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1、14-54-5 电容器、电感器在交流电路电容器、电感器在交流电路中的作用中的作用目标定位 1.通过实验了解电容、电感对交变电流的阻碍，能够分析简单电路中的电容、电感的作用.2.知道感抗、容抗，了解感抗、容抗与哪些因素有关.一、电容器在交流电路中的作用一、电容器在交流电路中的作用1.电容器对交流电的导通作用(1)实验电路(如图 1)：图 1(2)实验现象：电路中串有电容器时，接通直流电源，灯泡不亮；接通交流电源，灯泡亮.(3)实验结论：交变电流能够通过电容器，直流不能通过电容器.2.电容器对交流电的阻碍作用图 2(1)容抗定义：电容器对交变电流阻碍作用的大小.影响因素：电容器的电容越大，交流的频
2、率越高，容抗越小.2(2)应用隔直电容：如图 2，直流不能通过电容器C，只能经电阻R形成回路.旁路电容：如图 3，C的电容较小，低频信号不能通过，但高频干扰信号可以通过.图 3深度思考(1)交变电流为什么能“通过”电容器？(2)电容器为什么会对交变电流有阻碍作用？答案 (1)把交流电源接到电容器两个极板，电容器交替进行充电和放电，于是电路中就有了电流，好像是交变电流“通过”了电容器，但实际自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质.(2)对于在导线中形成电流的自由电子来说，当电源的电动势推动它们向某一方向做定向运动时，电容器两极板上积聚的电荷就阻碍它们向这个方向运动，这就产生了电容器对交变电流
3、的阻碍作用.例 1 如图 4 所示，电路由交流电源供电，最大电压保持不变，如果交变电流的频率升高，则下列说法中正确的是( )图 4A.电容器上的电荷量最大值增大B.电容器的容抗增大C.电路中灯泡的亮度变亮D.电路中灯泡的亮度变暗解析 当交变电流的频率升高时，电容器的容抗减小，灯泡的亮度变亮，灯泡两端的电压变大，故选项 C 正确，选项 B、D 错误；由QCU可知，选项 A 错误.答案 C3交变电流不同于直流，交变电流能“通过”电容器，所以灯泡会亮.交变电流的频率改变，电容器的容抗改变，电容器两端的电压变化，灯泡两端的电压也随着变化.例 2 如图 5 甲、乙两图是电子技术中的常用电路，a、b是各部
4、分电路的输入端，其中输入的交流高频成分用“”表示，交流低频成分用“”表示，直流成分用“”表示.关于两图中负载电阻R上得到的电流特征是( )图 5A.图甲中R得到的是交流成分B.图甲中R得到的是直流成分C.图乙中R得到的是低频成分D.图乙中R得到的是高频成分解析 当交变电流加在电容器上时，有“通交流，隔直流，通高频、阻低频”的特性，甲图中电容器隔直流，R得到的是交流成分，A 正确，B 错误；乙图中电容器能通过交流高频成分，阻碍交流低频成分，R得到的是低频成分，C 正确，D 错误.答案 AC电容器对交流电的阻碍作用概括为“通交流、隔直流；通高频，阻低频”.二、电感器在交流电路中的作用二、电感器在交
5、流电路中的作用1.实验探究：(如图 6 所示)图 64该实验中直流电源的电压与交流电电压的有效值相等.(1)实验现象：接通直流电源时，灯泡亮些；接通交流电源时，灯泡暗些.(填“亮些”或“暗些”)(2)实验结论：电感线圈对交变电流有阻碍作用.2.感抗：(1)定义：电感器对交变电流阻碍作用的大小.(2)影响因素：线圈的自感系数越大，交流的频率越高，感抗越大.(3)感抗的应用类型区别 低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大较小感抗大小较大较小作用通直流、阻交流通直流、通低频、阻高频深度思考电感器为什么对交变电流有阻碍作用？答案 电感器的阻碍作用是由交变电流通过线圈时的自感电动势引起的，自感系数越大，交变电
6、流的频率越高，自感电动势越大，对电流的阻碍作用越大.例 3 在如图 7 所示的电路中，L为电感线圈，D 为灯泡，电流表的内阻为 0，电压表的内阻无限大，交流电源的电压为u220sin (100t) V.若保持电压的有效值不变，只将电2源的频率改为 100Hz，下列说法中正确的是( )图 7A.电流表的示数增大B.电压表的示数增大C.灯泡变暗D.灯泡变亮解析 由u220sin (100t) V，可得电源原来的频率为fHz50Hz，当2 2100 2电源的频率由原来的 50Hz 增大为 100Hz 时，线圈的感抗增大，在电压不变的情况下，电路5中的电流减小，选项 A 错误.灯泡 D 的电阻是一定的
