《2020屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 10.2電感和電容器對交變電流的影響學(xué)案》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2020屆高考物理一輪復(fù)習(xí) 10.2電感和電容器對交變電流的影響學(xué)案(7頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第 2 課時(shí)電感和電容器對交變電流的影響 基礎(chǔ)知識(shí)歸納1.電感對交變電流的阻礙作用(1)電感對交變電流的阻礙作用叫感抗.原理:將交變電流通入電感線圈,由于線圈中的電流大小和方向都時(shí)刻變化,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,電感線圈中必產(chǎn)生自感電動(dòng)勢,以阻礙電流的變化,因此交變電路的電感線圈對交變電流有阻礙作用.(2)影響電感對交變電流阻礙作用大小的因素:感抗的大小與線圈的自感系數(shù)和交流電的頻率.感抗用RL表示,RL2fL,單位是歐姆,類似于一個(gè)電阻.(3)電感器在電路中的作用:通直流,阻交流;通低頻,阻高頻.“通直流,阻交流”這是對兩種不同類型的電流而言的,因?yàn)?恒定)直流電的電流不變化,不能引起自感現(xiàn)象,交
2、流電的電流時(shí)刻改變,必有自感電動(dòng)勢產(chǎn)生來阻礙電流的變化.“通低頻,阻高頻”這是對不同頻率的交流而言的,因?yàn)榻蛔冸娏鞯念l率越高,電流的變化越快,自感作用越強(qiáng),感抗也就越大.(4)應(yīng)用:低頻扼流線圈的自感系數(shù)很大,有“通直流,阻交流”的作用,高頻扼流線圈的自感系數(shù)很小,有“通低頻、通直流,阻高頻”的作用.2.電容器對交變電流的阻礙作用(1)電容對交變電流的阻礙作用叫容抗.原理:當(dāng)電源電壓推動(dòng)電路中形成電流的自由電荷向這個(gè)方向做定向移動(dòng),因此交流電路中的電容對交變電流有阻礙作用.(2)影響電容器對交變電流阻礙作用大小的因素:電容器的電容和交流的頻率.頻率一定,則電容器充(放)電時(shí)間一定,又因電壓一定
3、,根據(jù)QCU可知,C大的電容充入(或放出)的電荷量多,因此充電(或放電)的速率就大,所以電流也就越大,容抗越??;而C一定時(shí),電容器充入(或放出)的電荷量一定,頻率越高,電容器充(放)電的時(shí)間越短,充電(或放電)的速率越大,容抗也越小.容抗用xC表示,xC ,單位是歐姆,類似于一個(gè)電阻.(3)電容器在電路中的作用:通交流,隔直流;通高頻,阻低頻.信號和交流信號,如圖1所示,該電路就起到“隔直流,通交流”的作用;在電子技術(shù)中,從某一裝置輸出的電流常常既有高頻成分,又有低頻成分,若在下一級電路的輸入端并聯(lián)一個(gè)電容器,就可只把低頻成分的交流信號輸送到下一級裝置,如圖2所示,具有這種“通高頻,阻低頻”用
4、途的電容器叫高頻旁路電容器.重點(diǎn)難點(diǎn)突破一、為什么交變電流能夠通過電容器電容器的兩極板之間是絕緣的,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,并非有自由電荷穿過了電容器,而是在交流電源的作用下,當(dāng)電壓升高時(shí),電容器充電,電容器極板上的電荷量增多,形成充電電流,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,由于電容器反復(fù)地充電和放電,使電路中有持續(xù)的交變電流,表現(xiàn)為交變電流“通過”了電容器.如右圖:二、電阻、電感器、電容器對交變電流阻礙作用的區(qū)別與聯(lián)系電阻電感器電容器產(chǎn)生的原因定向移動(dòng)的自由電荷與不動(dòng)的離子間
