粵教版選修32 第二章 45 電感器對(duì)交變電流的作用 電容器對(duì)交變電流的作用 學(xué)案.docx

目標(biāo)定位1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解電容器、電感器對(duì)交變電流的阻礙，能夠分析簡(jiǎn)單電路中的電容器、電感器的作用2知道感抗、容抗，了解感抗、容抗與哪些因素有關(guān)一、電感器對(duì)交變電流的作用1實(shí)驗(yàn)探究：參考儀器：兩個(gè)規(guī)格完全相同的小燈泡，可拆變壓器，滑動(dòng)變阻器，雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，學(xué)生電源實(shí)驗(yàn)裝置的連接如圖1所示圖1實(shí)驗(yàn)1：從可拆變壓器中取出線(xiàn)圈接入電路，由于線(xiàn)圈的電感很小，可看作純電阻電路把開(kāi)關(guān)s先接到直流電源，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使兩個(gè)燈泡的亮度相同，然后再將開(kāi)關(guān)s接到交流電源，比較兩個(gè)燈泡的亮度(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：兩個(gè)燈泡的亮度基本相同(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：由于沒(méi)有鐵芯，線(xiàn)圈自感系數(shù)很小，當(dāng)線(xiàn)圈可看作純電阻時(shí)，它對(duì)交變電流的影響與等值的純電阻所產(chǎn)生的影響是完全一樣的實(shí)驗(yàn)2：將線(xiàn)圈套入可拆變壓器的u臂端，把開(kāi)關(guān)s接到直流電源，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使兩個(gè)燈泡的亮度相同，然后再將開(kāi)關(guān)s接到交流電源，比較兩個(gè)燈泡的亮度(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：燈泡l1明顯比燈泡l2暗(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：說(shuō)明電感線(xiàn)圈有通直流、阻交流的作用實(shí)驗(yàn)3：將可拆變壓器的條形鐵軛放上后，把開(kāi)關(guān)s接通直流電源，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使兩個(gè)燈泡的亮度相同，然后再將開(kāi)關(guān)s接通交流電源，比較兩個(gè)燈泡的亮度(1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：燈泡l2亮度不變，而燈泡l1微亮或不亮(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：說(shuō)明電感線(xiàn)圈的自感系數(shù)越大，感抗越大，對(duì)交變電流的阻礙作用越明顯2感抗：(1)定義：電感器對(duì)交變電流阻礙作用的大小(2)影響因素：線(xiàn)圈的自感系數(shù)越大，交流的頻率越高，感抗越大3低頻扼流圈和高頻扼流圈類(lèi)型區(qū)別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、阻交流通直流、通低頻、阻高頻深度思考電感器為什么對(duì)交變電流有阻礙作用？答案電感器的阻礙作用是由交變電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)的自感電動(dòng)勢(shì)引起的，自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，自感電動(dòng)勢(shì)越大，對(duì)電流的阻礙作用越大例1在如圖2所示的電路中，l為電感線(xiàn)圈，d為燈泡，電流表的內(nèi)阻為0，電壓表的內(nèi)阻無(wú)限大，交流電源的電壓為u220sin(100t)v.