第3課時(shí)電感和電容對(duì)交變電流的影響研究選考把握考情知識(shí)內(nèi)容電感和電容對(duì)交變電流的影響考試要求加試b教學(xué)要求1.知道電感器對(duì)交變電流有阻礙作用2.知道電感器對(duì)交變電流的阻礙作用與電感器的自感系數(shù)、交變電流的頻率有關(guān)3.知道電感器具有“阻交流、通直流”和“阻高頻、通低頻”的特點(diǎn)4.知道交變電流能“通過”電容器的本質(zhì)是電容器交替地進(jìn)行充、放電5.知道電容器對(duì)交變電流的阻礙作用與電容器的電容、交變電流的頻率有關(guān)6.知道電容器具有“隔直流、通交流”和“阻低頻、通高頻”的特點(diǎn)7.能利用電感器、電容器的特點(diǎn)定性分析簡單的問題8.進(jìn)一步認(rèn)識(shí)交變電流與直流的區(qū)別說明不要求知道感抗、容抗的概念知識(shí)點(diǎn)一電感器對(duì)交變電流的阻礙作用基 礎(chǔ) 梳 理1.實(shí)驗(yàn)探究：(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠Ⅱ?yàn)證電感線圈對(duì)交變電流的阻礙作用。(2)實(shí)驗(yàn)電路：取直流電源的電壓與交流電壓的有效值相等。(3)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：接通直流電源時(shí)，燈泡亮些；接通交流電源時(shí)，燈泡暗些。(兩個(gè)空均選填“亮些”或“暗些”)(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：電感線圈對(duì)交變電流有阻礙作用。2.影響電感對(duì)交變電流阻礙作用強(qiáng)弱的因素線圈的自感系數(shù)越大，交流的頻率越高，對(duì)交變電流的阻礙作用越強(qiáng)。3.電感線圈的類型及應(yīng)用類型區(qū)別低頻扼流圈高頻扼流圈自感系數(shù)較大較小特性通直流、阻交流通直流、通低頻、阻高頻要 點(diǎn) 精 講1.阻礙作用產(chǎn)生的原因：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，故電感器對(duì)交變電流產(chǎn)生阻礙作用。2.影響阻礙作用大小的因素阻礙作用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?！纠?】 在如圖1所示的電路中，L為電感線圈，D為燈泡，電流表的內(nèi)阻為0，電壓表的內(nèi)阻無限大，交流電源的電壓為u220sin (100t) V。若保持電壓的有效值不變，只將電源的頻率改為100 Hz，下列說法中正確的是()圖1A.電流表的示數(shù)增大 B.電壓表的示數(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)電源的頻率由原來的50 Hz增大為100 Hz時(shí)，線圈的阻礙作用增大，在電壓不變的情況下，電路中的電流減小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；燈泡D的電阻是一定的，電流減小時(shí)，燈泡D實(shí)際消耗的電功率PI2R減小，燈泡D變暗，選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；電壓表與電感線圈并聯(lián)，其示數(shù)為線圈兩端的電壓UL；設(shè)燈泡D兩端的電壓為UD，則電源電壓的有效值為UULUD，因UDIR，故電流I減小時(shí)，UD減小，因電源電壓的有效值保持不變，故ULUUD增大，選項(xiàng)B正確。答案BC【跟蹤訓(xùn)練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2所示，一塊鐵插進(jìn)線圈之后，該燈將()圖2A.變亮 B.變暗C.沒有影響 D.無法判斷解析在線圈內(nèi)由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總是反抗電流變化。正是這種反抗變化的特性(電惰性)使線圈產(chǎn)生了對(duì)交變電流的阻礙作用。加入鐵芯改變了電感的自感系數(shù)，自感系數(shù)增大，對(duì)交變電流的阻礙作用增大，線圈的電壓增大，燈泡上的電壓減小，所以燈變暗，B項(xiàng)正確。答案B【跟蹤訓(xùn)練2】 如圖3是可調(diào)燈泡亮度的臺(tái)燈電路示意圖，其中電路更合理的是_。