魯科版物理選修3-2新素養(yǎng)講義第3章第3節(jié)交流電路中的電容和電感Word版含答案

第3節(jié)交流電路中的電容和電感1.了解電感對交變電流有阻礙作用．2.知道用感抗來表示電感對交變電流阻礙作用的大小，知道感抗與哪些因素有關．3．知道交變電流能通過電容器，知道電容器對交變電流有阻礙作用．,[學生用書P41])一、電容、電感對直流和交流的影響1．實驗電路如圖所示，將雙刀雙擲開關S分別接到電壓相等的直流電源和交流電源上，觀察燈泡的亮暗(三燈泡相同)．2．實驗現(xiàn)象燈泡亮度電源L1L2L3直流電源(S2′斷開)亮不亮亮交流電源(S2′斷開)亮亮較暗交流電源(S2′閉合)亮更亮較暗3.實驗結論(1)電阻器對直流和交流的影響是相同的．(2)電容器不能讓直流通過卻能讓交流通過，但對交流有一定的阻礙作用．(3)電感器既能讓直流通過也能讓交流通過，但對交流有一定的阻礙作用．(1)電阻對直流電流和交變電流的阻礙作用相同．()(2)電感對恒定電流和交變電流均有阻礙作用．()(3)電容器兩極板間是絕緣的，故任何情況下電容支路上均沒有電流通過．()提示：(1)√(2)×(3)×二、容抗、感抗及其應用1．容抗、感抗的比較容抗感抗概念電容器對交流的阻礙作用電感對交流的阻礙作用影響因素電容器的電容和交變電流的頻率電感的自感系數(shù)和交變電流的頻率特性隔直流，通交流阻交流，通直流阻低頻，通高頻阻高頻，通低頻2.電容器、電感器的分類：按對交變電流的作用電容器分為隔直電容器、高頻旁路電容器；扼流圈分為低頻扼流圈、高頻扼流圈．(1)如圖甲、乙所示，接通電鍵后，哪個電路的燈泡會亮？為什么？(2)如上圖中，采用哪種方法會使燈泡變的更亮些？提示：(1)乙圖中，因電容器能“通”交流．(2)增大交變電源的頻率可使乙圖中的燈更亮些．電容器對交變電流的作用[學生用書P41]1．電容器對交變電流的阻礙作用(1)產(chǎn)生原理：當交變電流給電容器充電時，其極板上就會積累一定數(shù)量的電荷，這些電荷在兩極板間產(chǎn)生電場，阻礙電荷向這個方向運動，即電容器對交變電流的阻礙作用，這種阻礙作用就是容抗．(2)影響因素：與交變電流的頻率f和電容器的電容C有關，容抗用XC表示，且XC＝eq\f(1,2πfC).2．電容器的作用(1)隔直電容器，如圖甲所示．作用是“通交流、隔直流”，因為直流不能通過電容器，交變電流能“通過”電容器，起這樣作用的電容器電容要大些．(2)高頻旁路電容器，如圖乙所示．作用是“通高頻，阻低頻”，因為對不同頻率的交變電流，頻率越高，容抗越小，頻率越低，容抗越大，即電容器對低頻交變電流阻礙作用大，對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．命題視角1電容器通交變電流的原因關于電容器能夠通交變電流的原因，下列說法正確的是()A．當電容器接到交流電源上時，因為有自由電荷通過電容器，電路中才有電流B．當電容器接到交流電源上時，電容器交替進行充電和放電，電路中才有電流C．在有電容器的交流電路中，沒有電荷定向移動D．以上說法均不正確[解析]當把電容器接到交流電源上時，因為電流的大小和方向隨時間做周期性變化，使電容器交替充電、放電，電路中就有了電流．所以只有選項B正確．[答案]B命題視角2含容電路動態(tài)分析(多選)如圖所示的電路，M為一交流發(fā)電機，C為一平行板電容器，為使電流表示數(shù)增加，可行的辦法是()A．使發(fā)電機的轉(zhuǎn)速增加B．使發(fā)電機的轉(zhuǎn)速減少C．將平行板電容器兩極板間的電介質(zhì)換為介電常數(shù)較小的電介質(zhì)D．使電容器兩極板間距離減小[解題探究](1)影響電容器電容量及容抗的因素有哪些？