《2017教科版高中物理选修（3-2）第2章 第4、5节《电容器在交流电路中的作用 电感器在交流电路中的作用》word学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017教科版高中物理选修（3-2）第2章 第4、5节《电容器在交流电路中的作用 电感器在交流电路中的作用》word学案（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学案学案 5 5 电容器在交流电路中的作用电容器在交流电路中的作用电感器在交流电路中的作用电感器在交流电路中的作用目标定位 1.通过演示实验了解电感器和电容器对交变电流的阻碍和导通作用.2.知道感抗和容抗的物理意义以及与哪些因素有关.3.能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用一、电容器对交流电的阻碍作用问题设计如图 1 甲、乙所示，把灯泡和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，观察灯泡的发光情况图 1(1)分析电容器能通交流的原因(2)若把图乙中的电容器去掉，变成图丙所示电路，会发生什么现象？说明了什么？(3)在图乙中，改变电容器的电容和电源频率，灯泡亮度会有什么变
2、化？答案 (1)把交流电源接到电容器两个极板上后，当电源电压升高时，电源给电容器充电，电荷向电容器极板上聚集，在电路中，形成充电电流；当电源电压降低时，电容器放电，电荷从极板上流出，在电路中形成放电电流电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流“通过”了电容器，但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质(2)灯泡变得比乙中亮，说明电容器对交变电流有阻碍作用(3)电容变大时，灯泡变亮；频率增大时，灯泡变亮要点提炼1容抗：电容器对交流电的阻碍作用2影响容抗的因素：电容器的电容越大，交流电的频率越高，容抗越小3注意：电容器能通交变电流，并不是电荷真的穿过了电容器4电容器在电路中的
3、作用：通交流，隔直流；通高频，阻低频. 二、电感器对交流电的阻碍作用问题设计如图 2 所示，把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，取直流电源的电压与交流电压的有效值相等图 2(1)对比两种情况下灯泡的亮度有什么不同？说明了什么？(2)乙图中换用自感系数更大的线圈或调换频率更高的交流电源，灯泡的亮度有何变化？说明了什么？答案 (1)甲图中灯泡比乙图中灯泡更亮，说明电感器对交变电流有阻碍作用(2)不论是换用自感系数更大的线圈还是调换频率更高的交流电源，灯泡均变得更暗，说明线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，线圈对交流电的阻碍作用越大要点提炼1感抗：电感
4、器对交变电流的阻碍作用的大小2影响感抗的因素：线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，感抗越大3注意：电感器的感抗是由变化的电流在线圈中产生的感应电动势引起的，与制成线圈导体的电阻无关4扼流圈是利用电感对交变电流的阻碍作用制成的电感线圈(1)高频扼流圈高频扼流圈的自感系数很小，只对高频交变电流有较大的阻碍作用，对低频交变电流的阻碍作用较小，对直流电流的阻碍作用更小它具有“通直流，通低频，阻高频”的作用(2)低频扼流圈低频扼流圈的自感系数很大，既使交流的频率较低，它产生的感抗也很大它具有“通直流，阻交流”的作用三、电阻、感抗、容抗的作用及区别1容抗的大小除了与电容自身的性质有关，还与交变电流的频率
5、有关，频率越高，容抗越小(填“大”或“小”)2感抗的大小除了与电感线圈自身的性质有关外，还与交变电流的频率有关，频率越高，感抗越大(填“大”或“小”)3电阻无论对直流还是交流，阻碍作用相同，只取决于电阻本身一、对容抗的理解例 1 如图 3 所示，接在交流电源上的灯泡正常发光，以下说法正确的是 ( )图 3A把电介质插入电容器，灯泡变亮B增大电容器两极板间的距离，灯泡变亮C减小电容器两极板间的正对面积，灯泡变暗D使交变电流频率减小，灯泡变暗解析 把电介质插入电容器，电容变大，容抗变小，电容器对交变电流阻碍作用变小，所以灯泡变亮，故 A 正确；增大电容器两极板间的距离，电容变小，电容器对交变电流阻
