2024-2025學(xué)年高中物理第2章交變電流第4節(jié)電感器對(duì)交變電流的作用第5節(jié)電容器對(duì)交變電流的作用學(xué)案粵教版選修3-2

PAGE9-第四節(jié)電感器對(duì)交變電流的作用第五節(jié)電容器對(duì)交變電流的作用[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.通過試驗(yàn)了解電感對(duì)交變電流的阻礙作用，知道感抗與哪些因素有關(guān)．(重點(diǎn))2.通過試驗(yàn)了解電容對(duì)交變電流的阻礙作用，能夠理解交變電流能“通過”電容器，并知道容抗與哪些因素有關(guān)．(重點(diǎn))3.了解電感器“通直流、阻溝通”和“通低頻、阻高頻”的特點(diǎn)及其詳細(xì)應(yīng)用，能從能量的角度分析各元件的性能，并將其作為電路設(shè)計(jì)的選擇基礎(chǔ)．(難點(diǎn))4.了解電容器“隔直流、通溝通”和“阻低頻、通高頻”的特點(diǎn)及其詳細(xì)應(yīng)用．(難點(diǎn))一、電感器對(duì)交變電流的作用1．試驗(yàn)電路圖2．感抗(1)物理意義：表示電感器對(duì)交變電流的阻礙作用的大?。?2)影響感抗大小的因素：線圈的自感系數(shù)越大，溝通的頻率越高，感抗越大．3．感抗的應(yīng)用類型低頻扼流圈高頻扼流圈自感系數(shù)較大較小感抗大小較大較小作用通直流、阻溝通通直流、通低頻、阻高頻二、電容器對(duì)交變電流的阻礙作用1．試驗(yàn)電路(如圖所示)2．試驗(yàn)現(xiàn)象：電路中串有電容器時(shí)，接通直流電源，燈泡不亮；接通溝通電源，燈泡亮．3．試驗(yàn)結(jié)論：交變電流能夠通過電容器，直流電流不能通過電容器．4．容抗：表示電容器對(duì)交變電流阻礙作用的大?。?．影響容抗的因素：電容器的電容越大，溝通的頻率越高，容抗越?。?．應(yīng)用：電容器具有“隔直流，通溝通”的作用．1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)同一個(gè)線圈對(duì)直流和對(duì)溝通的阻礙作用是相同的．(×)(2)線圈的匝數(shù)越多，對(duì)同一個(gè)交變電流的阻礙作用就越大．(√)(3)線圈對(duì)交變電流的阻礙作用隨著交變電流的頻率的變大而減?。?×)(4)電流通過電容器，并不是電荷穿過電容器兩極板間的絕緣層到達(dá)另一極板，而是電容器不斷地充放電的表現(xiàn)．(√)(5)電容器的電容越大對(duì)同一交變電流的阻礙作用就越大．(×)2．交變電流通過一段長(zhǎng)直導(dǎo)線時(shí)，電流為I，假如把這根長(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′>I B．I′<IC．I′＝I D．無法比較B[長(zhǎng)直導(dǎo)線的自感系數(shù)很小，感抗可忽視不計(jì)，其對(duì)交變電流的阻礙作用可以看成純電阻，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)交變電流的阻礙作用不但有電阻，而且有感抗，其阻礙作用增大，電流減?。蔅正確．]3.在如圖所示電路中，u是有效值為220V的溝通電源，C是電容器，R是電阻．關(guān)于溝通電壓表的示數(shù)，下列說法正確的是()A．等于220V B．大于220VC．小于220V D．等于零C[交變電流“通過”電容器，電阻R中有電流，電壓表的示數(shù)不為零；電容器與電阻串聯(lián)，依據(jù)串聯(lián)分壓原理可知電阻兩端電壓應(yīng)小于電源電壓．]對(duì)感抗的相識(shí)1.電感線圈對(duì)交變電流的阻礙作用的本質(zhì)交變電流通過線圈時(shí)，由于電流時(shí)刻都在改變，所以自感現(xiàn)象就不斷地發(fā)生，而自感電動(dòng)勢(shì)總是要阻礙電流改變的，這就是線圈的電感對(duì)交變電流的阻礙作用．因此，感抗的產(chǎn)生是由線圈的自感現(xiàn)象引起的．