XX省專用學(xué)年高中物理第五章交變電流第節(jié)電感和電容對交變電流影響講義含解析新人教選修

XX省專用學(xué)年高中物理第五章交變電流第節(jié)電感和電容對交變電流的影響講義含分析新人教版選修XX省專用學(xué)年高中物理第五章交變電流第節(jié)電感和電容對交變電流的影響講義含分析新人教版選修PAGEXX省專用學(xué)年高中物理第五章交變電流第節(jié)電感和電容對交變電流的影響講義含分析新人教版選修第3節(jié)電感和電容對交變電流的影響1．電感器對交變電流的阻截作用的大小用感抗表示，感抗的大小與線圈的自感系數(shù)和溝通的頻次相關(guān)。2．低頻扼流圈可以“通直流，阻溝通”，而高頻扼流圈可以“通直流、通低頻，阻高頻”。3．交變電流可以經(jīng)過電容器，電容器對溝通的阻截作用可以用容抗表示，容抗的大小與電容和溝通的頻次相關(guān)。4．電容擁有“隔直流、通溝通”、“阻低頻、通高頻”的作用。一、電感器對交變電流的阻截作用1．實(shí)驗(yàn)研究2．感抗(1)物理意義：表示電感器對電流的阻截作用的大小。(2)影響感抗大小的要素：線圈的自感系數(shù)，溝通的頻次。線圈的自感系數(shù)越大，溝通的頻次越高，感抗越大。3．感抗的應(yīng)用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、電容器對交變電流的阻截作用1．交變電流可以經(jīng)過電容器(1)實(shí)驗(yàn)電路(以以下圖)(2)實(shí)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)實(shí)驗(yàn)結(jié)論交變電流可以經(jīng)過電容器，直流不可以經(jīng)過電容器。2．電容器對交變電流的阻截作用(1)容抗：表示電容器對交變電流阻截作用的大小。(2)影響容抗大小的要素：電容器的電容越大，交變電流的頻次越高，容抗越小。(3)應(yīng)用：電容器擁有“隔直流，通溝通”的作用。1．自主思慮——判一判(1)電感線圈對交變電流有阻截作用。(√)(2)低頻扼流圈只好阻截低頻交變電流，不可以阻截高頻交變電流。(×)(3)電感線圈中通入交變電流后，交變電流的瞬市價(jià)為0的剎時(shí)，線圈仍舊對交變電流有阻截作用。(√)(4)直流電不可以經(jīng)過電容器。(√)(5)交變電流“經(jīng)過”電容器的實(shí)質(zhì)是電容器不停充電放電，其實(shí)不是真實(shí)流過電容器。(√)(6)交變電流的電流值越大，越簡單經(jīng)過電容器，與交變電流的頻次沒關(guān)。(×)2．合作研究——議一議(1)為何電感器對交變電流有阻截作用？提示：交變電流經(jīng)過線圈(電感器)時(shí)，電流時(shí)辰在變化，因?yàn)榫€圈的自感現(xiàn)象，必定產(chǎn)生感覺電動(dòng)勢阻截電流的變化，就形成了電感器對交變電流的阻截作用。(2)電容器兩極板之間是絕緣介質(zhì)，它間隔導(dǎo)體中自由電子的經(jīng)過，為何交變電流能經(jīng)過電容器呢？提示：電流是由電荷的定向挪動(dòng)形成的，把溝通電源接到電容器的兩個(gè)極板上后，當(dāng)電源電壓高升時(shí)，電源給電容器充電，電荷向電容器極板上齊集，在電路中形成充電電流；當(dāng)電源電壓降低時(shí)，電容器放電，本來齊集在極板上的電荷又放出，在電路中形成放電電流。電容器交替地進(jìn)行充電和放電，電路中就形成了電流，憂如是溝通“經(jīng)過”了電容器(實(shí)質(zhì)上自由電荷并無經(jīng)過電容器兩極板間的絕緣介質(zhì))。(3)電容器對交變電流為何有阻截作用？提示：因?yàn)橥N電荷互相排擠，當(dāng)電容器充電時(shí)，已經(jīng)抵達(dá)電容器極板上的電荷對今后流向極板的電荷有阻截作用，所以電容器對交變電流有阻截作用。對感抗的認(rèn)識1．線圈對交變電流的阻截作用的原由交變電流經(jīng)過線圈時(shí)，因?yàn)殡娏鞯淖兓瞧鸾?jīng)過線圈的磁通量發(fā)生變化，在線圈中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢而阻截電流的變化，也就阻截了交變電流的經(jīng)過形成感抗。2．影響感抗大小的要素(1)交變電流的頻次。