第 2 課時(shí)電感和電容器對(duì)交變電流的影響 基礎(chǔ)知識(shí)歸納1.電感對(duì)交變電流的阻礙作用(1)電感對(duì)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(shì)，以阻礙電流的變化，因此交變電路的電感線圈對(duì)交變電流有阻礙作用.(2)影響電感對(duì)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(duì)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，交流電的電流時(shí)刻改變，必有自感電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生來(lái)阻礙電流的變化.“通低頻，阻高頻”這是對(duì)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(duì)交變電流的阻礙作用(1)電容對(duì)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(duì)交變電流有阻礙作用.(2)影響電容器對(duì)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，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，容抗越小；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(hào)和交流信號(hào)，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(jí)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(hào)輸送到下一級(jí)裝置，如圖2所示，具有這種“通高頻，阻低頻”用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(duì)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(duì)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(duì)直流、交流均有阻礙作用只對(duì)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(duì)直流的阻礙作用無(wú)限大，對(duì)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(zhǎng)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(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化電能與電場(chǎng)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(lái)完成一定的任務(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(wú)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(hào)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(duì)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(duì)燈沒影響D.無(wú)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(duì)交變電流阻礙作用增大，因此電路中的電流變小，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(zhǎng)度來(lái)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)交變電流的阻礙作用增大，燈泡變暗，故D正確.2.電感和電容對(duì)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(duì)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(duì)低頻成分和直流成分的阻礙作用很大，而對(duì)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(jí)，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(jí)，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(jí)，需容抗較小，容抗與電容成反比，故應(yīng)選C.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(hào)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(duì)交變電流阻礙作用的大小與電流的頻率無(wú)關(guān)，因此，通過電阻的電流的有效值不變；電感線圈對(duì)交變電流阻礙作用的大小用感抗表示，線圈的自感系數(shù)越大，電流的頻率越高，自感電動(dòng)勢(shì)就越大，即線圈對(duì)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(duì)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(duì)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(wú)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(duì)交、直流均阻礙.(2)感抗：只對(duì)變化電流有阻礙.(3)容抗：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.I1>I2>I3C.I2>I1>I3 D.I3>I1>I2【解析】交流電頻率增大，電阻R對(duì)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(duì)交變電流阻礙作用增大，對(duì)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(duì)交變電流阻礙作用變小，對(duì)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(duì)高頻和低頻電流的不同作用效果【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(lái)的含有不同頻率的混合音頻電流按高、低頻段分離出來(lái)，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.