(2)發(fā)電機轉(zhuǎn)速增加時，交變電流的頻率如何變化？[解析]發(fā)電機轉(zhuǎn)速增加，交變電流頻率增大，容抗變小，電流變大，所以選項A正確，選項B錯誤；電介質(zhì)的介電常數(shù)減小，電容變小，容抗變大，電流減小，所以選項C錯誤；電容器兩極板間距離減小，電容增大，容抗變小，電流增大，所以選項D正確．[答案]ADeq\a\vs4\al()含電容器交流電路的動態(tài)分析(1)分析電路中各元件的串、并聯(lián)關系．(2)明確交流電源頻率的變化情況．(3)根據(jù)C＝eq\f(εS,4πkd)判斷電容的變化情況．(4)判斷容抗的變化情況．(5)確定含電容器支路電流、電壓的變化情況．1.如圖所示，電路由正弦交流電源供電，最大電壓保持不變，如果交變電流的頻率升高，則下列說法中正確的是()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解析：選C.當交變電流的頻率升高時，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C正確，選項B、D錯誤；由Q＝CU可知，選項A錯誤．電感器對交變電流的作用[學生用書P42]1．產(chǎn)生原理：交變電流通過電感器時，由于電流時刻都在變化，因此在線圈中就會產(chǎn)生自感電動勢，而自感電動勢總是阻礙原電流的變化，故電感器對交變電流會起阻礙作用．2．影響因素：自感電動勢的大小與線圈的自感系數(shù)及電流變化的快慢有關，自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，產(chǎn)生的自感電動勢就越大，對交變電流的阻礙作用就越大．3．電感線圈在電路中的應用(1)低頻扼流圈①構造：閉合鐵芯、繞在鐵芯上的線圈．②特點：匝數(shù)多、自感系數(shù)L大、線圈電阻很?。鼘Φ皖l交流會產(chǎn)生很大的阻礙作用，而對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①構造：它的線圈有的是繞在圓柱形的鐵氧體芯上或空心．②特點：匝數(shù)少，自感系數(shù)L小．它只對頻率很高的交流產(chǎn)生很大的阻礙作用，而對低頻交流的阻礙作用較小，故高頻扼流圈的作用是“通低頻、阻高頻”．命題視角1對感抗的認識(多選)關于感抗，下列說法正確的是()A．感抗是由于電流變化時在線圈中產(chǎn)生了自感電動勢，阻礙電流的變化B．感抗的大小不僅與自感系數(shù)有關，還與電流的頻率有關C．感抗雖然對交變電流有阻礙作用，但不消耗能量D．感抗是由線圈的電阻產(chǎn)生的[解析]交變電流通過線圈時，由于電流時刻變化，在線圈中產(chǎn)生自感電動勢，自感電動勢總是阻礙電流的變化，這就是產(chǎn)生感抗的原因，選項A正確，選項D錯誤；自感系數(shù)越大，交變電流頻率越高，感抗越大，選項B正確；電感不是耗能元件，它儲存的能量用來與電能轉(zhuǎn)換，并不消耗能量，選項C正確．[答案]ABC命題視角2含電感器電路的分析(多選)如圖所示電路中，L為電感線圈，LD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u＝220eq\r(2)sin(100πt)V.若保持電壓的有效值不變，只將電源頻率改為30Hz，下列說法正確的是()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[解題探究](1)電源的頻率發(fā)生了怎樣的變化？(2)線圈的感抗與交流電的頻率的關系如何？