交變電流的頻次大時(shí)，交變電流變化得快，磁場變化得就快，經(jīng)過線圈的磁通量變化率就大，自感電動(dòng)勢就大，進(jìn)而阻截磁通量的變化的能力也大，也就是阻截交變電流的經(jīng)過的作用就大，則感抗也就大。(2)線圈的自感系數(shù)。線圈的自感系數(shù)大時(shí)，相同的交變電流和磁通量的變化率，產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢大，也就是阻截交變電流經(jīng)過的作用就大，則感抗也就大。3．感抗大小分析思路eq\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(\x(自感系數(shù)L),\x(\a\al(交變電流,的頻次))→\x(\a\al(電流的變,化快慢))→\x(\f(ΔΦ,Δt))))eq\x(E＝L\f(ΔΦ,Δt))→eq\x(感抗)1．溝通電經(jīng)過一段長直導(dǎo)線時(shí)電流為I，假如把這根長直導(dǎo)線繞成線圈，再接入原電路，則經(jīng)過線圈的電流I′與原電流I比較()A．I′>IB．I′<IC．I′＝ID．沒法比較分析：選B流經(jīng)長直導(dǎo)線的交變電流只遇到導(dǎo)線電阻的阻截作用。當(dāng)把這根長直導(dǎo)線繞成線圈后，對交變電流不只有電阻，并且還有感抗，阻截作用增大，電流減小。應(yīng)選B。2.以以下圖，溝通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)質(zhì)功率為P1，而將雙刀雙擲開關(guān)接到溝通電源上時(shí)，燈泡的實(shí)質(zhì)功率為P2，則()A．P1＝P2B．P1>P2C．P1<P2D．不可以比較分析：選B接在直流電源上，線圈對直流沒有阻截作用，這時(shí)經(jīng)過燈泡的電流大，功率大；而當(dāng)雙刀雙擲開關(guān)接在溝通電源上時(shí)，線圈對溝通有阻截作用，這時(shí)經(jīng)過燈泡的電流小，功率小。所以，P1>P2，B正確。3．[多項(xiàng)選擇]在以以下圖的電路中，L為電感線圈，R為燈泡的電阻，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無量大，溝通電源的電壓u＝220eq\r(2)sin100πt(V)。若保持電源電壓有效值不變，只將電源頻次改為100Hz，以下說法正確的有()A．電流表示數(shù)增大B．電壓表示數(shù)增大C．燈泡變暗D．燈泡變亮分析：選BC由u＝220eq\r(2)sin100πt(V)，可得電源本來的頻次為f＝eq\f(ω,2π)＝eq\f(100π,2π)Hz＝50Hz。當(dāng)電源頻次由本來的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錯(cuò)誤。燈泡的電阻R是必定的，電流減小時(shí)，實(shí)質(zhì)耗費(fèi)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)為線圈兩頭的電壓UL；設(shè)燈泡兩頭電壓為UR，則電源電壓的有效值為U＝UL＋UR，因UR＝IR，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)增大，選項(xiàng)B正確。電容器通交變電流又有阻截作用的分析1．交變電流“經(jīng)過”電容器的分析電容器兩極板間是絕緣資料，當(dāng)電容器接到溝通電源上時(shí)，自由電荷不會(huì)經(jīng)過兩極板間的絕緣電介質(zhì)，只可是在交變電壓的作用下，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中就有電流了，表現(xiàn)為交變電流“經(jīng)過”了電容器。2．電容器對電流有阻截作用的原由電容器充電的過程中，電容器兩極板上齊集著等量異種電荷，進(jìn)而在兩極板間存在著電場，此電場的電場力阻截著電荷的充電和放電，其表現(xiàn)就是電容器在交變電流“經(jīng)過”中的阻截作用。3．電阻、感抗、容抗的比較電阻感抗容抗產(chǎn)生原由定向挪動(dòng)的自由電荷與不動(dòng)的離子間的碰撞因?yàn)殡姼芯€圈的自感現(xiàn)象阻截電流的變化電容器兩極板上累積的電荷對向這個(gè)方向定向挪動(dòng)的電荷的抗?fàn)幾饔迷陔娐分刑厣珜χ绷?