圖3解析乙中調(diào)節(jié)L可達(dá)到調(diào)節(jié)臺(tái)燈兩端電壓的作用，從而調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮度。甲圖也可調(diào)節(jié)臺(tái)燈的亮度，但變阻器要消耗電能，故甲圖不合理。答案乙知識(shí)點(diǎn)二電容器對(duì)交變電流的阻礙作用基 礎(chǔ) 梳 理1.交變電流能夠通過電容器：(1)實(shí)驗(yàn)電路(如圖4)：圖4(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；接通交流電源，燈泡亮。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：交變電流能夠通過電容器，直流不能通過電容器。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越大，交流的頻率越高，阻礙作用越小。3.電容器在電路中的作用特性：電容器具有“隔直流、通交流”的作用。要 點(diǎn) 精 講1.交變電流“通過”電容器的原因及阻礙的成因(1)當(dāng)接到交流電源上時(shí)，電源使導(dǎo)線中的自由電荷向某一方向定向移動(dòng)，對(duì)電容器進(jìn)行“充放電”。即交變電流“通過”電容器。(2)電容器在充放電的過程中，電容器兩極板上聚集著等量異種電荷，從而在兩極板間存在著電場(chǎng)，此電場(chǎng)的電場(chǎng)力阻礙著電荷的定向移動(dòng)，其表現(xiàn)就是電容器在交變電流通過時(shí)的阻礙作用。2.對(duì)影響阻礙作用大小因素的理解(1)電容器的電容：電容器的電容越大，電容器容納電荷的本領(lǐng)就越大，即在容納相同電荷的情況下，電容大時(shí)電壓小，電場(chǎng)力對(duì)電荷充電時(shí)的阻礙作用力就小，所以阻礙作用就小。(2)交流的頻率：交流的頻率越高，充電和放電的時(shí)間就短，相同電路電容器上聚集的電荷就少，電容器所達(dá)到的電壓就小，排斥充電和放電的電場(chǎng)力就小，所以阻礙作用就小。【例2】 如圖5所示，電路由交流電源供電，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()圖5A.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當(dāng)交變電流的頻率升高時(shí)，電容器的阻礙作用減小，燈泡的亮度變亮，燈泡兩端的電壓變大，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤；由QCU可知，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。答案C名師點(diǎn)睛交變電流不同于直流，交變電流能“通過”電容器，所以燈泡會(huì)亮。交變電流的頻率改變，電容器的阻礙作用改變，電容器兩端的電壓變化，燈泡兩端的電壓也隨著變化?！靖櫽?xùn)練3】 在如圖6所示電路中，u是有效值為220 V的交流電源，C是電容器，R是電阻，關(guān)于交流電壓表的示數(shù)，下列說法中正確的是()圖6A.等于220 V B.大于220 VC.小于220 V D.等于零解析雖然交變電流能通過電容器，但也受到阻礙作用，電容器與電阻串聯(lián)，根據(jù)分壓原理可知電阻兩端的電壓小于電源電壓，電壓表測(cè)的是電阻兩端的電壓，C正確。答案C【跟蹤訓(xùn)練4】 在如圖7所示電路中，a、b兩端連接的交流電源既含高頻交流，又含低頻交流；L是一個(gè)25 mH的高頻扼流圈，C是一個(gè)100 pF的電容器，R是負(fù)載電阻。下列說法中正確的是()圖7A.L的作用是“通低頻，阻高頻”B.C的作用是“通交流，隔直流”C.C的作用是“通高頻，阻低頻”D.通過R的電流中，低頻交流所占的百分比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高頻交流所占的百分比解析L是一個(gè)自感系數(shù)很小的高頻扼流圈，其作用是“通低頻，阻高頻”，選項(xiàng)A正確；C是一個(gè)電容很小的電容器，在題圖所示電路中，對(duì)高頻交流的容抗遠(yuǎn)小于對(duì)低頻交流的容抗，其作用是“通高頻，阻低頻”，選項(xiàng)C正確；因電路中無直流電流，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于L對(duì)高頻交流的阻礙作用和C對(duì)高頻交流的旁路作用，使得通過R的電流中，低頻交流所占的百分比遠(yuǎn)大于高頻交流所占的百分比，選項(xiàng)D正確。