[解析]設原來交流電源的頻率為f，則ω＝100πrad/s＝2πf，知f＝50Hz，將電源的頻率改為30Hz時，電源的頻率減小，則線圈的感抗減小，線圈對交流電的阻礙作用減弱，根據(jù)歐姆定律可知，回路電流增大，電流表示數(shù)增大，電壓表示數(shù)減小，A對，B錯；由于流過燈泡的電流增大，故燈泡變亮，C錯，D對．[答案]ADeq\a\vs4\al()含電感器交流電路的動態(tài)分析(1)分析電路中各元件的串、并聯(lián)關系．(2)明確交流電源頻率的變化情況．(3)根據(jù)電感器中線圈匝數(shù)、形狀、橫截面積、長短和是否插入鐵芯，判斷自感系數(shù)的情況．(4)判斷感抗的變化情況．(5)確定含電感器支路電流、電壓的變化情況．電感器、電容器的組合問題[學生用書P43]根據(jù)電感器“通直流、阻交流”，電容器“通交流、隔直流”的特點，可以將二者結合并與電阻組合到一起來實現(xiàn)一定的功能．(1)如果將電容與負載并聯(lián)，然后與電感串聯(lián)，就能更好地起到濾掉電流中交流成分或高頻成分的作用，如圖甲所示．(2)如果將電感與負載并聯(lián)，然后與電容串聯(lián)，就能更好地起到濾掉電流中直流成分或低頻成分的作用，如圖乙所示．如圖所示，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、通交流，輸出交流B．阻交流、通直流，輸出直流C．阻低頻、通高頻，輸出高頻交流D．阻高頻、通低頻，輸出低頻交流和直流[解析]因線圈自感系數(shù)L很小，所以對低頻成分的阻礙作用很小，這樣直流和低頻成分能順利通過線圈，電容器并聯(lián)在電路中，起旁路作用，因電容C很小，對低頻成分的阻礙作用很大，而對部分通過線圈的高頻成分阻礙作用很小，被它旁路，最終輸出的是低頻交流和直流，故選項D正確．[答案]D2.在收音機線路中，經(jīng)天線接收下來的電信號既有高頻成分，又有低頻成分，經(jīng)放大后送到下一級，需要把低頻成分和高頻成分分開，只讓低頻成分輸送到再下一級，可以采用如圖所示電路，其中a、b應選擇的元件是()A．a(chǎn)是電容較大的電容器，b是低頻扼流圈B．a(chǎn)是電容較大的電容器，b是高頻扼流圈C．a(chǎn)是電容較小的電容器，b是低頻扼流圈D．a(chǎn)是電容較小的電容器，b是高頻扼流圈解析：選D.電容器具有“通高頻、阻低頻”的作用，這樣的電容器電容較小，所以a處為電容較小的電容器；電感線圈在該電路中要求起到“通低頻，阻高頻”的作用，b處接一個高頻扼流圈，D對．[隨堂檢測][學生用書P43]1．(多選)下列關于電容對交變電流阻礙作用的說法正確的是()A．電容對交變電流阻礙作用的大小用容抗描述B．電容器的電容越大、交流電的頻率越高，電容器對交變電流的阻礙作用就越大C．電容器具有“隔直流、通交流”的作用D．電容器具有“通高頻、阻低頻”的作用解析：選ACD.容抗是描述電容對交變電流阻礙作用大小的物理量，選項A正確；根據(jù)容抗XC＝eq\f(1,2πfC)可知，電容器的電容越大、交流電的頻率越高，電容器對交變電流的阻礙作用越小，選項B錯誤；電容器具有“隔直流、通交流”的作用，選項C正確；電容器具有“通高頻、阻低頻”的作用，選項D正確．2．關于電感對交變電流的影響，以下說法中正確的是()A．電感對交變電流沒有影響B(tài)．電感對交變電流阻礙作用越大，感抗就越小C．電感具有“通交流、阻直流，通高頻、阻低頻”的性質(zhì)D．線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，電感對交變電流的阻礙作用就越大解析：選D.