5、的碰撞由于電感線圈的自感現(xiàn)象阻礙電流的變化電容器兩極板上積累的電荷對向這個(gè)方向定向移動(dòng)的電荷的阻礙作用在電路中的特點(diǎn)對直流、交流均有阻礙作用只對變化的電流如交流有阻礙作用不能通直流,只能通變化的電流.對直流的阻礙作用無限大,對交流的阻礙作用隨頻率的降低而增大決定因素由導(dǎo)體本身(長短、粗細(xì)、材料)決定,與溫度有關(guān)由導(dǎo)體本身的自感系數(shù)和交流的頻率f決定由電容的大小和交流的頻率f決定電能的轉(zhuǎn)化與做功電流表通過電阻做功,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能電能和磁場能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場能往復(fù)轉(zhuǎn)化三、如何應(yīng)用和防止感抗和容抗根據(jù)電感線圈“通直流,阻交流”、電容器“通交流、隔直流”的特點(diǎn),可以將二者結(jié)合并與電阻組合到一起來完成
6、一定的任務(wù).如在變壓器并整流后的直流電中仍含有交流的成分,這時(shí)可以用一個(gè)電容器與負(fù)載并聯(lián)在一起,或?qū)⒁粋€(gè)電感線圈串聯(lián)在電路中,把電流中的交流成分濾掉;又如在無線電的接收方面,接收到的是直流和交流的復(fù)合成分,而我們只需要其中的交流的信號成分,這時(shí)就可以把一個(gè)電容器串聯(lián)在電路中,將其中的直流成分濾掉.典例精析1.電感與電容對交流電的阻礙作用【例1】一個(gè)燈泡通過一個(gè)粗導(dǎo)線的線圈與一交流電源相連接,如圖所示.一塊鐵插進(jìn)線圈之后,該燈將:()A.變亮B.變暗C.對燈沒影響D.無法判斷【解析】線圈和燈泡是串聯(lián)的,當(dāng)鐵插進(jìn)線圈后,電感線圈的自感系數(shù)增大,所以電感線圈對交變電流阻礙作用增大,因此電路中的電流變
7、小,則燈變暗.【答案】B【思維提升】人們可用改變插入線圈中鐵芯的長度來控制舞臺(tái)燈光的亮和暗.【拓展1】如圖所示,接在交流電源上的電燈泡正常發(fā)光,以下說法正確的是( ACD )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】把電介質(zhì)插入電容器,電容增大,電容器對交變電流的阻礙作用變小,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,電容器對交變電流的阻礙作用變大,所以燈泡變暗,故B錯(cuò);減小電容器兩極板間的正對面積,電容變小,燈泡變暗,故C正確;交變電流頻率減小,電容器對交變電流的阻
8、礙作用增大,燈泡變暗,故D正確.2.電感和電容對低頻與高頻電流的不同作用效果【例2】如圖所示,線圈的自感系數(shù)L和電容器的電容C都很小(L1 mH,C200 pF),此電路的重要作用是()A.阻直流通交流,輸出交流電B.阻交流通直流,輸出直流電C.阻低頻通高頻,輸出高頻交流電D.阻高頻通低頻,輸出低頻交流電和直流電【解析】(1)線圈的作用是:“通直流、阻交流,通低頻、阻高頻”.電容器的作用是:“通交流、阻直流,通高頻、阻低頻”.(2)因?yàn)榫€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,對低頻成分和直流成分的阻礙作
9、用很大,而對部分通過線圈的高頻成分阻礙作用很小,被它濾掉,最終輸出的是低頻交流和直流.【答案】D【思維提升】此電路中的電容器為旁路電容,它能將高頻成分濾掉.【拓展2】如圖所示,從某一裝置中輸出的電流既有交流成分,又有直流成分,現(xiàn)要把交流成分輸送給下一級,有關(guān)甲、乙兩圖的說法正確的是( C )A.應(yīng)選甲圖電路,其中C的電容要大B.應(yīng)選甲圖電路,其中C的電容要小C.應(yīng)選乙圖電路,其中C的電容要大D.應(yīng)選乙圖電路,其中C的電容要小【解析】要把交流成分輸送給下一級,則電容要起到“隔直流,通交流”的作用,故應(yīng)選用乙圖電路,要使交流成分都順利通過電容器而輸送到下一級,需容抗較小,容抗與電容成反比,故應(yīng)選C