答案 ACD1.直流電源的電壓與交流電源電壓的有效值相同，自感線圈的直流電阻不計(jì)，則燈泡發(fā)光最亮的是圖中的()解析電容器、電感線圈都對(duì)交變電流有阻礙作用，故A、B兩圖中燈不是最亮的；C圖中燈泡被短路，不亮；D圖中電容器C有隔直流作用，所以D中燈泡最亮，故選項(xiàng)D正確。答案D2.關(guān)于電阻、電感器、電容器對(duì)電流阻礙作用的說法正確的是()A.電阻對(duì)直流和交變電流的阻礙作用相同B.電感對(duì)直流和交變電流均有阻礙作用C.電容器兩極板間是絕緣的，故電容器支路上沒有電流通過D.交變電流的頻率增加時(shí)，電阻、電感器、電容器的阻礙作用變化情況相同解析電阻的阻礙作用對(duì)直流電和交變電流相同，選項(xiàng)A正確；純電感線圈對(duì)直流電沒有阻礙作用，對(duì)交變電流有阻礙作用，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由于電容器不斷地充放電，電路中存在充電電流和放電電流，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電阻的阻值與交變電流的頻率無關(guān)，電感器對(duì)交流的阻礙作用隨交變電流頻率的增大而增大，電容器對(duì)交流的阻礙作用隨交變電流頻率的增大而減小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案A3.如圖8所示，A、B兩燈泡完全相同，兩自感線圈(電阻不計(jì))也完全相同，直流電源電壓與交流電源電壓的有效值相等，且與燈泡的額定電壓相等，閉合開關(guān)S后()圖8A.A比B亮B.A比B暗C.A、B亮度相同D.實(shí)驗(yàn)表明電感對(duì)交變電流有阻礙作用解析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是A比B亮，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；該實(shí)驗(yàn)表明電感對(duì)交變電流有阻礙作用，選項(xiàng)D正確。答案AD4.如圖9所示，A、B兩燈泡完全相同，兩電容器也完全相同，直流電源電壓與交流電源電壓有效值相等，且與燈泡的額定電壓相等，閉合開關(guān)S后()圖9A.A正常發(fā)光B.直流電不能通過電容器C.B燈發(fā)光表明交變電流能夠通過電容器D.交變電流通過電容器的實(shí)質(zhì)是電容器不斷充電、放電，并不是真正流過電容器解析含有電容器的直流電路為斷路，故A燈不亮，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；直流電不能通過電容器，選項(xiàng)B正確；B燈發(fā)光表明交變電流能夠通過電容器，選項(xiàng)C正確；交變電流通過電容器的實(shí)質(zhì)是電容器不斷充電、放電，并不是真正流過電容器，選項(xiàng)D正確。答案BCD5.如圖10所示，三只完全相同的燈泡a、b、c分別與電阻R、電感L、電容C串聯(lián)，再將三者并聯(lián)，接在“220 V100 Hz”的交變電壓兩端，三只燈泡亮度相同。若將交變電壓改為“220 V50 Hz”，則()圖10A.三只燈泡亮度不變B.三只燈泡都將變亮C.a亮度不變，b變亮，c變暗D.a亮度不變，b變暗，c變亮解析當(dāng)交變電流的頻率變小時(shí)，線圈的感抗變小，電容器的容抗變大，因此b變亮，c變暗，又因?yàn)殡娮柙谥绷骱徒涣麟娐分衅鹣嗤淖饔?，故a燈亮度不變，C正確。答案 C選擇題(在每小題給出的四個(gè)備選項(xiàng)中至少有一個(gè)是符合題目要求的。)1.有關(guān)電感對(duì)交變電流的影響的以下說法中，正確的是()A.電感對(duì)交變電流有阻礙作用B.電感對(duì)交變電流阻礙作用的大小與交變電流的頻率無關(guān)C.電感對(duì)某一交變電流的阻礙作用跟線圈的自感系數(shù)無關(guān)D.線圈的自感系數(shù)越大，交變電流的頻率越高，電感對(duì)交變電流的阻礙作用就越大解析電感對(duì)交變電流有阻礙作用，A項(xiàng)正確；其阻礙作用的大小與交流的頻率有關(guān)，與線圈的自感系數(shù)有關(guān)，自感系數(shù)越大，頻率越高，對(duì)交變電流的阻礙作用越大，B、C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。