若保持電壓的有效值不變，只將電源的頻率改為100 hz，下列說(shuō)法中正確的是()圖2a電流表的示數(shù)增大b電壓表的示數(shù)增大c燈泡變暗d燈泡變亮答案bc解析由u220sin(100t)v，可得電源原來(lái)的頻率為f hz50 hz，當(dāng)電源的頻率由原來(lái)的50 hz增大為100 hz時(shí)，線(xiàn)圈的感抗增大，在電壓不變的情況下，電路中的電流減小，選項(xiàng)a錯(cuò)誤燈泡d的電阻是一定的，電流減小時(shí)，燈泡d實(shí)際消耗的電功率pi2r減小，燈泡d變暗，選項(xiàng)c正確，選項(xiàng)d錯(cuò)誤電壓表與電感線(xiàn)圈并聯(lián)，其示數(shù)為線(xiàn)圈兩端的電壓ul；設(shè)燈泡d兩端的電壓為ud，則電源電壓的有效值為uulud，因udir，故電流i減小時(shí)，ud減小，因電源電壓的有效值保持不變，故uluud增大，選項(xiàng)b正確線(xiàn)圈對(duì)交變電流感抗的大小不僅與線(xiàn)圈自身(自感系數(shù))有關(guān)，還與交變電流的頻率有關(guān).交流電的頻率越大，感抗越大.二、電容器對(duì)交變電流的作用1電容器僅讓交變電流通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究參考儀器：兩個(gè)規(guī)格完全相同的小燈泡，電容器，雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，學(xué)生電源實(shí)驗(yàn)裝置的連接如圖3所示圖3實(shí)驗(yàn)1：把開(kāi)關(guān)s接到直流電源上，觀察兩個(gè)燈泡的發(fā)光情況，這種現(xiàn)象說(shuō)明了什么？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：燈泡l2亮，燈泡l1不亮實(shí)驗(yàn)結(jié)論：說(shuō)明恒定電流不能(填“能”或“不能”)通過(guò)電容器實(shí)驗(yàn)2：把開(kāi)關(guān)s接到交流電源上，觀察兩個(gè)燈泡的發(fā)光情況，這種現(xiàn)象說(shuō)明了什么？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：兩個(gè)燈泡均能(填“能”或“不能”)發(fā)光實(shí)驗(yàn)結(jié)論：交變電流能夠“通過(guò)”電容器可見(jiàn)，電容器具有“隔直流、通交流”的特性2電容器對(duì)交變電流的作用實(shí)驗(yàn)探究參考儀器：三個(gè)規(guī)格完全相同的小燈泡，三個(gè)電容器c1、c2、c3(c1c2c3)，學(xué)生電源，開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置的連接如圖4所示圖4實(shí)驗(yàn)1：先將開(kāi)關(guān)s1和s2斷開(kāi)，接上交流電源，觀察燈泡l2和l3的發(fā)光情況，再閉合開(kāi)關(guān)s2，將電容器c3短接，觀察燈泡l3的發(fā)光變化情況，這種現(xiàn)象說(shuō)明了什么？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：先將開(kāi)關(guān)s1和s2斷開(kāi)，接上交流電源后，燈泡l2與燈泡l3一樣亮；再閉合開(kāi)關(guān)s2后，燈泡l3明顯要比燈泡l2亮實(shí)驗(yàn)結(jié)論：由于電容器c3被短路，電容器c2沒(méi)有被短路，說(shuō)明電容器對(duì)交變電流有阻礙作用實(shí)驗(yàn)2：閉合開(kāi)關(guān)s1和s2，接上交流電源，觀察三個(gè)燈泡的發(fā)光情況，這種現(xiàn)象說(shuō)明了什么？