2．3　探究電阻電感和電容的作用

1、23探究電阻、電感和電容的作用學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道電阻器對(duì)交變電流的阻礙作用.2.理解電感對(duì)交變電流的阻礙作用，知道感抗與哪些因素有關(guān).3.掌握電容對(duì)交變電流的阻礙作用，知道容抗與哪些因素有關(guān)(重點(diǎn))4.掌握交變電流能“通過”電容器，理解阻抗感抗和容抗的實(shí)質(zhì)(重點(diǎn)、難點(diǎn))電 阻 器、 電 感 器 對(duì) 交 變 電 流 的 作 用1電阻對(duì)交流電的影響電阻器對(duì)直流和交變電流的影響是相同的2電感對(duì)交流電的影響電感既能讓直流電通過又能讓交變電流通過，但對(duì)交變電流有阻礙作用(1)線圈的自感系數(shù)越大，電感對(duì)交變電流的阻礙作用也越大(2)交變電流的頻率越高，電感對(duì)交變電流的阻礙作用也越大3感抗

2、(1)定義：電感器對(duì)交變電流所起的阻礙作用的大小，叫感抗(2)公式：XL2fL，單位：歐姆，國際代號(hào)：.(3)規(guī)律：遵循歐姆定律，表達(dá)形式：I.1電阻器對(duì)直流和交流都有阻礙作用，但對(duì)交流電阻礙作用更大(×)2電感器對(duì)交流電阻礙作用與頻率有關(guān)，頻率越高，阻礙作用越大()3電感器對(duì)恒定電流沒有阻礙作用(×)1電感器對(duì)交變電流的阻礙，與交變電流的頻率有關(guān)嗎？【提示】有關(guān)交變電流的頻率越高，電感器的阻礙作用就越大2電感對(duì)交變電流有阻礙作用，怎樣理解頻率越高，感抗越大？【提示】當(dāng)交變電流通過線圈時(shí)，線圈中就要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，而自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙電流的變化，這種阻礙作用與交變電流的頻率

3、有關(guān)，頻率越高，電流變化越快，磁通量變化率越大，自感電動(dòng)勢(shì)越大，阻礙作用越大如圖2­3­1所示，把線圈L與白熾燈串聯(lián)起來，先把它們接到直流電源上，再把它們接到交流電源上取直流電源的電壓與交流電壓的有效值相等圖2­3­1探討1：把開關(guān)接1、開關(guān)接2，待穩(wěn)定時(shí)兩白熾燈的亮度相同嗎？若不同，哪種情況亮些？【提示】不同，開關(guān)接1時(shí)亮些探討2：在開關(guān)接2的情況下，向線圈L中插入鐵芯，將會(huì)觀察到什么現(xiàn)象？【提示】白熾燈變暗1電感器對(duì)交變電流的阻礙作用是怎樣形成的：交變電流通過電感器時(shí)，由于電流時(shí)刻都在變化因此在線圈中就會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)而自感電動(dòng)勢(shì)總是阻礙原電流的變化

4、故電感器對(duì)交變電流會(huì)起阻礙作用2電感器對(duì)交變電流的阻礙作用的大?。鹤愿须妱?dòng)勢(shì)的大小與線圈的自感系數(shù)及電流變化的快慢有關(guān)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，對(duì)交變電流的阻礙作用就越大描述電感對(duì)交變電流的阻礙作用大小的物理量叫作感抗，用XL表示，且XL2fL.感抗的大小由線圈的自感系數(shù)L和交變電流的頻率f共同決定3電感線圈在電路中的應(yīng)用(1)低頻扼流圈構(gòu)造：閉合鐵心、繞在鐵心上的線圈特點(diǎn)：匝數(shù)多、自感系數(shù)L大、線圈電阻很小它對(duì)低頻交流會(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是“通直流，阻交流”(2)高頻扼流圈構(gòu)造：它的線圈有的是繞在圓柱形的鐵氧體芯上或

5、空心特點(diǎn)：匝數(shù)少，自感系數(shù)L小它只對(duì)頻率很高的交流電產(chǎn)生很大的阻礙作用，而對(duì)低頻交流電的阻礙作用較小故高頻扼流圈的作用是“通低頻、阻高頻”1交變電流通過一段長直導(dǎo)線時(shí)，電流為I，如果把這根長直導(dǎo)線繞成線圈，接入原電路，通過線圈的電流為I，則()AIIBIICII D無法比較【解析】長直導(dǎo)線的自感系數(shù)很小，其對(duì)交變電流的阻礙作用可以看做是純電阻，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)交變電流的阻礙作用不僅有電阻，而且有線圈的阻礙作用(感抗)，阻礙作用增大，電流減小，即II，故B對(duì)【答案】B2(多選)如圖2­3­2所示電路中，L

6、為電感線圈，R為燈泡，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無限大，交流電源的電壓u220sin 100t V，若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為100 Hz，下列說法正確的是()圖2­3­2A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【解析】由u220sin 100t V可得電源原來的頻率為f Hz50 Hz.當(dāng)電源頻率由原來的50 Hz增為100 Hz時(shí)，線圈的感抗增大；線圈兩端電壓有效值增大，電壓表示數(shù)增大，故選項(xiàng)B正確；在總電壓的有效值不變的情況下，電路中的電流減少，選項(xiàng)A錯(cuò)燈泡的電阻R是一定的，電流減小時(shí)，實(shí)際消耗的電功率減小，燈泡變暗，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)【答

7、案】BC3(多選)如圖2­3­3所示實(shí)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)，下面哪些敘述正確()圖2­3­3A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，把電感線圈中的鐵芯抽出來時(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【解析】線圈對(duì)恒定電流無感抗，對(duì)交變電流有感抗，當(dāng)交流電頻率減小時(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【答案】AC對(duì)電感器的認(rèn)識(shí)感抗隨交變電流頻率的增大而增大，自感系數(shù)越大，感抗也越大，而感抗在電路中所起作用與電阻

