浙江省2018-2019版高中物理 第五章 交變電流 第3課時 電感和電容對交變電流的影響學(xué)案 新人教版選修3-2.doc
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第3課時電感和電容對交變電流的影響研究選考把握考情知識內(nèi)容電感和電容對交變電流的影響考試要求加試b教學(xué)要求1.知道電感器對交變電流有阻礙作用2.知道電感器對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)是電容器交替地進行充、放電5.知道電容器對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7.能利用電感器、電容器的特點定性分析簡單的問題8.進一步認識交變電流與直流的區(qū)別說明不要求知道感抗、容抗的概念知識點一電感器對交變電流的阻礙作用基 礎(chǔ) 梳 理1.實驗探究:(1)實驗?zāi)康模毫私獠Ⅱ炞C電感線圈對交變電流的阻礙作用。(2)實驗電路:取直流電源的電壓與交流電壓的有效值相等。(3)實驗現(xiàn)象:接通直流電源時,燈泡亮些;接通交流電源時,燈泡暗些。(兩個空均選填“亮些”或“暗些”)(4)實驗結(jié)論: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強弱的因素線圈的自感系數(shù)越大,交流的頻率越高,對交變電流的阻礙作用越強。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 精 講1.阻礙作用產(chǎn)生的原因: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,當電源的頻率由原來的50 Hz增大為100 Hz時,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A錯誤;燈泡D的電阻是一定的,電流減小時,燈泡D實際消耗的電功率PI2R減小,燈泡D變暗,選項C正確,選項D錯誤;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,UD減小,因電源電壓的有效值保持不變,故ULUUD增大,選項B正確。答案BC【跟蹤訓(xùn)練1】 一個燈泡通過一個粗導(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)由于磁場變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢總是反抗電流變化。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項正確。答案B【跟蹤訓(xùn)練2】 如圖3是可調(diào)燈泡亮度的臺燈電路示意圖,其中電路更合理的是_。圖3解析乙中調(diào)節(jié)L可達到調(diào)節(jié)臺燈兩端電壓的作用,從而調(diào)節(jié)臺燈的亮度。甲圖也可調(diào)節(jié)臺燈的亮度,但變阻器要消耗電能,故甲圖不合理。答案乙知識點二電容器對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)實驗電路(如圖4):圖4(2)實驗現(xiàn)象:電路中串有電容器時,接通直流電源,燈泡不亮;接通交流電源,燈泡亮。(3)實驗結(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 精 講1.交變電流“通過”電容器的原因及阻礙的成因(1)當接到交流電源上時,電源使導(dǎo)線中的自由電荷向某一方向定向移動,對電容器進行“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,此電場的電場力阻礙著電荷的定向移動,其表現(xiàn)就是電容器在交變電流通過時的阻礙作用。2.對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,電容大時電壓小,電場力對電荷充電時的阻礙作用力就小,所以阻礙作用就小。(2)交流的頻率:交流的頻率越高,充電和放電的時間就短,相同電路電容器上聚集的電荷就少,電容器所達到的電壓就小,排斥充電和放電的電場力就小,所以阻礙作用就小?!纠?】 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交變電流的頻率升高時,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C正確,選項B、D錯誤;由QCU可知,選項A錯誤。答案C名師點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。【跟蹤訓(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25 mH的高頻扼流圈,C是一個100 pF的電容器,R是負載電阻。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遠大于高頻交流所占的百分比解析L是一個自感系數(shù)很小的高頻扼流圈,其作用是“通低頻,阻高頻”,選項A正確;C是一個電容很小的電容器,在題圖所示電路中,對高頻交流的容抗遠小于對低頻交流的容抗,其作用是“通高頻,阻低頻”,選項C正確;因電路中無直流電流,選項B錯誤;由于L對高頻交流的阻礙作用和C對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大于高頻交流所占的百分比,選項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,則燈泡發(fā)光最亮的是圖中的()解析電容器、電感線圈都對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D正確。答案D2.關(guān)于電阻、電感器、電容器對電流阻礙作用的說法正確的是()A.電阻對直流和交變電流的阻礙作用相同B.電感對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,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直流電和交變電流相同,選項A正確;純電感線圈對直流電沒有阻礙作用,對交變電流有阻礙作用,選項B錯誤;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C錯誤;電阻的阻值與交變電流的頻率無關(guān),電感器對交流的阻礙作用隨交變電流頻率的增大而增大,電容器對交流的阻礙作用隨交變電流頻率的增大而減小,選項D錯誤。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)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.