答案AD2.有兩個(gè)電容分別為C15 F，C23 F的電容器，分別加在峰值一定的交流電源上，下列情況下通過電容器的電流最大的是()A.在C1上加f50 Hz的交變電流B.在C2上加f50 Hz的交變電流C.在C1上加f60 Hz的交變電流D.在C2上加f60 Hz的交變電流解析頻率越大，電容器對(duì)交變電流的阻礙作用越小，電容越大，阻礙作用越小，故C項(xiàng)正確。答案C3.如圖1所示，甲、乙兩圖中用交流電源，丙、丁兩圖中用直流電源，各電路圖中燈泡、電容器、電壓表示數(shù)都相同，則下列說法正確的是()圖1A.燈L1比燈L2亮B.燈L3也能發(fā)光，但亮度最暗C.燈L2和L4亮度相同D.燈L4比燈L1亮解析電壓表示數(shù)相同，說明直流電壓和交變電流的有效值相同。甲圖中電容器與燈L1串聯(lián)，電容器對(duì)電流有阻礙作用；乙圖中電容器與燈L2并聯(lián)，交變電流全部通過燈L2；丙圖中電容器與燈L3串聯(lián)且是直流電源，電容器隔直流，所以沒有電流流過燈L3，燈L3不亮；丁圖中電容器與燈L4并聯(lián)，電流全部流過燈L4。綜合以上分析，C、D兩項(xiàng)正確。答案CD4.如圖2所示，線圈的自感系數(shù)L和電容器的電容C都很小(如L1 mH，C200 pF)，此電路的重要作用是()圖2A.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(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，被它旁路，最終輸出的是低頻交流和直流。答案D5.如圖3所示，交流電源的電壓有效值跟直流電壓相等，當(dāng)將雙刀雙擲開關(guān)接到直流電源上時(shí)，燈泡的實(shí)際功率為P1，而將雙刀雙擲開關(guān)接在交流電源上時(shí)，燈泡的實(shí)際功率為P2，(線圈的直流電阻不計(jì))則()圖3A.P1P2B.P1>P2C.P1<P2D.不能比較解析接在直流電源上時(shí)，線圈對(duì)直流沒有阻礙作用，電能全部轉(zhuǎn)化為小燈泡的內(nèi)能。而當(dāng)雙刀雙擲開關(guān)接在交流電源上時(shí)，線圈對(duì)電流有阻礙作用，因此電能除轉(zhuǎn)化成燈泡的內(nèi)能外，還有一部分電能與磁場(chǎng)能往復(fù)轉(zhuǎn)化。因此P1>P2，故B正確。答案B6.如圖4所示，兩個(gè)同學(xué)利用圖示裝置做實(shí)驗(yàn)，第一位同學(xué)使ab在導(dǎo)軌上勻速運(yùn)動(dòng)，第二位同學(xué)使ab在導(dǎo)軌上做變速運(yùn)動(dòng)，但兩位同學(xué)對(duì)ab桿做的功一樣多，第一位同學(xué)的方法使小燈泡消耗的電能為W1，第二位同學(xué)的方法使小燈泡消耗的電能為W2，它們相比較()圖4A.W1W2 B.W1>W2C.W1<W2 D.不能比較解析勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是恒定的，感應(yīng)電流也是恒定的，線圈對(duì)恒定電流的阻礙作用幾乎為零，所以通過小燈泡的電流大，消耗的電能多；當(dāng)ab做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是變化的，感應(yīng)電流也是變化的，線圈對(duì)該電流有明顯的阻礙作用，使通過小燈泡的電流減小，因此消耗的電能少，故選項(xiàng)B正確。答案B7.用電壓表檢查如圖5所示的電路中的故障，測(cè)量Uad5.0 V，Uab0，Ubc5.0 V，Ucd0。則電路故障可能是()圖5A.滑動(dòng)變阻器R1斷路B.電容器C被擊穿C.電阻R2斷路D.電感線圈L斷路解析當(dāng)用電壓表去判斷電路故障時(shí)，如果電壓表的兩接線柱能與電源的兩極接通，而與電壓表兩接線柱相并聯(lián)的那部分電路沒有完全短路，電壓表就會(huì)有示數(shù)。即當(dāng)電壓表有示數(shù)時(shí)，電源兩極與電壓表兩接線柱間的電路無斷點(diǎn)。由題意UadUbc5.0 V可知ab、cd間為通路，A、C錯(cuò)誤；若電容器被擊穿，則Ubc將為零，B錯(cuò)誤。答案D8.(2017東陽中學(xué)選考)如圖6所示的電路，F(xiàn)為一交流發(fā)電機(jī)，C為平行板電容器，為使交流電流表A的示數(shù)增大，可行的辦法是()圖6A.