲、乙兩方案都是可行的B．若輸送的電流是恒定電流，甲、乙兩方案都是可行的C．若輸送的電流是交變電流，乙方案是可行的，甲方案是不可行的D．若輸送的電流是交變電流，甲方案是可行的，乙方案是不可行的思維步步高恒定電流和交變電流的區(qū)別是什么？鋼管與電流間形成什么電器元件？怎樣才能消除影響？．四、電容、電感在電路中的綜合應(yīng)用【例5】如圖3所示，從AO輸入的信號(hào)中，有直流電和交流電兩種成分．(1)現(xiàn)在要求信號(hào)到達(dá)BO兩端只有交流電，沒有直流電，需要在AB端接一個(gè)什么元件？該元件的作用是什么？(2)若要求信號(hào)到達(dá)BO端只有直流電而沒有交流電，則應(yīng)在AB端接入一個(gè)什么元件？該元件的作用是什么？【課后練習(xí)】1.如圖4所示，接在交流電源上的電燈泡正常發(fā)光，以下說法正確的是A．把電介質(zhì)插入電容器，燈泡變亮B．增大電容器兩極板間的距離，燈泡變亮C．減小電容器兩極板間的正對(duì)面積，燈泡變暗D．使交變電流頻率減小，燈泡變暗2.如圖5所示，把電阻R，電感線圈L，電容C并聯(lián)，接到一個(gè)交流電源上，三個(gè)電流表示數(shù)相同，若保持電源電壓大小不變，而將電源頻率增大，則三個(gè)電流表示數(shù)I1、I2、I3的關(guān)系是()A、I1=I2=I3 B、I1>I2>I3C、I2>I1>I3D、I3>I1>I23.如圖5－3－6所示，輸入端ab的輸入電壓既有直流成分，又有交流成分，以下說法中，正確的是(L的直流電阻不為零)()A．直流成分只能從L通過B．交流成分只能從R通過C．通過R的既有直流成分又有交流成分D．通過L的直流成分比通過R的直流成分要大4．如圖5－3－7所示電路中，U為220V交流電源，C為電容器，R是電阻，這一交流電路電壓有效值關(guān)系是U2＝Ueq\o\al(2,R)＋Ueq\o\al(2,C).關(guān)于交流電壓表的示數(shù)，下列說法正確的是()A．等于220VB．大于220VC．小于220VD．等于零5．如圖5－3－8所示，交流電源的電壓為220V，頻率f＝50Hz，三只燈L1、L2、L3的亮度相同，線圈L無直流電阻，若將交流電源的頻率變?yōu)閒＝100Hz，則()A．L1燈比原來亮B．L2燈比原來亮C．L3燈和原來一樣亮D．L3燈比原來亮6.如圖5所示，L1、L2和L3是相同型號(hào)的白熾燈，L1與電容器C串聯(lián)，L2與帶鐵芯的線圈L串聯(lián)，L3與一個(gè)定值電阻R串聯(lián)．當(dāng)a、b間接電壓有效值為U、頻率為f的正弦交流電源時(shí)，三只燈泡的亮度相同．現(xiàn)將a、b間接另一正弦交流電源時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡L1變亮、L2變暗、L3亮度不變．由此可知，另一正弦交流電源可能是()A．電壓有效值仍為U，而頻率大于fB．電壓有效值大于U，而頻率大于fC．電壓有效值仍為U，而頻率小于fD．電壓有效值小于U，而頻率大于f7.如圖6所示交流電源的電壓有效值跟直流電源的電壓相等，當(dāng)將雙刀雙擲開關(guān)接到直流電源上時(shí)，燈泡的實(shí)際功率為P1，而將雙刀雙擲開關(guān)接在交流電源上時(shí)，燈泡的實(shí)際功率為P2，則()A．P1＝P2B．P1>P2C．P1<P2D．不能比較8．如圖8所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在交變電源的兩端，當(dāng)交變電源的頻率減小時(shí)()A．電容器電容增加B．電容器電容減小C．電燈變暗D．電燈變亮9．如圖9所示，兩位同學(xué)利用圖示裝置做實(shí)驗(yàn)，第一位同學(xué)使ab在導(dǎo)軌上勻速運(yùn)動(dòng)，第二位同學(xué)使ab在導(dǎo)軌上做變速運(yùn)動(dòng)，但兩位同學(xué)對(duì)ab桿做的功一樣多，第一位同學(xué)的方法使小燈泡消耗電能為W1，第二位同學(xué)的方法使小燈泡消耗的電能為W2，它們相比較()A．W1＝W2B．W1>W2C．W1<W2D．無法確定10．某信號(hào)源中有直流成分、交流高頻成分和交流低頻成分，為使放大器僅得到交流低頻成分，下圖所示電路中可行的是()11．在圖5－3－12電路中，L為電感線圈，R為燈泡的電阻，電流表和電壓表均為理想電表，交流電源的電壓u＝220eq\r(2)sin100πtV，若保持其有效值不變，只將電源頻率改為100Hz，下列說法正確的有()A．電流表示數(shù)增大B．電壓表示數(shù)增大C．燈泡變暗D．燈泡變亮12．如圖5－3－16所示的電路中，當(dāng)a、b端加直流電壓時(shí)，L1燈發(fā)光，L2燈不亮，當(dāng)加同樣電壓的交流電源時(shí)，L1發(fā)光但較暗，L2燈發(fā)光較亮，則以下各項(xiàng)正確的是()A．A中接的是電感線圈，B中接的是電容器B．A中接的是電容器，B中接的是電感線圈C．A中是電阻，B中接的是電容器D．若加的交流電頻率增大，電壓不變，則L1燈變得更暗，L2燈變得更亮答案：例1.解析長(zhǎng)直導(dǎo)線的自感系數(shù)很小，感抗可忽略不計(jì)，其對(duì)交變電流的阻礙作用可以看作是純電阻，流經(jīng)它的交變電流只受到導(dǎo)線電阻的阻礙作用．