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：閉合開(kāi)關(guān)s1和s2，接上交流電源后，燈泡l3最亮，燈泡l1次之，燈泡l2最暗實(shí)驗(yàn)結(jié)論：燈泡l3最亮是由于電容器c3被短路說(shuō)明電容器對(duì)交變電流有阻礙作用；燈泡l1要比燈泡l2亮則是因?yàn)閏1c2，說(shuō)明電容越大，對(duì)交變電流的阻礙作用反而越小3容抗(1)定義：電容器對(duì)交變電流阻礙作用的大小(2)影響因素：電容器的電容越大，交流的頻率越高，容抗越小(3)作用：“通交流，隔直流；通高頻，阻低頻”4隔直電容器和高頻旁路電容器(1)隔直電容器：如圖5，在兩級(jí)電路之間串聯(lián)一個(gè)電容器，可使交流成分通過(guò)，而阻止直流成分通過(guò)圖5(2)高頻旁路電容器：如圖6，在下一級(jí)電路的輸入端并聯(lián)一個(gè)電容器，高頻成分就通過(guò)電容器，而使低頻成分輸入到下一級(jí)裝置圖6深度思考(1)交變電流為什么能“通過(guò)”電容器？(2)電容器為什么會(huì)對(duì)交變電流有阻礙作用？答案(1)把交流電源接到電容器兩個(gè)極板，電容器交替進(jìn)行充電和放電，于是電路中就有了電流，好像是交變電流“通過(guò)”了電容器，但實(shí)際自由電荷并沒(méi)有通過(guò)電容器兩極板間的絕緣介質(zhì)(2)對(duì)于在導(dǎo)線(xiàn)中形成電流的自由電子來(lái)說(shuō)，當(dāng)電源的電動(dòng)勢(shì)推動(dòng)它們向某一方向做定向運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容器兩極板上積聚的電荷就阻礙它們向這個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，這就產(chǎn)生了電容器對(duì)交變電流的阻礙作用例2如圖7所示，電路由交流電源供電，最大電壓保持不變，如果交變電流的頻率升高，則下列說(shuō)法中正確的是()圖7a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答案c解析當(dāng)交變電流的頻率升高時(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qcu可知，選項(xiàng)a錯(cuò)誤交變電流不同于直流，交變電流能“通過(guò)”電容器，所以燈泡會(huì)亮.交變電流的頻率改變，電容器的容抗改變，電容器兩端的電壓變化，燈泡兩端的電壓也隨著變化.例3如圖8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，其中輸入的交流高頻成分用“”表示，交流低頻成分用“”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()圖8a圖甲中r得到的是交流成分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得到的是高頻成分答案ac解析當(dāng)交變電流加在電容器上時(shí)，有“通交流，隔直流，通高頻、阻低頻”的特性，甲圖中電容器隔直流，r得到的是交流成分，a正確，b錯(cuò)誤；乙圖中電容器能通過(guò)交流高頻成分，阻礙交流低頻成分，r得到的是低頻成分，c正確，d錯(cuò)誤電容器對(duì)交流電的阻礙作用概括為“通交流、隔直流；通高頻，阻低頻”.三、電阻、感抗、容抗的作用及區(qū)別1容抗的大小除了與電容自身的性質(zhì)有關(guān)外，還與交變電流的頻率有關(guān)若用xc表示容抗，則xc.2感抗的大小除了與電感線(xiàn)圈自身的性質(zhì)有關(guān)外，還與交變電流的頻率有關(guān)，若用xl表示感抗，則xl2fl.3電阻無(wú)論對(duì)直流還是交流，阻礙作用相同，只取決于電阻本身例4如圖9所示，當(dāng)交流電源電壓恒為220 v，頻率為50 hz 時(shí)，三只燈泡a、b、d的亮度相同，若將交流電的頻率改為100 