使發(fā)電機(jī)F的轉(zhuǎn)速增大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解析發(fā)電機(jī)F的轉(zhuǎn)速增大，電動(dòng)勢(shì)增大，頻率增大，電容器阻礙作用減小，電流增大，選項(xiàng)A正確；同理分析可知選項(xiàng)B錯(cuò)誤；換用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)，電容減小，阻礙作用增大，電流變小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；兩極板間的距離增大，電容減小，阻礙作用增大，電流變小，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案A9.(2017紹興高二期中)如圖7所示電路中，L是一個(gè)不計(jì)直流電阻的電感線圈，直流電源1的電壓值與交流電源2電壓有效值相等，S是單刀雙擲開關(guān)，C是電容器，A、B是完全相同的小燈泡，則下列敘述正確的有()圖7A.開關(guān)S與1接通時(shí)，燈B逐漸變亮B.開關(guān)S與2接通后，燈B的亮度比開關(guān)與1接通穩(wěn)定后燈B的亮度高C.開關(guān)S與2接通后，B發(fā)光，而A不發(fā)光D.若將電源2換成一個(gè)既含有高頻信號(hào)又含有低頻信號(hào)的信號(hào)源，則當(dāng)開關(guān)與2接通時(shí)，通過B燈的主要是高頻信號(hào)解析開關(guān)S與1接通時(shí)，線圈阻礙電流的增大，所以燈B逐漸變亮，A項(xiàng)正確；開關(guān)S與2接通后，由于線圈L對(duì)交流電的阻礙始終存在，所以燈B的亮度比開關(guān)與1接通穩(wěn)定后燈B的亮度暗，B項(xiàng)錯(cuò)誤；開關(guān)S與2接通后，交流電也可以通過電容器，所以A也發(fā)光，C項(xiàng)錯(cuò)誤；線圈對(duì)交流電有通低頻阻高頻的作用，所以若將電源2換成一個(gè)既含有高頻信號(hào)又含有低頻信號(hào)的信號(hào)源，則當(dāng)開關(guān)與2接通時(shí)，通過B燈的主要是低頻信號(hào)，D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案A10.(2018杭州富陽市高二月考)如圖8所示，電路甲、乙中，電阻R和自感線圈L的電阻值都很小，接通S，使電路達(dá)到穩(wěn)定，燈泡D發(fā)光，則()圖8A.在電路甲中，斷開S，D將逐漸變暗B.在電路甲中，斷開S，D將先變得更亮，然后漸漸變暗C.在電路乙中，斷開S，D將漸漸變暗D.在電路乙中，斷開S，D將變得更亮，然后漸漸變暗解析在電路甲中，由于電阻R和自感線圈L的電阻值都很小，所以通過燈泡的電流比電阻的電流小，當(dāng)斷開S，由于線圈的自感作用，D不會(huì)變得更亮，將漸漸變暗，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；在電路乙中，由于電阻R和自感線圈L的電阻值都很小，所以通過燈泡的電流比線圈的電流小，斷開S時(shí)，由于線圈阻礙電流變小，導(dǎo)致D將變得更亮，然后逐漸變暗，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。答案AD11.(2017臺(tái)州市高二期中)兩個(gè)相同的白熾燈泡L1和L2接到如圖9所示的電路中，燈L1與電容器串聯(lián)，燈L2與電感線圈串聯(lián)。當(dāng)a、b間接電壓最大值為Um、頻率為f的正弦交流電源時(shí)，兩燈都發(fā)光，且亮度相同。更換一個(gè)新的正弦交流電源后，燈L1的亮度低于燈L2的亮度，新電源兩極的電壓最大值和頻率可能是()圖9A.最大值仍為Um，而頻率大于fB.最大值仍為Um，而頻率小于fC.最大值大于Um，而頻率仍為fD.最大值小于Um，而頻率仍為f解析當(dāng)將a、b接在電壓最大值為Um、頻率為f的正弦交流電源E1兩極之間時(shí)，兩只燈泡都發(fā)光，且亮度相同。而更換一個(gè)新電源后，燈L1的亮度低于燈L2的亮度，則說明線圈的阻礙作用比電容器的小，那么新電源的頻率小，最大電壓值仍不變，B項(xiàng)正確，A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案B