7、，电流减小时，灯泡 D 实际消耗的电功率PI2R减小，灯泡 D 变暗，选项 C 正确，选项 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 D 两端的电压为UD，则电源电压的有效值为UULUD，因UDIR，故电流I减小时，UD减小，因电源电压的有效值保持不变，故ULUUD增大，选项 B 正确.答案 BC线圈对交变电流感抗的大小不仅与线圈自身(自感系数)有关，还与交变电流的频率有关.交流电的频率越大，感抗越大.三、电阻、感抗、容抗的作用及区别三、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外，还与交变电流的频率有关.若用XC表示容抗，则XC.1 2fC2
8、.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，若用XL表示感抗，则XL2fL.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.例 4 如图 8 所示，当交流电源电压恒为 220V，频率为 50Hz 时，三只灯泡A、B、D的亮度相同，若将交流电的频率改为 100Hz，则( )图 8A.A灯最暗B.B灯最暗C.D灯最暗D.三只灯泡的亮度依然相同解析 当交变电流的频率增大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，所以A灯变暗，B6灯变亮，D灯亮度不变，故 A 正确.答案 A电感器、电容器对交变电流的阻碍作用与交变电流的频率有关，而电阻对交变电流的阻碍作用和交变电流的频率
9、无关.1(容抗及其应用)在如图 9 所示电路中，交变电源是有效值为 220 V 的电源，C是电容器，R是电阻，关于交流电压表的示数，下列说法中正确的是( )图 9A等于 220 V B大于 220 VC小于 220 V D等于零答案 C解析 虽然交变电流能通过电容器，但对交流有阻碍作用，电容器的容抗与电阻串联，根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压，而电压表测的是电阻两端的电压，故选项C 正确2.(感抗及其应用)(多选)如图 10 所示的实验电路中，若交流电压的有效值与直流电压相等，S 为双刀双掷开关，下列叙述中正确的是( )图 10A.当 S 掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗B
10、.当 S 掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮C.S 掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出来时灯变亮D.S 掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时灯变暗答案 AC7解析 线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，并且有铁芯时感抗变大.故选项 A、C 正确.3.(感抗、容抗的区别)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，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用了如图 11 所示的装置电路，其中代号a、b应选择的元件是( )图 11A.a是电容较大的电容器，b是低频扼流圈B.a是电容较大的电容器，b是高频扼流圈C.a是电容较小的电
11、容器，b是低频扼流圈D.a是电容较小的电容器，b是高频扼流圈答案 D解析 a应该将高频成分旁路掉，所以应该用电容较小的电容器；b应该让低频成分通过，所以应该用高频扼流圈.故选项 D 正确.4.(电阻、感抗、容抗的区别)如图 12 所示，把电阻R、电感线圈L、电容器C并联到一交流电源上，三个电流表的示数相同.若保持电源电压大小不变，而将频率降低，则三个电流表的示数I1、I2、I3的关系是( )图 12A.I1I2I3B.I1I2I3C.I2I1I3D.I3I1I2答案 C解析 在交流电路中，当频率减小时，电阻对交流的阻碍作用不变，电感线圈对交流的阻碍作用(感抗)减小，电容器对交流的阻碍作用(容抗