直流電通過線圈時(shí)，電流的大小、方向都不變，線圈中不產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，也就沒有感抗．2．感抗電感線圈對(duì)電流的阻礙作用．感抗用“XL”表示，XL＝2πfL＝ωL，其中f是溝通電的頻率，L是線圈的自感系數(shù)．3．感抗與電感的關(guān)系線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)就越大，感抗就越大，對(duì)交變電流的阻礙作用也就越大．4．線圈(扼流圈)的分類依據(jù)不同線圈對(duì)溝通電的阻礙作用不同分類：(1)低頻扼流圈①構(gòu)造：閉合鐵芯、繞在鐵芯上的線圈．②特點(diǎn)：匝數(shù)多、自感系數(shù)L大、電阻很小．它對(duì)低頻溝通會(huì)產(chǎn)生很大的阻礙作用，而對(duì)直流的阻礙作用則較小，故低頻扼流圈的作用為“通直流、阻溝通”．(2)高頻扼流圈①構(gòu)造：繞在空心絕緣體上，繞在鐵氧體芯上．②特點(diǎn)：匝數(shù)少、自感系數(shù)L較小，對(duì)高頻交變電流的阻礙作用較大，對(duì)低頻交變電流的阻礙作用較小，對(duì)直流的阻礙作用更小，因此可用來“通直流、通低頻、阻高頻”．【例1】(多選)在如圖所示電路中，L為電感線圈，燈泡電阻為R，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無限大，溝通電源的電壓u＝220eq\r(2)sin100πtV，若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為100Hz，下列說法正確的是()A．電流表示數(shù)減小B．電壓表示數(shù)減小C．燈泡變暗D．燈泡變亮AC[由u＝220eq\r(2)sin100πtV，可得電源原來的頻率為f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz.當(dāng)電源頻率由原來的50Hz增為100Hz時(shí)，線圈的感抗增大；在電壓不變的狀況下，電路中的電流減小，選項(xiàng)A正確．燈泡的電阻R是肯定的，電流減小時(shí)，實(shí)際消耗的電功率P＝I2R減小，燈泡變暗，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．電壓表與電感線圈并聯(lián)，其示數(shù)為線圈兩端的電壓UL，設(shè)燈泡兩端電壓為UR，則電源電壓的有效值為U＝UL＋UR，因UR＝IR，故電流I減小時(shí)，UR減小．因電源電壓有效值保持不變，故UL＝U－UR，UL增大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．]含電感器的溝通電路的動(dòng)態(tài)分析(1)分析電路中各元件的串、并聯(lián)關(guān)系．(2)明確溝通電源頻率的改變狀況．(3)依據(jù)電感器中線圈匝數(shù)、形態(tài)、橫截面積、長(zhǎng)短和是否插入鐵芯，推斷自感系數(shù)的狀況．(4)推斷感抗的改變狀況．(5)確定含電感器支路電流、電壓的改變狀況．訓(xùn)練角度1：對(duì)扼流圈的相識(shí)1．(多選)關(guān)于電子技術(shù)中的扼流圈，下列說法正確的是()A．扼流圈是利用電感線圈對(duì)溝通電的阻礙作用來工作的B．高頻扼流圈的作用是允許低頻溝通通過，而阻礙高頻溝通通過C．低頻扼流圈的作用是不僅要阻礙高頻溝通通過，還要阻礙低頻溝通通過D．高頻扼流圈的電感比低頻扼流圈的電感大ABC[扼流圈是利用改變的電流通過線圈時(shí)，感應(yīng)出自感電動(dòng)勢(shì)，從而來阻礙電流的改變，故A正確．高頻扼流圈是“通低頻，阻高頻”，故B正確；低頻扼流圈是“阻高頻，阻低頻，通直流”，故C正確；高頻扼流圈比低頻扼流圈自感系數(shù)小，故D錯(cuò)誤．]訓(xùn)練角度2：電感器對(duì)直流與溝通的作用對(duì)比2．(多選)如圖所示試驗(yàn)電路中，若直流電壓和交變電壓的有效值相等，S為雙刀雙擲開關(guān)，下面敘述正確的是()A．當(dāng)S擲向a、b時(shí)燈較亮，擲向c、d時(shí)燈較暗B．