6、碍作用变大，所以灯泡变暗，故 B 错误；减小电容器两极板间的正对面积，电容变小，灯泡变暗，故 C 正确；使交变电流频率减小，电容器对交变电流阻碍作用变大，灯泡变暗，故 D 正确答案 ACD二、对感抗的理解例 2 如图 4 所示的实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S 为双刀双掷开关，下列叙述正确的是( )图 4A当 S 掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗B当 S 掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮CS 掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮DS 掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗解析 线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，当交流电频率减小时，感抗变小，灯变
7、亮，并且是有铁芯时感抗更大，故铁芯抽出时灯变亮，故 A、C 正确答案 AC三、电阻、感抗、容抗的对比例 3 如图 5 所示，电路中完全相同的三只灯泡 L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联，然后再并联到 220 V、50 Hz 的交流电路上，三只灯泡亮度恰好相同若保持交变电压不变，将交变电流的频率增大到 60 Hz，则发生的现象是( )图 5A三灯亮度不变B三灯均变亮CL1亮度不变、L2变亮、L3变暗DL1亮度不变、L2变暗、L3变亮解析 当交变电流的频率变大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，因此 L3变亮，L2变暗又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故 L1亮度不变，所以
8、选 D.答案 D四、电感器、电容器在电路中的应用例 4 在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分，又有低频成分，经放大后送到下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输送到再下一级，可以采用如图 6所示电路，其中a、b应选择的元件是 ( )图 6Aa是电容较大的电容器，b是低频扼流圈Ba是电容较大的电容器，b是高频扼流圈Ca是电容较小的电容器，b是低频扼流圈Da是电容较小的电容器，b是高频扼流圈解析 电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容较小，所以a处放电容较小的电容器，电感线圈在该电路中要求起到通低频、阻高频的作用，b处接一个高频扼流圈，D 对答案 D电容器和电感
9、器在交流电路中的作用Error!1(对容抗的理解)如图 7 所示，白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端，当交流电源的频率增大时 ( )图 7A电容器电容增大 B电容器电容减小C灯变暗 D灯变亮答案 D解析 电容器的电容是由电容器本身的特性决定的，与外加的交流电源的频率无关，选项 A、B错误当交流电源的频率增大时，电容器充、放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，灯变亮，故选项 C 错误，D 正确2. (对感抗的理解)在如图 8 所示的电路中，L为电感线圈，灯泡的电阻为R，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u220sin (100t) V若保持电压的有效值不变，只2将电源频率
10、改为 100 Hz，下列说法正确的是( )图 8A电流表示数增大B电压表示数增大C灯泡变暗D灯泡变亮答案 BC解析 由u220sin (100t) V，可得电源原来的频率f Hz50 Hz，当电源2 2100 2频率由原来的 50 Hz 增为 100 Hz 时，线圈的感抗增大，在电压不变的情况下，电路中的电流减小，选项 A 错误；灯泡的电阻R是一定的，电流减小时，实际消耗的电功率(PI2R)减小，灯泡变暗，选项 C 正确，D 错误；电压表与电感线圈并联，其示数为线圈两端的电压UL，设灯泡两端电压为UR，则电源电压的有效值为UULUR，因URIR，故电流I减小时，UR减小，因电源电压的有效值保持