當(dāng)導(dǎo)線繞成線圈后，電阻值未變，但自感系數(shù)增大，對(duì)交變電流不但有電阻，而且有感抗，阻礙作用增大，電流減?。鸢窧例2.解析線圈和燈泡是串聯(lián)的，當(dāng)鐵插進(jìn)線圈后，電感線圈的自感系數(shù)增大，所以電感器對(duì)交變電流阻礙作用增大，因此電路中的電流變小，則燈變暗。答案B例3.解析電流能“通過”電容器，并非電荷真的通過電容器兩板間的電介質(zhì)，而是交變電流交替對(duì)電容器充放電，電容器中并未有電荷通過，電路中有了電流，表現(xiàn)為交變電流通過了電容器．答案CD例4．答案BC解析恒定電流對(duì)于一根還是兩根鋼管毫無影響，但交變電流通過的導(dǎo)線和鋼管之間形成電容器，對(duì)交變電流有阻礙作用，而兩根線從一根鋼管中穿過，并且任一時(shí)刻電流的方向都等大反向，產(chǎn)生的影響抵消例5.答案根據(jù)電容和電感對(duì)直流電和交流電的作用原理進(jìn)行分析．(1)因?yàn)锽O端不需要直流電，只需要交流電．故根據(jù)電容C有“通交流，隔直流”作用，應(yīng)在AB端接入一個(gè)電容器C，該電容器對(duì)直流電有阻礙作用，能通過交流電．(2)因?yàn)锽O端不需要交流電，只需要直流電．故根據(jù)電感L有“通直流，阻交流”的作用，應(yīng)在AB端接入一個(gè)電感線圈，該線圈對(duì)交流電有阻礙作用，能通過直流電．課后練習(xí)1.【解析】把電介質(zhì)插入電容器，電容增大，電容器對(duì)交變電流阻礙作用變小，所以燈泡變亮，故A正確。增大電容器兩極板間的距離，電容變小，電容器對(duì)交變電流阻礙作用變大，所以燈泡變暗故B錯(cuò)。減小電容器兩極板間的正對(duì)面積，電容變小燈泡變暗正確，故C正確。交變電流頻率減小，電容器對(duì)交變電流阻礙作用增大，燈泡變暗，故D正確?！敬鸢浮緼CD2.【解析】交流電頻率增大，電阻R對(duì)電流的阻礙作用不變所以A1表讀數(shù)不變。頻率增大，電感線圈對(duì)交變電流阻礙作用增大，對(duì)電流的阻礙作用變大，所以電流變小，A2表讀數(shù)變小。頻率增大，電容器對(duì)交變電流阻礙作用變小，對(duì)電流的阻礙作用變小，所以電流變大，A3表讀數(shù)變大故答案為D。3.答案CD解析由于線圈直流電阻不為零，所以有直流通過R，而線圈對(duì)交流有阻礙作用，因此也有交流成分通過R，B錯(cuò)，C正確．由于R對(duì)交流也有阻礙作用，所以也有交流成分通過L，A錯(cuò)，因?yàn)閷?dǎo)線的一般直流電阻都很小，所以通過線圈的直流要比通過R的要大，D正確．4.答案C5.答案AC解析電容器的容抗與交流電的頻率有關(guān)，頻率高、容抗小，即對(duì)高頻交流電的阻礙作用小，所以A項(xiàng)正確．線圈對(duì)交流電的阻礙作用隨頻率升高而增大，所以B項(xiàng)錯(cuò)．電阻R中電流只與交流電有效值及R值有關(guān)，所以C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò).6．答案A解析由題述中與一個(gè)定值電阻R串聯(lián)的燈泡L3亮度不變可知，所接的另一正弦交流電源的電壓有效值仍為U.燈泡L1變亮，說明與L1串聯(lián)的電容器C容抗變小．由影響容抗的因素可知，這是由于正弦交流電的頻率增大．所以正確選項(xiàng)是A.7．答案B解析開關(guān)接在直流電源上時(shí)，線圈對(duì)直流沒有阻礙作用，電能全部轉(zhuǎn)化為小燈泡的內(nèi)能．而當(dāng)雙刀雙擲開關(guān)接在交流電源上時(shí)，線圈對(duì)電流有阻礙作用，因此電能除轉(zhuǎn)化成燈泡的內(nèi)能外，還有一部分電能與磁場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化，因此P1>P2，故選B.8．答案C解析電容器的電容是由電容器本身的特性所決定的，與外加的交變電源的頻率無關(guān)，選項(xiàng)A和B是錯(cuò)誤的，當(dāng)交變電源的頻率減小時(shí)，電容器充放電的速度減慢，電容器的容抗增大，電流減小，電燈變暗，故C對(duì)，D錯(cuò)．9．答案B解析勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是穩(wěn)定的，感應(yīng)電流也是恒定的，因此在線圈上不會(huì)產(chǎn)生感抗，所以通過小燈泡的電流大，消耗的電能多；當(dāng)ab做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是變化的，感應(yīng)電流也是變化的，在線圈上產(chǎn)生感抗，使通過小燈泡的電流減小，因此消耗的電能少．故B正確．10．答案D解析A圖放大器得到所有成分；B圖放大器可得到直流成分，若為高頻扼流圈也可得到低頻成分；C圖既可得高頻成分也可得低頻成分；D圖通過C1的是高、低頻都有，通過C2的是旁路電容讓高頻成分濾去，故D正確．11．解析：選BC.由u＝220eq\r(2)sin100πtV可知電源原來的頻率：f