【2020秋备课】高中物理学案新人教版选修3-2-5.3-电感和电容对交变电流的影响.docx

5.3电感和电容对交变电流的影响

策略与反思
纠错与归纳
【学习目标】
1．知道为什么电感对交变电流有阻碍作用．
2．知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小，知道感抗与哪些因素有关．
3．知道交变电流能通过电容，知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用．
4．知道用容抗来表示电容对交变电流阻碍作用的大小，知道容抗与哪些因素有关．
重点：电感和电容对交变电流的影响
难点：电感和电容对交变电流的影响
【自主学习】
复习回顾
1．自感系数跟线圈的________、________、________等因素有关系．线圈的横截面积越大，线圈越长，匝数越多，它的自感系数就越________．另外，有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时________．
2．电容器充电时，电流流向________；放电时，电流从________流出，电容器所带电量________．
新课预习
一、感抗
1．定义： 对电流阻碍作用的大小，用感抗表示．
2．感抗的成因：由于交变电流的 随时间周期性变化，这个变化的电流通过线圈时产生一个自感电动势，自感电动势总是阻碍 的变化，故线圈对交变电流有阻碍作用，这就是感抗．
3．打算因素：感抗的实质就是由线圈的自感现象引起的，线圈的自感系数L越 ，自感作用就越大，因而感抗也就越大；沟通的频率f越 ，电流的变化率就越大，自感作用也越大，感抗也就越大．*实际上进一步争辩可得出线圈的感抗XL与它的自感系数L及交变电流的频率f间有如下的关系：
XL＝2πfL
说明：通常所讲的直流，常指恒定电流．恒定电流流过电感线圈，电流没有变化，因而就不产生自感现象．因此，电感线圈对恒定电流而言无所谓感抗．

二、低频扼流圈和高频扼流圈
1．低频扼流圈：自感系数 的线圈（约几十亨），线圈电阻较 ，对直流的阻碍作用较小，这种线圈可以“通 ，阻 ”。
2．高频扼流圈：自感系数较小的线圈（约几个毫亨），对低频交变电流的阻碍作用较 而对高频交变电流的阻碍作用很 ，可以用来“通 ，阻 ”。

三、交变电流能够“通过”电容器．
（1）电流实际上并没有通过电容器 ，也就是说，自由电荷定向移动，不会从一个极板经极板间的电介质到达另一个极板．
（2）电容器“通沟通”，只不过是在交变电压的作用下，当电源电压上升时，电容器 ，电荷向电容器的极板上集聚，形成 ；当电源电压降低时，电容器 ，电荷从电容器的极板上放出，形成 ．电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为沟通“通过”了电容器．

四、容抗
1．定义： 对沟通的阻碍作用的大小，用容抗来表示．
2．成因：电容器接入沟通电路中后，极板上的电荷形成了二极板间的电压，这电压和电源电压相反，从而产生了对交变电流的阻碍作用，即形成了容抗．
3．打算因素：沟通电路中的容抗和交变电流的频率、电容器的电容成反比．容抗与交变电流的频率和电容的关系为XC ＝，即沟通电的频率越大，电容越 ，电容器对交变电流的阻碍作用越小，容抗越 ．
说明：电容不仅存在于成形的电容器中，也存在于电路的导线、元件及机壳间．当沟通电频率很高时，电容的影响会很大．

五、电感和电容在电路中的作用
1．电感的作用是：“通 、阻 、通 、阻 ”．
2．电容的作用是：“通 、 直流、通 、阻 ”．

【疑难辨析】
电阻、电感器、电容器对对交变电流阻碍作用的区分与联系

电阻
电感器
电容器
产生的
缘由
定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞
由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化
电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的抵制作用
在电路中的特点
对直流、沟通均有阻碍作用
只对变化的电流如沟通有阻碍作用
不能通直流，只能通变化的电流．对直流的阻碍作用无限大，对沟通的阻碍作用随频率的降低而增大
打算
因素
由导体（长短、粗细、材料）打算，与温度有关
由导体本身的自感系数和沟通的频率f打算
由电容的大小和沟通的频率打算
电能的转化与做功
电流通过电阻做功，电能转化为内能
电能和磁场能往复转化
电流的能与电场能往复转化