11、不变，故ULUUR增大，选项 B 正确3. (电阻、感抗、容抗的对比)如图 9 所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略(两电源的电动势相同)单刀双掷开关 S 接A时，三个灯亮度相同，那么 S 接B时( )图 9A三个灯亮度相同B甲灯最亮，丙灯不亮C甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮D只有丙灯不亮，乙灯最亮答案 D解析 开关 S 接A时，甲、乙、丙三个支路均有交流电通过，开关 S 接B时，电路处于直流工作状态电容器C“隔直流、通交流”；电感线圈L“阻交流、通直流”；R对交流电、直流电有相同的阻抗可判断 S 接B时电路中I丙0，I甲不变，I乙增大；又因为灯泡亮度与功率(PI2R)成正比，所以只有
12、丙灯不亮，乙灯最亮.题组一 对容抗的理解1对交变电流通过电容器的理解正确的是( )A交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体B交变电流定向移动的电荷通过电容器两极板间的绝缘介质C交变电流能够使电容器交替进行充电、放电，电路中就有了电流，表现为交变电流通过了电容器D交变电流通过了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器极板间的绝缘介质(击穿除外)答案 CD解析 电流能“通过”电容器，并非自由电荷真的通过电容器两极板间的绝缘介质，而是交变电流交替对电容器充、放电，电路中有了电流，表现为交变电流通过了电容器2有两个电容器的电容分别为C15 F 和C23 F，分别加在峰值一定的正弦交流电源上，在下列
13、各种情况下，哪一种情况通过电容器的电流最大( )A在C1上所加交变电流频率为 50 HzB在C2上所加交变电流的频率为 50 HzC在C1上所加交变电流的频率为 100 HzD在C2上所加交变电流的频率为 100 Hz答案 C解析 电容越大，交变电流频率越大，容抗越小，电流越容易通过电容器C1C2,100 Hz50 Hz，所以 C 正确3如图 1 所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表 A 的示数增大，可行的办法是 ( )图 1A使发电机F的转速增大B使发电机F的转速减小C在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质D使电容器两极板间的距离增大答案 A解析 当发电机转速增大时，
14、交变电流的频率增大，容抗减小，电流表 A 的读数增大，A 项正确，B 项错误；在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时，电容器的电容减小，电容器两极板间距离增大时电容也减小，当电容减小时，容抗增大，对交变电源的阻碍作用增大，电流表 A 示数减小，C、D 两项均错误题组二 对感抗的理解4. 一个灯泡通过一个粗导线线圈与一交流电源相连接，如图 2 所示一铁棒插进线圈后，该灯将( )图 2A变亮B变暗C对灯的亮度没影响D无法判断答案 B解析 在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势，总是阻碍电流变化，正是这种阻碍变化的特性，使线圈产生了感抗加入铁芯改变了电感线圈的自感系数，使自感系数增大，感抗增大，
15、降落的电压增大，灯泡两端的电压减小，所以灯变暗5. 如图 3 所示，输入端a、b的输入电压既有直流成分，又有交流成分，以下说法中正确的是(L的直流电阻不为零但较小)( )图 3A直流成分只能从L通过B交流成分只能从R通过C通过R的既有直流成分又有交流成分D通过L的直流成分比通过R的直流成分要大答案 CD解析 由于线圈L的直流电阻不为零，所以有直流通过R，而线圈对交流有阻碍作用，因此也有交流成分通过R，B 错，C 正确；由于R对交流也有阻碍作用，所以也有交流成分通过L，A错；因为线圈的直流电阻较小，所以通过线圈的直流成分比通过R的要大，D 正确题组三 电阻、感抗、容抗的对比6. 如图 4 所示，
16、甲、乙是规格相同的灯泡，接线柱a、b接电压为U的直流电源时，无论电源的正极与哪一个接线柱相连，甲灯均能正常发光，乙灯完全不亮当a、b接电压的有效值为U的交流电源时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光，则下列判断正确的是( )图 4A与甲灯串联的元件x是电容器，与乙灯串联的元件y是电感线圈B与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是电容器C与甲灯串联的元件x是二极管，与乙灯串联的元件y是电容器D与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是二极管答案 B解析 由a、b接直流电流时的现象可知，元件x“通直流”，元件y“隔直流”，由a、b接交流电源时的现象可知，元件x“阻交流”，元件y“通交流”，根据电容器和电感线圈的特点，可判断元件x是电感线圈，元件y