電感對交變電流有阻礙作用，阻礙作用的大小可以用感抗表示，感抗與電感線圈的自感系數(shù)、交變電流的頻率成正比，故A選項錯誤、D選項正確；電感對交變電流阻礙作用越大，感抗就越大，故B選項錯誤；電感具有“通直流、阻交流，通低頻、阻高頻”的性質(zhì)，故C選項錯誤．3.如圖所示的電路中，正弦交流電源電壓的有效值為220V，則關于交流電壓表的示數(shù)，以下說法中正確的是()A．等于220VB．大于220VC．小于220VD．等于零解析：選C.因電容對交變電流具有阻礙作用故電容器兩端將分到一部分電壓，所以R兩端的電壓小于220V，C正確．4．(多選)如圖所示，甲、乙中電源為交流電源，丙中電源為直流電源，各電路中線圈自感系數(shù)相同且直流電阻不計，各電壓表示數(shù)都相同，下列說法正確的是()A．燈L1比燈L2亮B．燈L3比燈L1亮C．燈L2與燈L3一樣亮D．燈L1與燈L3一樣亮解析：選BC.圖甲中電源電壓U＝U1＋UL1，線圈對交流有阻礙作用，U1≠0，燈泡兩端電壓UL1<U；圖乙中線圈與燈泡并聯(lián)，燈泡電壓UL2＝U；圖丙中，線圈對直流電沒有阻礙作用，燈泡電壓UL3＝U，故UL1<UL2＝UL3，即L2與L3一樣亮且都比L1亮，B、C正確，A、D錯誤．5.(多選)“二分頻”音箱內(nèi)有高、低兩個揚聲器．音箱要將擴音機送來的含有不同頻率的混合音頻電流按高、低段分離出來，送往相應的揚聲器，以便使電流所攜帶的音頻信息按原比例還原成高、低頻的機械振動．如圖為音箱的電路簡化圖，高低頻混合電流由a、b端輸入，L是線圈，C是電容器，則()A．甲揚聲器是低音揚聲器B．C的作用是阻礙低頻電流通過乙揚聲器C．L的作用是阻礙低頻電流通過甲揚聲器D．乙揚聲器是低音揚聲器解析：選AB.電路中的電感和電容作用可以簡單概括為：電感是通直流，阻交流，通低頻，阻高頻；電容是通交流，隔直流，通高頻，阻低頻．[課時作業(yè)][學生用書P91(單獨成冊)]一、單項選擇題1．下列說法中正確的是()A．電感對交流的阻礙作用是因為電感存在電阻B．電容對交流的阻礙作用是因為電容器的電阻C．感抗、容抗和電阻一樣，電流通過它們做功時都是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．在交變電路中，電阻、感抗、容抗可以同時存在解析：選D.交變電流通過線圈時，在線圈上產(chǎn)生自感電動勢，對電流的變化起到阻礙作用，A錯誤；交變電流通過電容器時，電容器兩極間的電壓與電源電壓相反，阻礙了電流的流動，B錯誤；電流通過它們時，在電阻上產(chǎn)生焦耳熱，在線圈上產(chǎn)生磁場能，在電容器上產(chǎn)生電場能，C錯誤；在交變電路中，電阻器、電感器、電容器可以同時存在，D正確．2．在交流電路中，要減小電容器的容抗，可以()A．減小兩極板的正對面積B．減小極板間的距離C．適當增大交變電流的電壓D．減小交變電流的頻率解析：選B.容抗與交流電壓的大小無關，f減小，容抗增大，C、D錯誤；極板正對面積減小，C減小，容抗增大，A錯誤；兩極間距離減小，C增大，容抗減小，B正確．3．交變電流通過一段長直導線時，電流為I，如果把這根長直導線繞成線圈，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．無法比較解析：選B.長直導線的自感系數(shù)很小，感抗可忽略不計，其對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線電阻的阻礙作用．當導線繞成線圈后，電阻值未變，但自感系數(shù)增大，對交變電流不但有電阻，而且有感抗，阻礙作用增大，電流減?。蔬xB.4．如圖所示的兩個電路圖中，電壓表與電流表都是理想電表，電阻R相同．圖乙中電感線圈的直流電阻與電阻R的阻值相等，圖甲中電源電壓與圖乙中交流電壓的有效值相等，且內(nèi)阻均可不計．