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1、第3节交流电路中的电容和电感学 习 目 标知 识 脉 络1.电感、电容对交变电流的阻碍作用(重点)2.感抗的概念及影响感抗大小的因素(难点)3.容抗概念及影响容抗大小的因素(难点)4.利用电感和电容对交变电流的影响分析交变电路(重点)电 容 、 电 感 对 直 流 和 交 流 的 影 响1实验电路如图331所示，将双刀双掷开关S分别接到电压相等的直流电源和交流电源上，观察灯泡的亮暗(三只灯泡相同)图3312实验现象L1L2L3直流电源(S2断开)亮不亮亮交流电源(S2断开)亮较亮较暗交流电源(S2闭合)亮亮较暗3.实验表明(1)电阻器对直流和交流的影响是相同的；(2)电容器不能让直流通过却能让
2、交流通过，但对交流有一定的阻碍作用；(3)电感器既能让直流通过也能让交流通过，但对交流有一定的阻碍作用1电阻器对直流和交流的阻碍作用是不同的()2电感器对恒定电流不起阻碍作用()3电容器对交流电流不起阻碍作用()直流电路和交流电路中影响电压和电流关系的因素一样吗？【提示】不完全一样直流电路中影响电压和电流关系的是电阻，而交流电路中影响电压和电流关系的不仅有电阻，还有线圈的感抗与电容器的容抗，它们对交变电流表现出不同的行为，存在着不同的作用，有着本质的区别我们日常生活中使用的220 V交流的电容设备，如洗衣机等探讨1：这些电容设备的金属外壳是否需要接地？【提示】需要接地探讨2：为什么要接地？若不
3、接地，有时触摸外壳会有什么感觉？【提示】与电源相连的机芯与金属外壳可以看做电容器的两个极板，交变电流能够通过这个“电容器”外壳上带有电荷，用手摸外壳，将电荷通过人体导入地下，人会感到“麻手”，虽然这点“漏电”不会造成人身危害，但为了在机芯与外壳间真的漏电时确保安全，电气设备外壳都应该接地1电容对交变电流的阻碍作用(1)实验演示及现象如图332所示，将白炽灯泡和电容器串联在电路中接通直流电源时，灯泡不亮；接通有效值与直流电源相同的交流电源时，灯泡亮图332(2)实验结论交变电流能够“通过”电容器(3)实验现象的本质直流不能“通过”电容器，是因为电容器两极板之间的绝缘介质阻隔了自由电荷的通过当把电
4、容器接在交流电源两端，在交变电压的作用下当电源电压升高时，电容器充电，电路中形成充电电流，如图333甲所示；当电源电压降低时，电容器放电形成放电电流，如图乙所示在交变电压变化的一个周期内电容器交替进行充电放电，电路中就有了持续的交变电流，好像交变电流“通过”了电容器，实际上是自由电荷并没有从电容器两极板间通过图3332电感对交变电流的阻碍作用(1)实验演示及现象如图334所示，将电感器与白炽灯泡串联在电路中接通直流电源时，灯泡亮些；接通有效值与直流电源相同的交流电源时，灯泡变暗图334(2)实验结论电感器对交变电流有“阻碍”作用(3)实验现象的本质电感器是用金属导线绕制成的当直流电通过线圈时，
5、由于电流不变，自感现象不会发生，线圈相当于导线，对直流电路没有影响交变电流通过线圈时，由于电流时刻都在变化，所以自感现象就会不断地发生，而自感电动势总是要阻碍线圈中原来电流变化的，所以电感器对交变电流有阻碍作用3归纳总结(1)电容器不能让直流电通过却能让交流电通过，但对交流电有一定的阻碍作用(2)电感器既能让直流电通过也能让交流电通过，但对交流电有一定的阻碍作用1直流电源的电压与交流电源电压的有效值相同，自感线圈的直流电阻不计，则灯泡发光最亮的是图335中的()图335【解析】电容C、电感L都对交流电有阻碍作用，故A、B两图中灯不是最亮的；C图中灯被短路，不亮；D图中电容C有隔直流作用所以D中
6、灯泡最亮【答案】D 2如图336所示的电路中，正弦交流电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是()图336A等于220 VB大于220 VC小于220 VD等于零【解析】虽然交变电流能通过电容器，但也受到阻碍作用，电容器与电阻串联，根据分压原理可知电阻两端的电压小于电源电压，电压表测的是电阻两端的电压，即电压表的示数小于220 V，故C正确【答案】C1电容器不允许直流电通过，允许交流电通过但对交流电有阻碍作用2电阻不计的线圈对直流电无阻碍作用，相当于短路，对交流电有阻碍作用电 容 器 的 容 抗 及 其 应 用1容抗电容器对交流有一定的阻碍作用2影响容抗的因素电容器
7、的电容和交变电流的频率，电容越大，频率越高，容抗越小3实际应用隔直电容器“隔直流，通交流”高频旁路电容器“阻低频，通高频”1电容器在交变电路中，相当于一个电阻具有分压作用()2交流电的频率越低，电容器对其阻碍作用越大()3电容器是通直流、阻交流，通高频、阻低频()为什么电容器与直流电源相连时，不能形成持续的电流？【提示】当电容器与直流电源的两极相连接时，接通的瞬间因电容器充电产生瞬时电流，充电完毕后，电容器两极板间电压与电源两极间电压相等，电路中没有电流如图337所示的电路，当双刀双掷开关接通直流电源，灯泡不亮；当双刀双掷开关接通交流电源(电压有效值与直流电源相等)，灯泡亮了，当交变电流的频率
