高中物理：2.3《探究电阻、电感和电容的作用》课件（人教选修3－2）

欢迎进入物理课堂 2 3探究电阻 电感和电容的作用 1 理解电阻器对交变电流有阻碍作用 3 知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用 4 知道用感抗和容抗表示电感和电容对交变电流的阻碍作用的大小 知道感抗和容抗与哪些因素有关 2 理解为什么电感对交变电流有阻碍作用 引入 在直流电路中 电压 电流和电阻的关系遵从欧姆定律 在交流电路中 如果电路中只有电阻 例如白炽灯 电炉等 实验和理论分析都表明 欧姆定律仍适用 但是如果电路中包括电感 电容 情况就要复杂了 回顾 什么是电容器 任何两个彼此绝缘且相隔很近的导体构成一个电容器 如果将电容器接入直流电路中 稳定时电路中有没有电流 没有 因为电容器中间是绝缘的 除了电容器外 在实际电路中 还分布着大量的电阻和电感线圈等元器件 在电力设备中 各种电气设备都具有电阻的特性 有的还具有其他特别的特性 那么 这些元器件对交变电流的作用是怎样的呢 A1 A2 观察 如图甲 乙所示实验 当电键接通直流电流和交流电流时 会不会有什么不同 电键扳向交流电源后 A2立刻亮 A1缓慢亮 因为线圈会阻碍A1电流的变化 为什么会有阻碍电流变化的现象呢 因为电感线圈会产生一个阻碍导体中原电流变化的自感电动势 今天 我们就来研究电阻器 电感器和电容器对交变电流的影响 现象 B 一 电阻器对交变电流的影响 电阻能让直流通过 但对直流有阻碍作用 那么电阻对交流的作用又如何呢 实验1 图中A B是规格相同的两个灯泡观察并思考 当电路开关S扳向交流电源时 两只灯泡的亮度是否相同 当将开关S分别扳向直流电源和交流电源时 比较两种情况下两只灯泡的亮度有无变化 这又说明什么问题 实验和理论分析都证明 电阻对交流电的障碍作用跟对直流电的阻碍作用相同 在日光灯电路中 自感线圈 镇流器 起到什么作用 把镇流器去掉行不行 在启动时 产生瞬时高压 在正常工作时 降压限流 不行 结合开始时的实验以及前面的分析 你能得出自感线圈在电路中的作用是什么吗 回顾 电感对直流电的阻碍作用与电阻相同 而对交流电却有更大的阻碍作用 二 电感对交变电流的影响 实验2 图中A B C是规格不同的电感线圈 观察并思考 当用B或C替换A时 灯泡的亮度是否发生变化 这又说明什么问题 实验和理论分析都证明 电感对交流电的阻碍作用跟它的自感系数有关 L越大 阻碍作用越大 当改变交变电源的频率时 灯泡的亮度是否相同 这又说明什么问题 实验证明 电感对交流电的阻碍作用跟所使用的交变电流的频率有关 频率越大 阻碍作用越大 总结 自感系数越大 交流电的频率越高 自感线圈对交变电流的阻碍作用就越大 在物理学中用感抗来表示电感器对交变电流的阻碍作用的大小 感抗 感抗的大小与电感线圈的自感系数 交变电流的频率有关 自感系数越大 交流电的频率越高 线圈的感抗越大 自感线圈的特性 通直流 阻交流 通低频 阻高频 应用举例 低频扼流圈和高频扼流圈 具体关系 单位 欧 A 构造 线圈绕在铁芯上 匝数多 电阻小 1 低频扼流圈 B 作用 通直流 阻交流 2 高频扼流圈 A 构造 线圈绕在铁氧体上 匝数少 B 作用 通低频 阻高频 三 电容对交变电流的影响 1 演示实验 1 交流电流能通过电容 通入直流电时 灯泡不亮 说明直流电不能通过电容器 通入交流电时 灯泡亮了 说明交流电能够通过电容器 2 实验现象 开关S分别接到直流电源和交变电源上 观察到什么现象 说明了什么道理 3 实验结论 电容器有 通交流 隔直流 的作用 电容器的两极板间是绝缘介质 为什么交流电能够通过呢 2 实验现象分析 电容通交隔直的原因 电容器通过充电和放电 电路中就有了电流 表现为交流电通过了电路 自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质 只是当电源电压升高时电容器充电 电荷向电容器的极板上集聚 形成充电电流 