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1、3 3电感和电容对交变电流的影响电感和电容对交变电流的影响一、电感器对交变电流的阻碍作用1.感抗:电感器(线圈)对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示。2.感抗大小:与交变电流的频率有关,与电感器的自感系数有关。交变电流的频率越高,则电感器的感抗越大。线圈的自感系数越大,则电感器的感抗越大。3.低频扼流圈对低频交变电流有很大的阻碍作用,对直流的阻碍作用较小,即“通直流,阻交流”;高频扼流圈对低频交变电流的阻碍作用较小,对高频交变电流的阻碍作用较大,即“通低频,阻高频”。二、电容器对交变电流的阻碍作用1.交变电流能够通过电容器交变电流能够通过电容器,直流不能通过电容器。2.容抗:电容器对交变电流阻碍
2、作用的大小用容抗表示。3.容抗大小:与交变电流的频率有关,与电容器的电容有关。交变电流的频率越高,则电容器的容抗越小。电容器的电容越大,则电容器的容抗越小。4.电容器对电流的作用:通交流、隔直流,通高频、阻低频。自我检测1.正误判断。(1)绕制线圈的导线电阻可以忽略时,线圈对交变电流没有阻碍作用。()解析:电感器对交变电流有阻碍作用。答案:(2)交变电流的频率越高,电感器对交变电流的阻碍作用越大。()解析:交变电流的频率越高,线圈的感抗越大。答案:(3)高频扼流圈可以“通高频,阻低频”。()解析:高频扼流圈的作用是“通直流、通低频、阻高频”。答案:(4)直流能通过电容器。()解析:直流不能通过
3、电容器。答案:(5)电容器的电容越大,容抗就越大。()解析:电容器的电容越大,容抗就越小。答案:(6)电气设备和电子仪器的金属外壳都应该接地。()解析:金属外壳与机芯形成电容器,为了安全,金属外壳都应该接地。答案:2.(多选)以下有关电感器对交变电流的影响的说法中正确的是()A.电感器对交变电流有阻碍作用B.电感器对交变电流阻碍作用的大小与交变电流的频率无关C.电感器对某一交变电流的阻碍作用跟线圈的自感系数无关D.线圈的自感系数越大,交变电流的频率越高,电感器对交变电流的阻碍作用就越大解析:电感器对交变电流有阻碍作用,A项正确;其阻碍作用的大小与交变电流的频率有关,与线圈的自感系数有关,自感系
4、数越大,频率越高,对交变电流的阻碍作用越大,B、C项错误,D项正确。答案:AD3.交变电流通过一段长直导线时,电流为I,如果把这根长直导线绕成线圈,再接入原电路,通过线圈的电流为I,则()A.IIB.IIC.I=ID.无法比较解析:长直导线的自感系数很小,其对交变电流的阻碍作用可以看作是纯电阻,流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用。当导线绕成线圈后,电阻值未变,但自感系数增大,对交变电流的阻碍作用不但有电阻,而且有线圈的阻碍作用(感抗)。阻碍作用增大,电流减小。答案:B探究一探究二电感对交变电流的阻碍作用电感对交变电流的阻碍作用问题探究如图所示,把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来,先把它们接
5、到直流电源上,再把它们接到有效值等于直流电源电压的交流电源上。(1)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?探究一探究二要点提示:(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,交变电流的频率越高,线圈对交变电流的阻碍作用越大。探究一探究二知识归纳1.电感器对交变电流的阻碍作用的原因通过线圈的电流大小和方向变化,都会引起通过线圈的磁通量发生变化,从而产生感应电动势,这种现象就是自感
6、现象。根据楞次定律,自感电动势所引起的感应电流总是要使它产生的磁场阻碍线圈内原有磁场的变化,所以自感电动势对线圈中电流的变化有阻碍作用,这样就形成了对交变电流的阻碍作用,电感对交变电流阻碍作用的大小就称为感抗。2.感抗的两个决定因素决定感抗大小的因素有两个:一是交变电流的频率,二是自感系数L。L决定于线圈本身的性质,即线圈匝数、横截面积、有无铁芯等因素。探究一探究二3.低频扼流圈和高频扼流圈的结构和特性比较 探究一探究二典例剖析【例题1】(多选)在如图所示的电路中,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u=220 sin(100t) V。若保持电压的有效
7、值不变,只将电源的频率改为100 Hz,下列说法中正确的是()A.电流表的示数增大B.电压表的示数增大C.灯泡变暗D.灯泡变亮探究一探究二圈的感抗增大,在电源电压有效值不变的情况下,电路中的电流减小,选项A错误。灯泡D的电阻是一定的,电流减小时,灯泡D实际消耗的电功率P=I2R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U=UL+UD,因UD=IR,故电流I减小时,UD减小,因电源电压的有效值保持不变,故UL=U-UD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