8、变大时，灯泡亮度变亮图337探讨1：交流电源使灯泡亮了，交流电的自由电子真的通过电容器了吗？【提示】没有电容器在周期性交变电压的作用下，不断地充电、放电，电路中就会形成持续的交变电流；自由电子并不能通过电容器两极间的绝缘介质探讨2：为什么高频率的交变电流会使灯泡更亮些？【提示】电容器对交变电流有阻碍作用，频率越高阻碍作用越小1电容器对交变电流的阻碍作用对导线中形成电流的自由电荷来说，当电源电压推动它们向某一方向做定向运动时，电容器极板上积累的电荷却阻碍它们向该方向做定向运动，这就产生了电容对交流电的阻碍作用2容抗(1)定义：电容器对交变电流的阻碍作用(2)容抗的大小由电容器的电容和交变电流的频
9、率共同决定电容器的电容越大，交变电流的频率越高，容抗就越小；电容器的电容越小，交变电流的频率越低，容抗就越大容抗XC，表示容抗与交变电流频率f和电容C都成反比(3)容抗XC的单位是欧姆，在交变电路中类似于一个电阻3电容器在电路中的作用(1)“隔直流，通交流”的作用：因为电容器两极板间是绝缘的，所以有“隔直”作用，而对交变电流，电容器交替进行充电、放电，电路中就有了电流，所以有“通交”作用如隔直电容器(2)“通高频，阻低频”的作用：电容较小的电容器，对高频交流电的容抗小，阻碍小；对低频交流电的容抗大、阻碍大因此这种电容器用来“通高频、阻低频”，如高频旁路电容器4电容器对交变电流作用的应用(1)隔
10、直电容器，如图338所示，作用是“通交流、隔直流”，因为直流电不能通过电容器，交流电能“通过”电容器起这样作用的电容器电容要大些图338图339(2)高频旁路电容器，如图339所示，作用是“通高频、阻低频”，因为对不同频率的交流电，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大，即电容对低频交变电流阻碍作用大，对高频交变电流阻碍作用小起这样作用的电容器电容要小些3关于电容器能够通交变电流的原因，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，电路中才有电流C在有电容器的交流电路中，没有电荷定向移动D以上说法均
11、不正确【解析】当把电容器接到交流电源上时，因为电流的大小和方向随时间做周期性变化，使电容器交替充电、放电，电路中就有了电流所以只有选项B正确【答案】B4(多选)电容器对交变电流影响的以下说法中正确的是()A电容器对交变电流有阻碍作用B电容器对交变电流的阻碍作用越小，容抗越大C电容器具有“通直流、隔交流，通低频、阻高频”的作用D电容器的电容越大、交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越小【解析】电容器对交变电流有阻碍作用，这种阻碍作用与交变电流的频率和电容器的电容有关，频率越高，电容越大，阻碍作用越小【答案】AD5(多选)如图3310所示，平行板电容器与灯泡串联，接在交流电源上的灯泡正
12、常发光，则()图3310A把电介质插入电容器，灯泡一定变亮B把电容器两极板距离增大，灯泡一定变亮C使电容器两极板正对面积减小，灯泡一定变亮D使交流电频率增加，灯泡变亮【解析】由电容器电容的决定式C可知：插入电介质，电容C增大；极板间距离d增大，C减小；减小两极板正对面积，C减小因电容越大，容抗越小，对交变电流的阻碍作用越小，故A正确，B、C错；电容器具有“通高频、阻低频”的作用，交流电频率越高，对电流阻碍作用越小，故D正确【答案】AD电容器及其电容的特点1当电容器与直流电源相连时，接通的瞬间因电容器充电产生瞬时电流充电完毕后，电容器两极板间电压与电源两极间电压相等，电路中没有电流，但是当电容器
13、与交流电源相连时，由于交流电压不断变化，所以电容器不断充电、放电，形成充、放电电流2电容器的电容是由电容器本身结构决定的，与电源的频率无关当电源频率升高时，电路中充、放电速度加快，容抗减小，电流增大，灯泡变亮 电 感 器 的 感 抗 及 其 应 用1感抗电感对交流的阻碍作用2影响感抗的因素电感器的自感系数和交变电流的频率自感系数越大、交变电流的频率越高，感抗越大3实际应用低频扼流圈“阻交流，通直流”高频扼流圈“阻高频，通低频”1电感对交变电流阻碍作用越大，感抗就越小()2交流电的频率越低，电感器对其的阻碍作用越弱()3高频扼流圈比低频扼流圈的匝数多，自感系数大()纯电感线圈对交流电流和直流电流
14、都有阻碍作用吗？【提示】纯电感线圈对交流电流有阻碍作用，而对直流电流没有阻碍作用如图3311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3311探讨1：对比两种情况下灯泡的亮度有什么不同？说明了什么？【提示】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探讨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？【提示】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1电感器对交变电流阻碍作用的原因交变电流通过线圈时，由于交变电流的大小和方向随时间做周期性变化，线圈的自感电动势要阻碍电流的这种变化，这就是电感对交变电流的阻碍作用2感抗电感线圈对电流的阻碍作用感抗用“XL”表示，XL2fLL.其中f是交流电的频率，L是线圈的自感系数3感抗与电感的关系电感线圈对交变电流阻碍