則兩圖中電表的讀數(shù)關系為()A．U甲＝U乙I甲＝I乙B．U甲＜U乙I甲＞I乙C．U甲＞U乙I甲＜I乙D．U甲＞U乙I甲＞I乙解析：選B.電感線圈對交變電流有阻礙作用，自感系數(shù)越大，阻礙作用越大，阻礙作用的大小稱為感抗；雖然電感線圈的直流電阻與電阻R的阻值相等，但由于電感線圈多了一個感抗，所以乙電路的電流小，即I甲＞I乙，電壓表的讀數(shù)U甲＝E－I甲R，U乙＝U－I乙R，故U甲＜U乙，選項B正確．5．如圖所示，甲、乙是規(guī)格相同的燈泡，接線柱a、b接電壓為U的直流電源時，無論電源的正極與哪一個接線柱相連，甲燈均能正常發(fā)光，乙燈完全不亮．當a、b接電壓的有效值為U的交流電源時，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()A．與甲燈串聯(lián)的元件x是電容器，與乙燈串聯(lián)的元件y是電感線圈B．與甲燈串聯(lián)的元件x是電感線圈，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是電感線圈，與乙燈串聯(lián)的元件y是二極管解析：選B.由a、b接直流電源時的現(xiàn)象可知，元件x“通直流”，元件y“隔直流”，由a、b接交流電源時的現(xiàn)象可知，元件x“阻交流”，元件y“通交流”，根據(jù)電容器和電感線圈的特點，元件x是電感線圈，元件y是電容器，B正確．6.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的交流電路上，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變亮解析：選D.當交變電流的頻率變大時，線圈的感抗變大，電容器的容抗變小，因此L3變亮，L2變暗．又因為電阻在直流和交流電路中起相同的作用，故L1亮度不變，所以選項D正確．7．某信號源中有直流成分、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，下列各圖所示的電路中，可行的是()解析：選D.A項圖中放大器得到信號源的所有成分；B項圖中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項圖中放大器既可得到高頻成分，也可得到低頻成分；D項圖中通過C1得到的既有高頻成分，也有低頻成分，再通過旁路電容器C2把高頻成分濾去，放大器僅得到低頻成分．故選D項．二、多項選擇題8．對于扼流圈的以下說法，正確的是()A．扼流圈是利用電感阻礙交變電流的作用制成的B．低頻扼流圈用來“通低頻、阻高頻”C．高頻扼流圈用來“通直流、阻交流”D．高頻扼流圈對低頻交變電流阻礙作用較小，對高頻交變電流的阻礙作用很大解析：選AD.低頻扼流圈用來通直流、阻交流，對低頻電流阻礙作用也很大．而高頻扼流圈是對高頻電流阻礙作用很大，對低頻電流阻礙作用較小，高頻扼流圈的自感系數(shù)較小，低頻扼流圈的自感系數(shù)較大．9.如圖所示，接在交流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．增大電容器兩極板間的距離，燈泡變亮C．減小電容器兩極板間的正對面積，燈泡變暗D．使交變電流頻率減小，燈泡變暗解析：選ACD.把電介質(zhì)插入電容器，電容變大，容抗變小，電容器對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，電容器對交變電流阻礙作用變大，所以燈泡變暗，故B錯誤；減小電容器兩極板間的正對面積，電容變小，電容器阻礙作用變大，燈泡變暗，故C正確；使交變電流頻率減小，電容器對交變電流阻礙作用增大