、溝通均有阻截作用阻溝通通直流阻高頻通低頻隔直流通溝通阻低頻通高頻決定要素由導(dǎo)體自己(長短、粗細(xì)、資料)決定，與溫度相關(guān)由線圈自己的自感系數(shù)和溝通電的頻次f決定由電容的大小和溝通電的頻次f決定電能的轉(zhuǎn)變電能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能電能和磁場能來往轉(zhuǎn)變電能與電場能來往轉(zhuǎn)變[典例]以以下圖的電路中，溝通電的有效值不變，假如溝通電的頻次增大，三盞電燈的亮度將怎樣改變？為何？[分析]當(dāng)交變電流的頻次增大時(shí)，線圈對交變電流的阻截作用增大，經(jīng)過燈泡L1的電流將減小，所以燈泡L1的亮度將變暗；而電容器對交變電流的阻截作用隨交變電流頻次的增大而減小，即流過燈泡L2的電流增大，所以燈泡L2的亮度將變亮；因?yàn)殡娮璧拇笮∨c交變電流的頻次沒關(guān)，流過燈泡L3的電流不變，所以其亮度不變。[答案]看法析(1)電阻的大小與交變電流的頻次沒關(guān)。(2)感抗的大小隨交變電流頻次的增大而增大。(3)容抗的大小隨交變電流頻次的增大而減小。1.以以下圖，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在溝通電源的兩頭，當(dāng)溝通電源的頻次增添時(shí)()A．電容器電容增大B．電容器電容減小C．電燈變暗D．電燈變亮分析：選D電容器的電容是由電容器自己的特色所決定的，與外加的溝通電源的頻次沒關(guān)，應(yīng)選項(xiàng)A和B是錯(cuò)誤的。當(dāng)溝通電源的頻次增大時(shí)，電容器充、放電的過程加速，電容器的容抗減小，電流增大，電燈變亮，應(yīng)選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。2.[多項(xiàng)選擇]在頻次為f的交變電流電路中，以以下圖，當(dāng)開關(guān)S挨次分別接通R、C、L支路，這時(shí)經(jīng)過各支路的電流有效值相等。若將交變電流的頻次提升到2f，保持其余條件不變，則以下幾種狀況可能的是()A．經(jīng)過R的電流有效值不變B．經(jīng)過C的電流有效值變大C．經(jīng)過L的電流有效值減小D．經(jīng)過R、C、L的電流有效值都不變分析：選ABC電阻對交變電流的阻截作用即電阻大小，與電流的頻次沒關(guān)，所以經(jīng)過電阻的電流有效值不變，A對；電感對交變電流的阻截作用即感抗隨交變電流頻次變大而變大，經(jīng)過L的電流有效值減小，C對；電容的容抗隨交變電流頻次變大而變小，經(jīng)過C的電流有效值變大，B對，D錯(cuò)。3.以以下圖，三個(gè)燈泡相同，并且足夠耐壓，電源內(nèi)阻忽視。單刀雙擲開關(guān)S接A時(shí)，三個(gè)燈亮度相同，那么S接B時(shí)()A．三個(gè)燈亮度相同B．甲燈最亮，丙燈不亮C．甲燈和乙燈亮度相同，丙燈不亮D．只有丙燈不亮，乙燈最亮分析：選D開關(guān)S接A時(shí)，甲、乙、丙三個(gè)支路均有溝通電經(jīng)過。開關(guān)S接B時(shí)，電路處于直流工作狀態(tài)，電容器C“隔直流、通溝通”；電感線圈L“阻溝通、通直流”；R對溝通和直流有相同的阻抗?？膳袛啻藭r(shí)電路中I丙＝0，I甲不變，I乙增大；又因?yàn)闊襞萘炼扰c電功率(P＝I2R)成正比，所以只有丙燈不亮，乙燈最亮。電感和電容的綜合應(yīng)用[典例]以以下圖，線圈的自感系數(shù)L和電容器的電容C都很小(如L＝1mH，C＝200pF)，此電路的重要作用是()A．阻直流通溝通，輸出溝通B．阻溝通通直流，輸出直流C．阻低頻通高頻，輸出高頻溝通D．阻高頻通低頻，輸出低頻溝通和直流[思路點(diǎn)撥]解答此題時(shí)，應(yīng)掌握以下兩點(diǎn)：(1)弄清楚電路中包括哪些元件及電路的連結(jié)方式；(2)明確電感器、電容器對交變電流的阻截作用的特色。[分析]因線圈自感系數(shù)L很小，所以對低頻成分的阻截作用很小，這樣直流和低頻成分能順利經(jīng)過線圈，電容器并聯(lián)在電路中，起旁路作用，因電容C很小，對低頻成分的阻截作用很大，而對部分經(jīng)過線圈的高頻成分阻截作用很小，被它旁路，最后輸出的是低頻溝通和直流。[答案]D電感和電容的組合應(yīng)用連結(jié)方式作用可以更好地濾掉電流中的溝通成分或高頻成分可以更好地濾掉電流中的直流成分和低頻成分1．