2019-2020年高中物理 5.4 电感和电容对交变电流的影响学案 新人教版选修3-2.doc

2019-2020年高中物理 5.4 电感和电容对交变电流的影响学案 新人教版选修3-2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、电感器对交变电流的阻碍作用1感抗：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、阻高频二、交变电流能够通过电容器当电容器接到交流电源的两端时，实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质当电压升高时，电容器充电，电荷向电容器的极板上聚集，在电路中，形成充电电流；当电压降低时，电容器放电，电荷从极板上退出，形成放电电流 .电容器交替地进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器三、电容器对交变电流的阻碍作用1容抗：电容器对交变电流阻碍作用的大小2影响因素：电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小3作用：“通交流，隔直流；通高频，阻低频”.一、理解电感器对交变电流的阻碍作用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，即使交流的频率较低，它产生的感抗也很大它具有“通直流，阻交流”的作用例1关于电子电路中的扼流圈，下列说法正确的是()A扼流圈是利用电感线圈对交流的阻碍作用来工作的B高频扼流圈的作用是允许低频交流通过，而阻碍高频交流通过C低频扼流圈的作用是不仅要阻碍高频交流通过，还要阻碍低频交流通过D高频扼流圈的电感比低频扼流圈的电感大解析扼流圈是利用变化的电流通过线圈时，感应出感应电动势，从而来阻碍电流的变化的，故A正确；高频扼流圈是“通低频，阻高频”，故B正确；低频扼流圈是“阻高频、阻低频、通直流”，故C正确；高频扼流圈比低频扼流圈自感系数小，故D错答案ABC二、理解电容器对交变电流的阻碍作用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”例2如图1甲、乙两图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上得到的电流特征是()图1A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针对训练如图2所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是()图2A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，C正确三、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.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，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，只取决于电阻本身图3例3在频率为f的交变电流电路中，如图3所示，当开关S分别接通R、C、L支路时，通过各支路的电流有效值相等若将交变电流的频率提高到2f，维持其他条件不变，则下列几种说法不正确的是()A通过R的电流有效值不变B通过C的电流有效值变大C通过L的电流有效值变小D流过R、C、L的电流有效值都不变解析交变电流的频率变大时，电阻R对交流的阻碍作用不变，电容C对交流的阻碍作用减小，电感L对交流的阻碍作用变大，故A、B、C说法正确，D说法错误答案D感抗及其应用1如图4所示的电路中，L为电感线圈，L为灯泡，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，只将电源频率改为100 Hz，下列说法中正确的是()图4A电流表示数增大B电压表示数减小C灯泡变暗 D灯泡变亮答案C解析由u220sin (100t) V可知电源原来的频率：f Hz50 Hz，当频率增大时，线圈的感抗增大，电路中的干路电流将减小，因此A、D错，C正确图中灯泡与电感线圈串联，所以总电压(有效值)UULUL，因UL减小，而总电压的有效值不变，所以UL增大，因此选项B错容抗及其应用2.如图5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5A把电介质插入电容器，灯泡变亮B增大电容器两板间的距离，灯泡变亮C减小电容器两板间的正对面积，灯泡变暗D使交变电流频率减小，灯泡变暗答案ACD解析电容器的电容与介电常数成正比，与正对面积成正比，与两板间距离成反比而容抗与电容成反比，与频率成反比把电介质插入电容器，电容变大，容抗减小，灯泡变亮，A正确；电容器两板间的距离增大，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，B错误；减小电容器两板间的正对面积，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，C正确；交流电的频率减小，容抗增大，灯泡变暗，D正确电阻、感抗、容抗的区别3在图6所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流L是一个25 mH的高频扼流圈，C是一个100 pF的电容器，R是负载电阻下列说法正确的是()图6AL的作用是“通低频，阻高频”BC的作用是“通交流，隔直流”CC的作用是“通高频，阻低频”D通过R的电流中，低频交流所占的百分比远远小于高频交流所占的百分比答案AC解析L是自感系数很小的高频扼流圈，其作用是“通低频、阻高频”，A正确；C是电容很小的电容器，其作用是“通高频，阻低频”，也称高频旁路电容，由于L对高频的阻碍作用和C对高频的旁路作用，使得R中的电流低频成分远远大于高频成分，故A、C正确4如图7所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220 