hz，則()圖9aa燈最暗bb燈最暗cd燈最暗d三只燈泡的亮度依然相同答案a解析當(dāng)交變電流的頻率增大時(shí)，線(xiàn)圈的感抗變大，電容器的容抗變小，所以a燈變暗，b燈變亮，d燈亮度不變，故a正確電感器、電容器對(duì)交變電流的阻礙作用與交變電流的頻率有關(guān)，而電阻對(duì)交變電流的阻礙作用和交變電流的頻率無(wú)關(guān).1(感抗及其應(yīng)用)(多選)如圖10所示的實(shí)驗(yàn)電路中，若交流電壓的有效值與直流電壓相等，s為雙刀雙擲開(kāi)關(guān)，下列敘述中正確的是()圖10a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cs擲向c、d，把電感線(xiàn)圈中的鐵芯抽出來(lái)時(shí)燈變亮ds擲向c、d，電源電壓不變，而使頻率減小時(shí)燈變暗答案ac解析線(xiàn)圈對(duì)恒定電流無(wú)感抗，對(duì)交變電流有感抗，并且有鐵芯時(shí)感抗變大故選項(xiàng)a、c正確2(容抗及其應(yīng)用)(多選)如圖11所示，接在交流電源上的燈泡正常發(fā)光，以下說(shuō)法正確的是()圖11a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，燈泡變亮答案ac解析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；電容器兩板間的距離增大，電容減小，容抗增大，燈泡變暗，b錯(cuò)誤；減小電容器兩板間的正對(duì)面積，電容減小，容抗增大，燈泡變暗，c正確；交流電的頻率減小，容抗增大，燈泡變暗，d錯(cuò)誤3(感抗、容抗的區(qū)別)在收音機(jī)線(xiàn)路中，經(jīng)天線(xiàn)接收下來(lái)的電信號(hào)既有高頻成分又有低頻成分，經(jīng)放大后送給下一級(jí)，需要把低頻成分和高頻成分分開(kāi)，只讓低頻成分輸入給下一級(jí)，我們采用了如圖12所示的裝置電路，其中代號(hào)a、b應(yīng)選擇的元件是()圖12aa是電容較大的電容器，b是低頻扼流圈ba是電容較大的電容器，b是高頻扼流圈ca是電容較小的電容器，b是低頻扼流圈da是電容較小的電容器，b是高頻扼流圈答案d解析a應(yīng)該將高頻成分旁路掉，所以應(yīng)該用電容較小的電容器；b應(yīng)該讓低頻成分通過(guò)，所以應(yīng)該用高頻扼流圈故選項(xiàng)d正確4(電阻、感抗、容抗的區(qū)別)如圖13所示，把電阻r、電感線(xiàn)圈l、電容器c并聯(lián)到一交流電源上，三個(gè)電流表的示數(shù)相同若保持電源電壓大小不變，而將頻率降低，則三個(gè)電流表的示數(shù)i1、i2、i3的關(guān)系是()圖13ai1i2i3bi1i2i3ci2i1i3di3i1i2答案c解析在交流電路中，當(dāng)頻率減小時(shí)，電阻對(duì)交流的阻礙作用不變，電感線(xiàn)圈對(duì)交流的阻礙作用(感抗)減小，電容器對(duì)交流的阻礙作用(容抗)增大所以r支路電流i1不變，l支路電流i2增大，c支路電流i3減小，選項(xiàng)c正確題組一感抗及其應(yīng)用1如圖1所示的電路中，正弦交流電源電壓的有效值為220 v，則關(guān)于交流電壓表的示數(shù)，以下說(shuō)法中正確的是()圖1a等于220 v b大于220 vc小于220 v d等于零答案c解析電感線(xiàn)圈對(duì)交變電流產(chǎn)生感抗，具有“通直流、阻交流，通低頻、阻高頻”的作用，故c正確2一個(gè)燈泡通過(guò)一個(gè)線(xiàn)圈與一交流電源相連接，如圖2所示一塊鐵插進(jìn)線(xiàn)圈之后，該燈將()圖2a變亮b變暗c沒(méi)有影響d無(wú)法判斷答案b解析插入鐵改變了電感的自感系數(shù)，自感系數(shù)增大，感抗增大，降落的電壓增大，燈泡上的電壓減小，所以燈變暗3如圖3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(kāi)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(kāi)關(guān)接在交流電源上時(shí)，燈泡的實(shí)際功率為p2，則()圖3ap1p2bp1p2cp1p2d不能比較答案b解析接在直流電源上，線(xiàn)圈對(duì)直流沒(méi)有阻礙作用，電能全部轉(zhuǎn)化為燈泡的內(nèi)能，而當(dāng)接至交流電源上時(shí)，線(xiàn)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，還有一部分電能轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能，故p1p2.