8、,还与交变电流的频率有关。交变电流的频率越大,感抗越大。探究一探究二变式训练变式训练1(多选)如图所示实验电路中,若直流电压和交流电压的有效值相等,S为双刀双掷开关,下面叙述正确的是()A.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C.S掷向c、d,把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮D.S掷向c、d,电源电压不变,而使频率减小时,灯变暗解析:线圈对恒定电流无感抗,对交变电流有感抗,当交变电流频率减小时,感抗变小,灯变亮,并且是有铁芯时感抗更大,故铁芯抽出时灯变亮。答案:AC探究一探究二电容器对交变电流的阻碍作用电容器对交变电流的阻碍作用问题探究如图甲、
9、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。(1)观察灯泡的发光情况,并分析原因。(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化?说明了什么?探究一探究二要点提示:(1)甲图中的灯泡不亮,乙图中的灯泡亮。甲图中的电源是直流电源,电容器在电路中是断路,电路中没有电流,灯泡不亮。乙图中的电源是交流电源,把交流电源接到电容器两个极板上后,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,灯泡就亮了,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。
10、(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,灯泡变亮;频率变高,灯泡变亮。电容器的电容和交变电流的频率都对电容器对交变电流的阻碍作用有影响。探究一探究二知识归纳1.交变电流“通过”电容器的实质电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,好像是交变电流“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.电容器对交变电流阻碍作用的实质当交变电流“通过”电容器时,给电容器充电或放电,使电容器两极板形成跟原电压相反的电压,阻碍电流,形成容抗。3.决定容抗的两个因素交变电流的频率和电容器的电容。4.电容器在电路中的作用电容较大的电容器有“隔直流,通交流”
11、的作用。电容较小的电容器有“通高频,阻低频”的作用。探究一探究二5.电阻、感抗、容抗的区别 探究一探究二 交流电路中的电感器中,电能与磁场能之间相互转化,本身不消耗电能;交流电路中的电容器中,电能与电场能之间相互转化,本身不消耗电能。探究一探究二典例剖析【例题2】(多选)图甲、乙是电子技术中的常用电路,a、b是各部分电路的输入端,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,下列判断正确的是()A.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得到的是交流低频成分D.图乙中R得到的是交流高频成分探究一探究
12、二解析: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;乙图中电容器通过交流高频成分,阻碍交流低频成分,R得到的是交流低频成分,C正确,D错误。答案:AC探究一探究二变式训练变式训练2(多选)如图所示,接在交流电源上的灯泡正常发光,以下说法正确的是()A.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,
13、电容变小,电容器对交变电流阻碍作用变大,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:ACD1231.(多选)如图所示,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的直流电阻不为零且小于R)()A.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的直流成分必定要大解析:由于线圈直流电阻不为零,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
14、,所以也有交流成分通过L,A错,因为导线的直流电阻很小,所以通过线圈的直流要比通过R的大,D正确。答案:CD1232.对交变电流“通过”电容器的正确理解是()A.交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体B.交流电路中定向移动的电荷通过了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放电,电路中就有了持续的电流,表现为交变电流通过了电容器D.电容器是导体,电流可以通过电容器解析: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,从而表现为交变电流通过了电容器,并不是电容器在通交流电时把绝缘体变成了导体,故ABD错误,C正确。答案:C1233.如图所示,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。若保持交流电压不变,将交变电流的频率增大到60 Hz,则发生的现象是()A.三灯亮度不变B.三灯均变亮C.L1不变、L2变亮、L3变暗D.L1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,所以选D。答案:D