V、50 Hz的交流电源，以下叙述中正确的是()图7A改接220 V、100 Hz的交流电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变B改接220 V、100 Hz的交流电源时，A灯变暗，B灯变亮，C灯变亮C改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变D改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗答案AC解析增加交流电源的频率时，感抗增大，容抗减小，电阻的阻碍不变故A变亮，B变暗，C不变，故A正确，B错误；改为直流电源时，电容断路，A灯灭，电感L无感抗，B灯更亮，电阻R阻碍不变，C灯亮度不变(时间：60分钟)题组一感抗及其应用1如图1所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是()图1A等于220 VB大于220 VC小于220 VD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2一个灯泡通过一个线圈与一交流电源相连接，如图2所示一块铁插进线圈之后，该灯将()图2A变亮B变暗C没有影响D无法判断答案B解析插入铁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3如图3所示，交流电源的电压有效值跟直流电源的电压相等，当将双刀双掷开关接到直流电源上时，灯泡的实际功率为P1，而将双刀双掷开关接在交流电源上时，灯泡的实际功率为P2，则()图3AP1P2 BP1P2CP1P2 D不能比较答案B解析接在直流电源上，线圈对直流没有阻碍作用，电能全部转化为灯泡的内能，而当接至交流电源上时，线圈对电流有阻碍作用，因此电能除转化成灯泡的内能外，还有一部分电能转化为磁场能，故P1P2.题组二容抗及其应用4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图45如图4所示，白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端，当交流电的频率增加时()A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，容抗变小，电流变大，故D正确图56如图5所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表的示数增加，可行的方法是()A使发电机F的转速增加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使电容器两极板间距离增大答案A解析当发电机转速增加时，交变电流的频率增大，电容器容抗减小，电流表的示数增大，A项正确，B项错误；换用介电常数较小的电介质，电容C减小，增大两极板间距离时，电容C也减小，容抗增大，对交变电流的阻碍作用增大，电流表的示数减小，C、D项错误题组三电阻、感抗和容抗的区别7某信号源中有直流成分、交流高频成分和交流低频成分，为使放大器仅得到交流低频成分，如图所示电路中可行的是()答案D解析A图放大器得到所有成分B图放大器可得到直流成分，若为高频扼流圈也能得到低频成分C图既可得高频成分也可得低频成分D图通过C1的是高、低频成分都有，通过C2的旁路电容将高频成分滤去，故只有D合适8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6所示电路，其中代号a、b应选择的元件是()图6Aa是电容较大的电容器，b是低频扼流线圈Ba是电容较大的电容器，b是高频扼流线圈Ca是电容较小的电容器，b是高频扼流线圈Da是电容较小的电容器，b是低频扼流线圈答案C解析电容器具有通高频、阻低频作用，这样的电容器电容应较小，故a处接电容较小的电容器电感线圈在该电路中要求做到“通低频、阻高频”，所以b处应接一个高频扼流线圈9如图7所示，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7A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是电容器，选项B正确10某一电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件，在接线柱间以如图8所示的“Z”字形连接(两接线柱间只有一个元件)为了确定各元件种类，小华同学把DIS计算机辅助实验系统中的电流传感器(相当于电流表)与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后，分别将AB、BC、CD接入电路，闭合开关，计算机显示的电流随时间变化的图象分别如图a、b、c所示，则以下判断中正确的是()图8AAB间是电容器 BBC间是电感线圈CCD间是电容器 DCD间是定值电阻答案ABD解析根据a图可知，有瞬时充电电流，稳定后电路中无电流，说明AB间是电容器，充电完毕，电路为开路，故A正确根据b图可知，阻碍电流的增大，但是稳定后电流恒定，符合电感线圈的特点，所以BC间是电感线圈，故B正确根据c图，接通电路后，电流马上达到稳定值，说明CD间是定值电阻，故C错误，D正确，故选A、B、D.11如图9所示是一种电风扇减速器电路通过改变开关S跟05间的6个触点的接触，实现对电风扇电动机M的转速控制请说明它的调速原理图9答案见解析解析当开关S接到触点0时，电路断开，风扇不转；当S接到触点1时，电路不经过线圈，电动机转速最大；当S分别接到触点2、3、4、5时，连入电路的线圈匝数逐渐增加，感抗逐渐增大，电动机转速逐渐减小