在收音機(jī)線路中，天線接收下來的電信號既有高頻成分又有低頻成分，經(jīng)放大后送給下一級，需要把低頻成分和高頻成分分開，只讓低頻成分輸入給下一級，我們采納了如圖裝置電路，此中代號a、b應(yīng)選擇的元件是()A．a(chǎn)是電容較大的電容器，b是低頻扼流線圈B．a(chǎn)是電容較大的電容器，b是高頻扼流線圈C．a(chǎn)是電容較小的電容器，b是高頻扼流線圈D．a(chǎn)是電容較小的電容器，b是低頻扼流線圈分析：選C電容器擁有“通高頻、阻低頻”作用，這樣的電容器電容應(yīng)較小，故a處接電容較小的電容器。電感線圈在該電路中要求做“通低頻、阻高頻”，所以b處應(yīng)接一個(gè)高頻扼流線圈。2.[多項(xiàng)選擇](2017·江蘇高考)某音響電路的簡化電路圖以以下圖，輸入信號既有高頻成分，也有低頻成分，則()A．電感L1的作用是通高頻B．電容C2的作用是通高頻C．揚(yáng)聲器甲用于輸出高頻成分D．揚(yáng)聲器乙用于輸出高頻成分分析：選BD電感線圈有通低頻、阻高頻的作用，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤；電容器有通高頻、阻低頻的作用，所以B項(xiàng)正確；由此可以判斷，揚(yáng)聲器甲主要用于輸出低頻成分，揚(yáng)聲器乙用于輸出高頻成分，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。1.一個(gè)燈泡經(jīng)過一個(gè)粗導(dǎo)線的線圈與一溝通電源相連結(jié)，以以下圖。一鐵芯插進(jìn)線圈今后，該燈將()A．變亮B．變暗C．對燈沒影響D．沒法判斷分析：選B加入鐵芯改變了電感線圈的自感系數(shù)，自感系數(shù)增大，感抗增大，下降的電壓增大，下降在燈上的電壓減小，所以燈變暗。2.以以下圖的電路，F(xiàn)為一溝通發(fā)電機(jī)，C為平行板電容器，為使電流表A的示數(shù)增添，可行的方法是()A．使發(fā)電機(jī)F的轉(zhuǎn)速增添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．使電容器兩極板間的距離增大分析：選A當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速增添時(shí)，交變電流的頻次增大，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常數(shù)較小的電介質(zhì)時(shí)，電容器的電容減小，使電容器兩極板間距離增大時(shí)電容也減小，當(dāng)電容減小時(shí)，容抗增大，對交變電流的阻截作用增大，電流表A示數(shù)減小，C、D兩項(xiàng)均錯(cuò)誤。3．以下對于電阻、電感器、電容器對電流作用的說法正確的選項(xiàng)是()A．電阻對直流電和溝通電都有阻截作用B．電感器對溝通電沒有阻截作用C．電容器對直流電沒有阻截作用D．電容器兩極板間呈斷路，所以串聯(lián)著電容器的電路不可以經(jīng)過交變電流分析：選A電阻對直流電和溝通電均有阻截作用，故A正確。電感器有“通直流，阻溝通”的作用，電容器有“通溝通，阻直流”的作用，故B、C、D錯(cuò)誤。4．[多項(xiàng)選擇]對電容器能經(jīng)過交變電流的原由，以下說法中正確的選項(xiàng)是()A．當(dāng)電容器接到溝通電源上時(shí)，因?yàn)橛凶杂呻姾山?jīng)過電容器，電路中才有交變電流B．當(dāng)電容器接到溝通電源上時(shí)，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中才有交變電流C．在有電容器的溝通電路中，沒有電荷定向挪動(dòng)D．在有電容器的溝通電路中，沒有電荷經(jīng)過電容器分析：選BD直流電不可以經(jīng)過電容器，將電容器接在溝通電路中，因?yàn)殡娙萜魃想妷焊淖?，電容器充放電交替進(jìn)行，在電路上形成了電流，相當(dāng)于交變電流“經(jīng)過”了電容器。電容器通電實(shí)質(zhì)是頻頻充放電來實(shí)現(xiàn)通電的，實(shí)質(zhì)并無電荷經(jīng)過電容器。5.[多項(xiàng)選擇]以以下圖，變頻交變電源的頻次可在20Hz到20kHz之間調(diào)理，在某一頻次時(shí)，A1、A2兩只燈泡的火熱程度相同，則以下說法中正確的選項(xiàng)是()A．