當(dāng)S擲向a、b時(shí)燈較暗，擲向c、d時(shí)燈較亮C．S擲向c、d，把電感線圈中的鐵芯抽出時(shí)燈變亮D．S擲向c、d，電源電壓不變，而使頻率減小時(shí)，燈變暗A(chǔ)C[線圈對(duì)直流無感抗，對(duì)交變電流有感抗，當(dāng)溝通電頻率減小時(shí)，感抗變小，燈變亮，并且是有鐵芯時(shí)感抗更大，故鐵芯抽出時(shí)燈變亮．],對(duì)容抗的理解1.交變電流是怎樣通過電容器的電容器兩極板之間是相互絕緣的，不論是恒定電流還是交變電流，自由電荷都不能通過兩極板之間的絕緣體(電介質(zhì))，通常所說的交變電流“通過”電容器，并不是自由電荷穿過了電容器，而是在溝通電壓作用下，當(dāng)電壓上升時(shí)電容器充電，電容器極板上的電荷量增加，形成充電電流，如圖甲所示；當(dāng)電壓降低時(shí)，電容器放電，電容器極板上的電荷量削減，形成放電電流，如圖乙所示．由于電容器反復(fù)不斷地充電、放電，使電路中有持續(xù)的交變電流．甲乙2．對(duì)容抗及“阻礙”作用的理解(1)對(duì)容抗的理解：容抗是表示電容器對(duì)交變電流阻礙作用大小的物理量．容抗的大小與自身的電容量、交變電流的頻率有關(guān)，可用XC＝eq\f(1,2πfC)來表示，單位是歐姆．此公式雖然不要求駕馭，但可以用來定性地分析問題，當(dāng)交變電流的頻率增加時(shí)，容抗減?。?2)電容器對(duì)交變電流的阻礙作用：對(duì)導(dǎo)線中形成電流的自由電荷來說，當(dāng)電源的電壓推動(dòng)它們向某一方向做定向移動(dòng)的時(shí)候，電容器兩極板上積累的電荷卻抗拒它們向這個(gè)方向做定向移動(dòng)，這就產(chǎn)生了對(duì)交變電流的阻礙作用．(3)“阻礙”作用可概括為：“隔直流、通溝通”，“通高頻、阻低頻”．3．電容器的作用(1)隔直電容器，如圖甲所示，作用是“通溝通、隔直流”，因?yàn)橹绷鞑荒芡ㄟ^電容器，溝通能“通過”電容器．起這樣作用的電容器電容要大些．甲(2)高頻旁路電容器，如圖乙所示，作用是“通高頻、阻低頻”，因?yàn)閷?duì)不同頻率的溝通電，頻率越高，容抗越小，頻率越低，容抗越大，即電容對(duì)低頻交變電流阻礙作用大，對(duì)高頻交變電流阻礙作用小，起這樣作用的電容器電容要小些．乙4．電阻、感抗、容抗的區(qū)分電阻感抗容抗產(chǎn)生的緣由定向移動(dòng)的自由電荷與不動(dòng)的離子間的碰撞由于電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的改變電容器兩極板上積累的電荷對(duì)向這個(gè)方向定向移動(dòng)的電荷的抗拒作用在電路中的特點(diǎn)對(duì)直流、溝通均有阻礙作用對(duì)溝通有阻礙作用對(duì)直流的阻礙作用無限大，對(duì)溝通的阻礙作用隨頻率的降低而增大確定因素由導(dǎo)體本身(長(zhǎng)短、粗細(xì)、材料)確定，與溫度有關(guān)由線圈本身的自感系數(shù)和溝通電的頻率f確定由電容的大小和溝通電的頻率f確定電能的轉(zhuǎn)化與做功電流通過電阻做功，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電能和磁場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化【例2】(多選)如圖所示，接在溝通電源上的燈泡正常發(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．增大電容器兩板間的距離，燈泡變亮C．減小電容器兩板間的正對(duì)面積，燈泡變暗D．使交變電流頻率減小，燈泡變暗思路點(diǎn)撥：①交變電流可以“通過”電容器，使燈泡發(fā)光．②電容器的容抗大小與電容器的電容、交變電流的頻率成反比．③電容器的容抗越大，燈泡越暗．ACD[電容器的電容與介電常數(shù)成正比，與正對(duì)面積成正比，與兩板間距離成反比．而容抗與電容成反比，與頻率成反比．把電介質(zhì)插入電容器，電容變大，容抗減小，燈泡變亮，A正確；電容器兩板間距離增大，電容減小，容抗增大，燈泡變暗，B錯(cuò)誤；減小電容器兩極板正對(duì)面積，電容減小，容抗增大，燈泡變暗，C正確；溝通電的頻率減小，容抗增大，燈泡變暗，D正確．]