題組二容抗及其應(yīng)用4(多選)對(duì)電容器能通交變電流的原因，下列說(shuō)法正確的是()a當(dāng)電容器接到交流電源上時(shí)，因?yàn)橛凶杂呻姾赏ㄟ^(guò)電容器，電路中才有交變電流b當(dāng)電容器接到交流電源上時(shí)，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中才有交變電流c在有電容器的交流電路中，沒(méi)有電荷定向移動(dòng)d在有電容器的交流電路中，沒(méi)有電荷通過(guò)電容器答案bd解析電容器實(shí)質(zhì)上是通過(guò)反復(fù)充、放電來(lái)實(shí)現(xiàn)通電的，并無(wú)電荷通過(guò)電容器5如圖4所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在交流電源的兩端，當(dāng)交流電的頻率增加時(shí)()圖4a電容器電容增加b電容器電容減小c燈變暗d燈變亮答案d解析由c可知，c與f無(wú)關(guān)，故c不變，a、b錯(cuò)誤交變電流的頻率增加，容抗變小，電流變大，故d正確6如圖5所示的電路，f為一交流發(fā)電機(jī)，c為平行板電容器，為使電流表的示數(shù)增加，可行的方法是()圖5a使發(fā)電機(jī)f的轉(zhuǎn)速增加b使發(fā)電機(jī)f的轉(zhuǎn)速減小c在平行板電容器間換用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)d使電容器兩極板間距離增大答案a解析當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，交變電流的頻率增大，電容器容抗減小，電流表的示數(shù)增大，a項(xiàng)正確，b項(xiàng)錯(cuò)誤；換用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)，電容c減小，增大兩極板間距離時(shí)，電容c也減小，容抗增大，對(duì)交變電流的阻礙作用增大，電流表的示數(shù)減小，c、d項(xiàng)錯(cuò)誤題組三電阻、感抗和容抗的區(qū)別7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，如圖所示電路中可行的是()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，若為高頻扼流圈也能得到低頻成分c圖既可得高頻成分也可得低頻成分d圖通過(guò)c1的是高、低頻成分都有，通過(guò)c2的旁路電容將高頻成分濾去，故只有d合適圖68(多選)如圖6所示的電路中，a、b、c三燈亮度相同，電源為220 v、50 hz的交流電源，以下敘述中正確的是()a改接220 v、100 hz的交流電源時(shí)，a燈變亮，b燈變暗，c燈亮度不變b改接220 v、100 hz的交流電源時(shí)，a燈變暗，b燈變亮，c燈變亮c改接220 v的直流電源時(shí)，a燈熄滅，b燈變亮，c燈亮度不變d改接220 v的直流電源時(shí)，a燈熄滅，b燈變亮，c燈變暗答案ac解析增加交流電源的頻率時(shí)，感抗增大，容抗減小，電阻的阻礙不變故a燈變亮，b燈變暗，c燈不變，故a正確，b錯(cuò)誤；改為直流電源時(shí)，電容斷路，a燈熄滅，電感l(wèi)無(wú)感抗，b燈更亮，電阻r阻礙不變，c燈亮度不變9如圖7所示，甲、乙是規(guī)格相同的燈泡，接線(xiàn)柱a、b接電壓為u的直流電源時(shí)，無(wú)論電源的正極與哪一個(gè)接線(xiàn)柱相連，甲燈均能正常發(fā)光，乙燈完全不亮當(dāng)a、b接電壓的有效值為u的交流電源時(shí)，甲燈發(fā)出微弱的光，乙燈能正常發(fā)光，則下列判斷正確的是()圖7a與甲燈串聯(lián)的元件x是電容器，與乙燈串聯(lián)的元件y是電感線(xiàn)圈b與甲燈串聯(lián)的元件x是電感線(xiàn)圈，與乙燈串聯(lián)的元件y是電容器c與甲燈串聯(lián)的元件x是二極管，與乙燈串聯(lián)的元件y是電容器d與甲燈串聯(lián)的元件x是電感線(xiàn)圈，與乙燈串聯(lián)的元件y是二極管