假如將頻次增大，A1火熱程度減弱、A2火熱程度增強(qiáng)B．假如將頻次增大，A1火熱程度增強(qiáng)、A2火熱程度減弱C．假如將頻次減小，A1火熱程度減弱、A2火熱程度增強(qiáng)D．假如將頻次減小，A1火熱程度增強(qiáng)、A2火熱程度減弱分析：選BC兩個(gè)支路的電壓相同，當(dāng)交變電流的頻次變大時(shí)，電感的感抗增大，電容的容抗減小，所以A1火熱程度增強(qiáng)，A2火熱程度減弱，A錯(cuò)誤，B正確；同理，可以分析當(dāng)交變電流的頻次減小時(shí)，電感的感抗減小，電容的容抗增添，A1火熱程度減弱，A2火熱程度增強(qiáng)，C正確，D錯(cuò)誤。6.在電子技術(shù)中，從某一裝置輸出的電流既有高頻成分又有低頻成分，假如需把高頻、低頻成分分開，只讓低頻成分輸送到下一級裝置，以以下圖，則以下做法合理的是()A．在a、b間接入一個(gè)電容器B．在a、b間接入一個(gè)低頻扼流圈C．在a、b間接入一個(gè)高頻扼流圈D．在a、b間接入一個(gè)電容器或高頻扼流圈或低頻扼流圈都可以分析：選C電容在溝通電路中的作用是“通高頻，阻低頻”，電感在溝通電路中的作用是“通低頻，阻高頻”，因在a、b間接入一個(gè)元件要讓低頻信號經(jīng)過，阻截高頻信號經(jīng)過，故應(yīng)接入的元件是一個(gè)高頻扼流圈，選項(xiàng)C正確。7．[多項(xiàng)選擇]電路如圖甲所示，電阻R的阻值為484Ω，C為電容器，L為直流電阻不計(jì)的自感線圈，開關(guān)S斷開，當(dāng)接上如圖乙所示的電壓u時(shí)，以下說法正確的選項(xiàng)是()A．R兩頭的電壓應(yīng)等于155.5VB．電壓表的示數(shù)為220VC．電阻R耗費(fèi)的功率小于50WD．為保證閉合開關(guān)S后電容器不被擊穿，該電容器的耐壓值不得小于311V分析：選CD依照有效值的定義知，eq\f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(311,\r(2))))2,R)×0.01＝eq\f(U2,R)×0.02，解得U＝110eq\r(2)V＝155.5V，因電感線圈L對溝通電有感抗，故R上的電壓應(yīng)小于155.5V，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；電壓表的示數(shù)等于溝通電的有效值為155.5V，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若R兩頭的電壓為155.5V，其耗費(fèi)的功率為PR＝eq\f(U2,R)＝eq\f(110\r(2)2,484)W＝50W，而R上的電壓應(yīng)小于155.5V，故電阻R耗費(fèi)的功率小于50W，選項(xiàng)C正確；為保證閉合開關(guān)S后電容器不被擊穿，該電容器的耐壓值不得小于此溝通電的最大值311V，選項(xiàng)D正確。8．某信號源中有直流成分、溝通高頻成分和溝通低頻成分，為使放大器僅獲得溝通低頻成分，電路中可行的選項(xiàng)是()分析：選D信號中含有三種成分，去掉直流成分用隔直電容即可，所以除去A、B。而C項(xiàng)中溝通高、低頻成分均進(jìn)入放大器，需加入另一旁路電容C2，所以D項(xiàng)正確。9.[多項(xiàng)選擇]以以下圖，矩形線圈abcd與可變電容器C、理想電流表A構(gòu)成閉合電路。線圈在有界勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的bc邊勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω＝100πrad/s。線圈的匝數(shù)N＝100匝，邊長ab＝0.2m、ad＝0.4m，電阻不計(jì)。磁場只散布在bc邊的左邊，磁感覺強(qiáng)度大小B＝eq\f(\r(2),16π)T。電容器充、放電時(shí)間不計(jì)。以下說法正確的選項(xiàng)是()A．該線圈產(chǎn)生的溝通電動(dòng)勢的峰值為50eq\r(2)VB．該線圈產(chǎn)生的溝通電動(dòng)勢的有效值為25eq\r(2)VC．電容器的耐壓值最少為50eq\r(2)VD．電容器的電容C變大時(shí)，電流表的指針會(huì)左右來往搖動(dòng)分析：選AC該線圈產(chǎn)生的