12、)增大.电流与电压、电阻(感抗、容抗)的关系符合欧姆定律.所以R支路电流I1不变，L支路电流I2增大，C支路电流I3减小，选项C 正确.8题组一 容抗及其应用1.(多选)对电容器能通交变电流的原因，下列说法正确的是( )A.当电容器接到交流电源上时，因为有自由电荷通过电容器，电路中才有交变电流B.当电容器接到交流电源上时，电容器交替进行充电和放电，电路中才有交变电流C.在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动D.在有电容器的交流电路中，没有电荷通过电容器答案 BD解析 电容器实质上是通过反复充、放电来实现通电的，并无电荷通过电容器.2.如图 1 所示，白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端，当
13、交流电的频率增加时( )图 1A.电容器电容增加B.电容器电容减小C.灯变暗D.灯变亮答案 D解析 由C可知，C与f无关，故C不变，A、B 错误.交变电流的频率增加，容抗变rS 4kd小，电流变大，故 D 正确.3(多选)如图 2 所示为某电器中电路的一部分，当输入有直流成分、交流低频成分和交流高频成分的电流后，在其输出端得到可调大小的交流低频成分，那么有关各元器件作用的说法，正确的是( )图 2AC1为高频旁路电容器，交流高频成分被该电容器大量分流BR为滑动变阻器，它的滑片上下移动可以改变输出端电压的大小CC2为隔直电容器，交流低频成分通过该电容器输出DC1的电容较大，C2的电容较小9答案
14、ABC解析 据题意，欲得到交流低频，则高频交流应通过C1滤掉，直流自然不能通过C2到达输出端，因此C1的作用是高频旁路，其电容应较小；R是起调节输出电压的作用；C2的作用是隔直流，通低频交流，因此其电容较大题组二 感抗及其应用4.如图 3 所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为 220V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是( )图 3A.等于 220VB.大于 220VC.小于 220VD.等于零答案 C解析 电感线圈对交变电流产生感抗，具有“通直流、阻交流，通低频、阻高频”的作用，故 C 正确.5.一个灯泡通过一个线圈与一交流电源相连接，如图 4 所示.将一铁块插进线圈之后，该灯将
15、( )图 4A.变亮B.变暗C.没有影响D.无法判断答案 B解析 插入铁块改变了电感的自感系数，自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，灯泡上的电压减小，所以灯变暗.6如图 5 所示，两个同学利用图示装置做实验，第一位同学使ab在导轨上匀速运动，第二位同学使ab在导轨上做变速运动，但两位同学对ab杆做的功一样多第一位同学的方法小灯泡消耗的电能为W1，第二位同学的方法小灯泡消耗的电能为W2，它们相比较( )10图 5AW1W2 BW1W2CW1W2 D不能比较答案 B解析 ab棒匀速运动时，产生的感应电动势是恒定的，感应电流也是恒定的，因此在线圈上不会产生感抗，所以通过小灯泡的电流大，消耗的电能
16、多；当ab变速运动时，产生的感应电动势是变化的，感应电流也是变化的，在线圈上产生感抗，使通过小灯泡的电流减小，因此消耗的电能少，故选项 B 正确题组三 电阻、感抗和容抗的区别7电源的电压与交流电压的有效值相同，自感线圈的直流电阻不计，则灯泡发光最亮的图是下图中的( )答案 D解析 电容C、电感L都对交变电流有阻碍作用，故 A、B 两图中灯不是最亮的；C 图中灯被短路，灯泡不亮；D 图中电容C有隔直流作用，所以 D 中灯泡最亮8.(多选)如图 6 所示的电路中，A、B、C 三灯亮度相同，电源为 220V、50Hz 的交流电源，以下叙述中正确的是( )图 6A.改接 220V、100Hz 的交流电源时，A 灯变亮，B 灯变暗，C 灯亮度不变B.改接 220V、100Hz 的交流电源时，A 灯变暗，B 灯变亮，C 灯变亮11C.改接 220V 的直流电源时，A 灯熄灭，B 灯变亮，C 灯亮度不变D.