当电源电压降低时电容器放电 电荷从电容器的极板上放出 形成放电电流 电容器交替进行充电和放电 电路中就有了电流 表现为交流电通过了电容器 3 电容器对交变电流的阻碍作用 实验 a 在前面实验中除去电容 实验现象 灯均变亮 电容器对交流电路存在阻碍作用 但电容越大 频率越高 阻碍作用越小 b 换一个大的电容 c 升高交变电流的频率 实验结论 容抗 1 反映电容对交流的阻碍作用 2 影响容抗大小的因素 电容越大 交流的频率越高 电容器对交流的阻碍作用就越小 容抗越小 容抗决定于电容器电容的大小和交变电流的频率 电容越大 在同样电压下电容器容纳电荷越多 因此充放电的电流越大 容抗就越小 交变电流的频率越高 充放电进行得越快 充放电电流越大 容抗越小 即电容器的电容越大 交变电流频率越高 容抗越小 电容器具有 通交流 隔直流 通高频 阻低频 的特点 1 隔直电容器 隔直流 通交流 2 高频旁路电容器 让高频交流信号通过电容器 而将低频信号送到下一级 作用 通高频 阻低频 3 公式 4 电容器在电路中的作用通交流 隔直流 通高频 阻低频 1 在电子技术中 从某一装置输出的电流常常既有交流成分 又有直流成分 如果只需要把交流成分输送到下一级装置 只要在两级电路之间接入一个电容器 称做隔直电容器 就可以了 电容器应并联还是串联接入电路 右图所示的接法对吗 为什么 解析 电容器应串联接入电路 图示接法是正确的 由于电容器串联接入电路 直流成分不能通过 而交流成分可以通过电容器被输出到下一级装置 2 在电子技术中 从某一装置输出的交流常常既有高频成分 又有低频成分 如果只需要把低频成分输送到下一级装置 只要在下一级电路的输入端并联一个电容器就可以达到目的 如右图 具有这种用途的电容器叫做高频旁路电容器 请说明它的工作原理 解析 电容器对高频成分的容抗小 对低频成分的容抗大 如图这样连接 高频成分就通过 旁路 的电容器 而低频成分输送到下一级装置 灯L1变暗 灯L2变亮 灯L3亮度不变 3 如图所示电路中 三盏电灯的亮度相同 如果交流电的频率增大 三盏电灯的亮度将如何改变 4 如图所示 当交流电源的电压 有效值 U 220V 频率f 50Hz时 三只灯A B C的亮度相同 L无直流电阻 1 将交流电源的频率变为f 100Hz 则 2 将电源改为U 220V的直流电源 则 A A灯比原来亮B B灯比原来亮C C灯和原来一样亮D C灯比原来亮 AC BC 5 如图所示 甲 乙是规格相同的灯泡 A B两端加直流电压时 甲灯正常发光 乙灯完全不亮 当A B两端加上有效值和直流电压相等的交流电压时 甲灯发出微弱的光 乙灯能正常发光 下列说法正确的有 BC A 与甲灯串联的元件X是电容器B 与乙灯串联的元件Y是电容器C 与甲灯串联的元件X是电感线圈D 与乙灯串联的元件Y是电感线圈 6 如图所示电路中 L为电感线圈 R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u 220sin10 tV 若保持电压的有效值不变 只将电源频率改为25Hz 下列说法中正确的是 A 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 ABD 1 由于电感线圈中通过交变电流时产生自感电动势 阻碍电流变化 对交变电流有阻碍作用 电感对交变电流阻碍作用大小用感抗来表示 线圈自感系数越大 交变电流的频率越高 感抗越大 即线圈有 通直流 阻交流 或 通低频 阻高频 的特征 2 交变电流 通过 电容器的过程 就是电容器充放电的过程 由于电容器极板上积累电荷阻碍自由电荷做定向移动 电容器对交变电流有阻碍作用 用容抗表示阻碍作用的大小 电容器的电容越大 交流的频率越高 容抗越小 故电容器在电路中有 通交流 隔直流 或 通高频 阻低频 的特征 卓越的人的一大优点是 在不利和艰难的遭遇里百折不挠 贝多芬 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全