實驗表明電感對交變電流有阻礙作用解析實驗結(jié)果是A比B亮,選項A正確,選項B、C錯誤;該實驗表明電感對交變電流有阻礙作用,選項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A錯誤;直流電不能通過電容器,選項B正確;B燈發(fā)光表明交變電流能夠通過電容器,選項C正確;交變電流通過電容器的實質(zhì)是電容器不斷充電、放電,并不是真正流過電容器,選項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變亮解析當交變電流的頻率變小時,線圈的感抗變小,電容器的容抗變大,因此b變亮,c變暗,又因為電阻在直流和交流電路中起相同的作用,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備選項中至少有一個是符合題目要求的。)1.有關(guān)電感對交變電流的影響的以下說法中,正確的是()A.電感對交變電流有阻礙作用B.電感對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,電感對交變電流的阻礙作用就越大解析電感對交變電流有阻礙作用,A項正確;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,對交變電流的阻礙作用越大,B、C項錯誤,D項正確。答案AD2.有兩個電容分別為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,電容器對交變電流的阻礙作用越小,電容越大,阻礙作用越小,故C項正確。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。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,當將雙刀雙擲開關(guān)接到直流電源上時,燈泡的實際功率為P1,而將雙刀雙擲開關(guān)接在交流電源上時,燈泡的實際功率為P2,(線圈的直流電阻不計)則()圖3A.P1P2B.P1P2C.P1P2,故B正確。答案B6.如圖4所示,兩個同學(xué)利用圖示裝置做實驗,第一位同學(xué)使ab在導(dǎo)軌上勻速運動,第二位同學(xué)使ab在導(dǎo)軌上做變速運動,但兩位同學(xué)對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.W1W2C.W1W2 D.不能比較解析勻速運動時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是恒定的,感應(yīng)電流也是恒定的,線圈對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ab做變速運動時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是變化的,感應(yīng)電流也是變化的,線圈對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,測量Uad5.0 V,Uab0,Ubc5.0 V,Ucd0。則電路故障可能是()圖5A.滑動變阻器R1斷路B.電容器C被擊穿C.電阻R2斷路D.電感線圈L斷路解析當用電壓表去判斷電路故障時,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,電壓表就會有示數(shù)。即當電壓表有示數(shù)時,電源兩極與電壓表兩接線柱間的電路無斷點。由題意UadUbc5.0 V可知ab、cd間為通路,A、C錯誤;若電容器被擊穿,則Ubc將為零,B錯誤。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,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F的轉(zhuǎn)速增大B.使發(fā)電機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F的轉(zhuǎn)速增大,電動勢增大,頻率增大,電容器阻礙作用減小,電流增大,選項A正確;同理分析可知選項B錯誤;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C錯誤;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D錯誤。答案A9.(2017紹興高二期中)如圖7所示電路中,L是一個不計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,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換成一個既含有高頻信號又含有低頻信號的信號源,則當開關(guān)與2接通時,通過B燈的主要是高頻信號解析開關(guān)S與1接通時,線圈阻礙電流的增大,所以燈B逐漸變亮,A項正確;開關(guān)S與2接通后,由于線圈L對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項錯誤;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項錯誤;線圈對交流電有通低頻阻高頻的作用,所以若將電源2換成一個既含有高頻信號又含有低頻信號的信號源,則當開關(guān)與2接通時,通過B燈的主要是低頻信號,D項錯誤。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,當斷開S,由于線圈的自感作用,D不會變得更亮,將漸漸變暗,A項正確,B項錯誤;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,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項錯誤,D項正確。答案AD11.(2017臺州市高二期中)兩個相同的白熾燈泡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a、b間接電壓最大值為Um、頻率為f的正弦交流電源時,兩燈都發(fā)光,且亮度相同。更換一個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,兩只燈泡都發(fā)光,且亮度相同。而更換一個新電源后,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項正確,A、C、D項錯誤。答案B- 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