含電容器的溝通電路的動(dòng)態(tài)分析(1)分析電路中各元件的串、并聯(lián)關(guān)系．(2)明確溝通電源頻率的改變狀況．(3)依據(jù)C＝eq\f(εS,4πkd)推斷電容的改變狀況．(4)推斷容抗的改變狀況．(5)確定含電容器支路電流、電壓的改變狀況．訓(xùn)練角度1：對(duì)容抗相關(guān)因素的相識(shí)3．如圖所示，電路由正弦溝通電源供電，最大電壓保持不變，假如交變電流的頻率上升，則下列說法正確的是()A．電容器上的電荷量最大值增大B．電容器的容抗增大C．電路中燈泡的亮度變亮D．電路中燈泡的亮度變暗C[當(dāng)交變電流的頻率上升時(shí)，電容器的容抗減小，燈泡的亮度變亮，燈泡兩端的電壓變大，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤；由Q＝CU可知，選項(xiàng)A錯(cuò)誤．]訓(xùn)練角度2：電容對(duì)溝通信號(hào)中低頻及高頻成分的作用4．(多選)如圖甲、乙兩圖是電子技術(shù)中的常用電路，a、b是各部分電路的輸入端，其中輸入的溝通高頻成分用“”表示，溝通低頻成分用“～”表示，直流成分用“－”表示。關(guān)于兩圖中負(fù)載電阻R上得到的電流特征是()甲乙A．圖甲中R得到的是溝通成分B．圖甲中R得到的是直流成分C．圖乙中R得到的是低頻成分D．圖乙中R得到的是高頻成分AC[當(dāng)交變電流加在電容器上時(shí)，有“通溝通、隔直流，通高頻、阻低頻”的特性，甲圖中電容器隔直流，R得到的是溝通成分，A正確，B錯(cuò)誤；乙圖中電容器通過溝通高頻成分，阻礙溝通低頻成分，R得到的是低頻成分，C正確，D錯(cuò)誤．]訓(xùn)練角度3：電阻、感抗、容抗的對(duì)比5.如圖所示，電路中完全相同的三只燈泡L1、L2、L3分別與電阻R、電感L、電容C串聯(lián)，然后再并聯(lián)到220V、50Hz的溝通電路上，三只燈泡亮度恰好相同．若保持交變電壓不變，將交變電流的頻率增大到60Hz，則發(fā)生的現(xiàn)象是()A．三燈亮度不變B．三燈均變亮C．L1不變、L2變亮、L3變暗D．L1不變、L2變暗、L3變亮D[當(dāng)交變電流的頻率變大時(shí)，線圈的感抗變大，電容器的容抗變小，因此L3變亮，L2變暗．又因?yàn)殡娮柙谥绷骱蜏贤娐分衅鹣嗤淖饔?，故L1亮度不變，所以選D.]課堂小結(jié)知識(shí)脈絡(luò)1.電感器對(duì)交變電流的阻礙作用的大小用感抗表示，感抗的大小與線圈的自感系數(shù)和溝通的頻率有關(guān)．2．低頻扼流圈可以“通直流，阻溝通”，而高頻扼流圈可以“通低頻、通直流，阻高頻”．3．交變電流可以通過電容器，電容器對(duì)溝通的阻礙作用可以用容抗表示，容抗的大小與電容和溝通的頻率有關(guān)．4．電容具有“隔直流、通溝通”、“阻低頻、通高頻”的作用.1．關(guān)于電感器對(duì)交變電流的影響的說法，正確的是()A．電感器對(duì)交變電流無阻礙作用B．電感器對(duì)交變電流阻礙作用的大小叫感抗C．電感器對(duì)某一頻率的交變電流的阻礙作用跟線圈的自感系數(shù)無關(guān)D．線圈的自感系數(shù)越小，交變電流的頻率越高，電感對(duì)交變電流的阻礙作用就越大B[電感對(duì)溝通電有影響，其阻礙作用的大小和線圈的自感系數(shù)L、溝通電的頻率f有關(guān)，L越大，f越高，阻礙作用越大，故選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤，B正確．]2．如圖所示，在電路兩端加上正弦溝通電，保持電壓有效值不變，使頻率增大，發(fā)覺各燈的亮暗狀況是：燈1變亮，燈2變暗，燈3不變，則M、N、L中所接元件可能是()A．M為電阻，N為電容器，L為電感線圈B．M為電感線圈，N為電容器，L為電阻C．M為電容器，N為電感線圈，L為電阻D．M為電阻，N為電感線圈，L為電容器C[本題的詳細(xì)解題流程如下：eq\x(\a\al(有效值不變，,頻率增大))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4