【合作探究】
一、电感对交变电流的影响
【例1】 交变电流通过一段长直导线时，电流为I，假如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．I′>I　　　　　　　 B．I′<I
C．I′＝I D．无法比较

【例2】一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一沟通电源相连接，如图所示．一块铁插进线圈之后，该灯将：（ ）
　　 A．变亮　 　 B．变暗　 　
C．对灯没影响 D．无法推断

二、交变电流“通过”电容器
【例3】 对沟通电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)

三、电容、电感在电路中的综合应用
【例4】 如图3所示，从AO输入的信号中，有直流电和沟通电两种成分．
(1)现在要求信号到达BO两端只有沟通电，没有直流电，需要在AB端接一个什么元件？该元件的作用是什么？
(2)若要求信号到达BO端只有直流电而没有沟通电，则应在AB端接入一个什么元件？该元件的作用是什么？

【当堂检测】
1. 如图1所示，接在沟通电源上的电灯泡正常发光，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　　　　　

2.如图2所示，把电阻R，电感线圈L，电容C并联，接到一个沟通电源上，三个电流表示数相同，若保持电源电压大小不变，而将电源频率增大，则三个电流表示数I1、I2、I3的关系是( )
A、I1=I2=I3 B、I1>I2>I3
C、I2>I1>I3 D、I3>I1>I2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

3.如图3所示，输入端ab的输入电压既有直流成分，又有沟通成分，以下说法中，正确的是(L的直流电阻不为零)(　　)
A．直流成分只能从L通过
B．沟通成分只能从R通过
C．通过R的既有直流成分又有沟通成分
D．通过L的直流成分比通过R的直流成分要大

4．如图5－3－8所示，沟通电源的电压为220 V，频率f＝50 Hz，三只灯L1、L2、L3的亮度相同，线圈L无直流电阻，若将沟通电源的频率变为f＝100 Hz，则(　　)
A．L1灯比原来亮
B．L2灯比原来亮
C．L3灯和原来一样亮
D．L3灯比原来亮
5.如图5所示，L1、L2和L3是相同型号的白炽灯，L1与电容器C串联，L2与带铁芯的线圈L串联，L3与一个定值电阻R串联．当a、b间接电压有效值为U、频率为f的正弦沟通电源时，三只灯泡的亮度相同．现将a、b间接另一正弦沟通电源时，发觉灯泡L1变亮、L2变暗、L3亮度不变．由此可知，另一正弦沟通电源可能是(　　)
A．电压有效值仍为U，而频率大于f
B．电压有效值大于U，而频率大于f
C．电压有效值仍为U，而频率小于f
D．电压有效值小于U，而频率大于f

6．如图7所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交变电源的频率减小时(　　)
A．电容器电容增加 B．电容器电容减小
C．电灯变暗 D．电灯变亮

7．如图8所示，两位同学利用图示装置做试验，第一位同学使ab在导轨上匀速运动，其次位同学使ab在导轨上做变速运动，但两位同学对ab杆做的功一样多，第一位同学的方法使小灯泡消耗电能为W1，其次位同学的方法使小灯泡消耗的电能为W2，它们相比较(　　)
A．W1＝W2 B．W1>W2
C．W1<W2 D．无法确定

8．如图9所示的电路中，当a、b端加直流电压时，L1灯发光，L2灯不亮，当加同样电压的沟通电源时，L1发光但较暗，L2灯发光较亮，则以下各项正确的是(　　)
A．A中接的是电感线圈，B中接的是电容器
B．A中接的是电容器，B中接的是电感线圈
C．A中是电阻，B中接的是电容器
D．若加的沟通电频率增大，电压不变，则L1灯变得更暗，L2灯变得更亮