10、.3.影響感抗、容抗的因素【例3】如圖所示,L1、L2和L3是相同型號的白熾燈,L1與電容器C串聯(lián),L2與帶鐵芯的線圈L串聯(lián),L3與一個(gè)定值電阻R串聯(lián).當(dāng)a、b間接電壓有效值為U、頻率為f的正弦交流電源時(shí),三只燈泡的亮度相同.現(xiàn)將a、b間接另一正弦交流電源時(shí),發(fā)現(xiàn)燈泡L1變亮、L2變暗、L3亮度不變.由此可知,另一正弦交流電源可能是()A.電壓有效值仍為U,而頻率大于fB.電壓有效值大于U,而頻率大于fC.電壓有效值仍為U,而頻率小于fD.電壓有效值小于U,而頻率大于f【解析】電阻對交變電流阻礙作用的大小與電流的頻率無關(guān),因此,通過電阻的電流的有效值不變;電感線圈對交變電流阻礙作用的大小用感抗
11、表示,線圈的自感系數(shù)越大,電流的頻率越高,自感電動(dòng)勢就越大,即線圈對電流的阻礙作用就越大,感抗也就越大,因此,通過電感線圈的電流的有效值變小;電容器對交變電流阻礙作用的大小用容抗表示,電容一定時(shí),在相同的電壓下電容器容納的電荷一定,頻率越高,充(放)電的時(shí)間越短,充(放)電的電流越大,容抗越小,因此,通過電容器的電流的有效值變大.【答案】A【思維提升】電阻、電感線圈和電容器三者對電流均有阻礙作用,容抗、感抗受頻率影響,而電阻不受交流電頻率影響.理解電阻、感抗(線圈無直流電阻)和容抗的產(chǎn)生原因及三者的區(qū)別是解決這類問題的關(guān)鍵:(1)電阻:對交、直流均阻礙.(2)感抗:只對變化電流有阻礙.(3)容
12、抗:只通交流,不能通直流.【拓展3】如圖所示,把電阻R,電感線圈L,電容器C并聯(lián),接到一個(gè)交流電源上,三個(gè)電流表示數(shù)相同,若保持電源電壓大小不變,而將電源頻率增大,則三個(gè)電流表示數(shù)I1、I2、I3的關(guān)系是( D )A.I1I2I3 B.I1I2I3C.I2I1I3 D.I3I1I2【解析】交流電頻率增大,電阻R對電流的阻礙作用不變,所以A1表讀數(shù)不變.頻率增大,電感線圈對交變電流阻礙作用增大,對電流的阻礙作用變大,所以電流變小,A2讀數(shù)變小.頻率增大,電容器對交變電流阻礙作用變小,對電流的阻礙作用變小,所以電流變大,A3讀數(shù)變大,故答案為D. 易錯(cuò)門診4.電感與電容對高頻和低頻電流的不同作用效
13、果【例4】“二分頻”音箱內(nèi)有兩個(gè)不同口徑的揚(yáng)聲器,它們的固有頻率分別處于高音、低音頻段分別稱為高音揚(yáng)聲器和低音揚(yáng)聲器.音箱要將擴(kuò)音機(jī)送來的含有不同頻率的混合音頻電流按高、低頻段分離出來,送往相應(yīng)的揚(yáng)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(jī)械振動(dòng).如圖所示為音箱的電路圖,高、低頻混合電流由a、b輸入,L1和L2是線圈,C1和C2是電容器,則()A.甲是高頻揚(yáng)聲器,C1的作用是通低頻阻高頻B.甲是低頻揚(yáng)聲器,C1的作用是通高頻阻低頻C.L1的作用是阻礙低頻電流通過甲揚(yáng)聲器D.L2的作用是減弱乙揚(yáng)聲器的低頻電流【錯(cuò)解】AC【錯(cuò)因】認(rèn)為頻率越大,感抗越小,容抗越大.【正解】甲、乙揚(yáng)聲器所在電路為并聯(lián)電路,由于L1阻高頻,C1通高頻,使甲為低頻揚(yáng)聲器,C2通高頻,L2阻高頻,使乙為高頻揚(yáng)聲器.【答案】BD【思維提升】熟記兩個(gè)公式,RL2fL,RC.