8、的阻礙作用相同電 容 器 對(duì) 交 變 電 流 的 作 用1電容對(duì)交流電的影響電容器不能讓直流“通過”但能讓交變電流“通過”，但對(duì)交變電流有阻礙作用(1)電容器的電容越大，阻礙作用越小(2)交流電的頻率越高，阻礙作用越小2容抗(1)定義：電容器對(duì)交變電流所起阻礙作用的大小，叫容抗(2)公式：XC，單位：歐姆，國際代號(hào)：.(3)規(guī)律：遵循歐姆定律，表達(dá)形式：I.1電容器兩極板間是絕緣的，因而任何情況下電容支路上都沒有電流通過(×)2電阻、電感、電容對(duì)交流電的阻礙本質(zhì)是不同的()3電容器交替進(jìn)行充放電，電路中就有電流“通過”了電容器()1直流電路和交流電路中影響電壓和電流關(guān)系的因素一樣嗎？

9、【提示】不完全一樣直流電路中影響電壓和電流關(guān)系的是電阻；而交流電路中影響電壓和電流關(guān)系的不僅有電阻，還有線圈的感抗與電容器的容抗，它們對(duì)交變電流表現(xiàn)出不同的行為，存在著不同的作用有著本質(zhì)的區(qū)別2交變電流是真的通過了電容器嗎？【提示】不是交變電流反復(fù)給電容器充電、放電，在電容器的充、放電過程中，形成了充電電流和放電電流，可以對(duì)外做功，如使燈泡發(fā)光，好象是交變電流“通過”了電容器實(shí)質(zhì)上沒有通過如圖2­3­4所示，白熾燈L與電容器C串聯(lián)后接在A、B兩點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)再連接在電壓為U的直流或交流電源上圖2­3­4探討1：在A、B兩點(diǎn)連在直流電源和交流電源上，白熾燈

10、L的發(fā)光情況如何？【提示】在A、B兩點(diǎn)連在直流電源上時(shí)，白熾燈L不發(fā)光，連在交流電源上時(shí)，白熾燈L發(fā)光探討2：增大交變電流的頻率，白熾燈的亮度如何變化？【提示】白熾燈L變亮1交變電流能“通過”電容器的實(shí)質(zhì)電容器的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，而是在交流電源作用下，當(dāng)電壓升高時(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2­3­5甲；當(dāng)電壓降低時(shí)電容器放電，電容器極板上的電荷量減少，形成放電電流，如圖2­3­5乙由于電容器反

11、復(fù)不斷地充電和放電，使電路中有持續(xù)的交變電流甲：充電乙：放電圖2­3­52電容器對(duì)交變電流產(chǎn)生阻礙作用的實(shí)質(zhì)(1)在電容器充電與放電過程中，電容器兩極間形成跟原電壓相反的電壓，這就對(duì)電流產(chǎn)生了阻礙作用，即容抗XC.(2)電容越大，在同樣電壓下電容器聚集的電荷就越多，因此容抗就越小；交變電流的頻率越高，充電和放電就進(jìn)行得越快，因此容抗就越小電容器的容抗XC跟它的電容C和交變電流頻率f間關(guān)系：XC.3電阻、感抗、容抗的區(qū)別電阻感抗容抗產(chǎn)生的原因定向移動(dòng)的自由電荷與不動(dòng)的離子間的碰撞電感器的自感現(xiàn)象阻礙電流的變化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)的電荷的反抗作用在電路中

12、特點(diǎn)對(duì)直流、交流均有阻礙作用通直流、阻交流、通低頻、阻高頻通交流、隔直流、通高頻、阻低頻決定因素由導(dǎo)體本身(長短、粗細(xì)、材料)決定，與溫度有關(guān)由電感器本身的自感系數(shù)和交流電的頻率決定由電容的大小和交流電的頻率決定電能的轉(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)化電流的能與電場(chǎng)的能往復(fù)轉(zhuǎn)化4兩個(gè)相同的燈泡L1和L2，分別與兩個(gè)相同的電容器C1和C2連接，如圖2­3­6所示圖中甲電路兩端加恒定電壓U1，乙電路兩端加最大值為1.2U1的正弦交變電壓U2，則此兩燈的發(fā)光情況是()甲乙圖2­3­6AL1燈比L2燈亮BL1燈發(fā)光，L2燈不發(fā)光CL1

13、燈不發(fā)光，L2燈發(fā)光D兩燈亮度相同【解析】電容器通交流、隔直流，所以L1燈不發(fā)光【答案】C5(多選)如圖2­3­7所示，當(dāng)交流電源的電壓(有效值)U220 V，頻率f50 Hz時(shí)，3只燈L1、L2、L3的亮度相同(L無直流電阻)，若將交流電源的頻率變?yōu)閒100 Hz，則()圖2­3­7AL1燈比原來亮BL2燈比原來亮CL3燈和原來一樣亮DL3燈比原來亮【解析】電容的容抗與交流電的頻率有關(guān)，頻率越高，容抗越小，即對(duì)高頻交流電的阻礙作用小，所以A項(xiàng)對(duì)；電感線圈對(duì)交流電的阻礙作用隨頻率升高而增加，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)誤【答案】AC6如圖2­3­8所示的電路，F(xiàn)為一交流發(fā)電機(jī)，C為平行板電容器，為使電流表A的示數(shù)增加，可行的辦法是()圖2­3­8A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【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，容抗減小，電流表A的讀數(shù)增大，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；在平行板電容器間換用介電