河北省邢台市高中物理 第五章 交变电流 10页

‎5.3 电感和电容对交变电流的影响 ‎ ‎【学习目标】‎ ‎1.通过演示实验，了解电感器和电容器对交变电流的阻碍和导通作用.‎ ‎2.知道感抗和容抗的物理意义以及与哪些因素有关.‎ ‎3.能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用．‎ 一、电感器对交变电流的阻碍作用 ‎[问题设计]‎ 如图1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1‎ ‎(1)对比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？‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．感抗： 对交变电流的阻碍作用的大小．‎ ‎2．影响感抗的因素：线圈的自感系数越 ，交流的频率越 ，感抗越大．‎ ‎3．注意：电感器的感抗是由 的电流在线圈中产生的感应电动势引起的，与制成线圈导体的电阻无关．‎ ‎4．扼流圈是利用 对交变电流的阻碍作用制成的电感线圈．‎ ‎(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 流，通 频、阻 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 流，阻 流”的作用．‎ 二、电容器对交变电流的阻碍作用 ‎[问题设计]‎ 如图2甲、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，观察灯泡的发光情况．‎ 图2‎ ‎(1)分析电容器能通交流的原因．‎ ‎(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？‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．容抗： 对交变电流的阻碍作用的大小．‎ ‎2．影响容抗的因素：电容器的电容越 ，交流的频率越 ，容抗越小．‎ ‎3．注意：电容器能通交变电流，并不是电荷真的穿过了电容器．‎ ‎4．电容器在电路中的作用：通 流，阻 流，通 频，阻 频.‎ 三、电阻、感抗、容抗的对比 ‎1．容抗的大小除了与电容自身的性质有关，还与交变电流的频率有关．频率越高，容抗越 (填“大”或“小”)．‎ ‎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，频率越高，感抗越 (填“大”或“小”)．‎ ‎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．‎ 一、对感抗的理解 例1 如图3所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S为双刀双掷开关，下面叙述正确的是( )‎ 图3‎ 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 二、对容抗的理解 例2 如图4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4‎ 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 三、电阻、感抗、容抗的对比 例3 如图5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．若保持交变电压不变，将交变电流的频率增大到60 Hz，则发生的现象是( )‎ 图5‎ 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 四、电感器、电容器在电路中的应用 例4 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，经放大后送到下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输送到再下 一级，可以采用如图6所示电路，其中a、b应选择的元件是 ( )‎ 图6‎ A．a是电容较大的电容器，b是低频扼流圈 B．a是电容较大的电容器，b是高频扼流圈 C．a是电容较小的电容器，b是低频扼流圈 D．a是电容较小的电容器，b是高频扼流圈 ‎1.(对感抗的理解)在如图7所示的电路中，L为电感线圈，R为灯泡的电阻值，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝220sin (100πt) V．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100 Hz，下列说法正确的是( )‎ 图7‎ A．电流表示数增大 B．电压表示数增大 C．灯泡变暗 D．灯泡变亮 ‎2．(对容抗的理解)如图8所示，白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端，当交流电源的频率增大时 ( )‎ 图8‎ A．电容器电容增大 B．电容器电容减小 C．灯变暗 D．灯变亮 ‎3．(电阻、感抗、容抗的对比)如图9所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略．单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那么S接B时( )‎ 图9‎ A．三个灯亮度相同 B．甲灯最亮，丙灯不亮 C．甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮 D．只有丙灯不亮，乙灯最亮 题组一 对感抗的理解 ‎1．一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图1所示．一铁棒插进线圈后，该灯将( )‎ 图1‎ A．变亮 B．变暗 C．对灯的亮度没影响 D．无法判断 ‎2．如图2所示，输入端ab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)( )‎ 图2‎ 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的直流成分要大 题组二 对容抗的理解 ‎3．对交变电流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极板间的绝缘介质 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)‎ ‎4．有两个电容器的电容分别为C1＝5 μF和C2＝3 μF，分别加在峰值一定的交流电源上，在下列各种情况下，哪一种情况通过电容器的电流最大( )‎ A．在C1上所加交变电流频率为50 Hz B．在C2上所加交变电流的频率为50 Hz C．在C1上所加交变电流的频率为100 Hz D．在C2上所加交变电流的频率为100 Hz ‎5．如图3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A的示数增大，可行的办法是 ( )‎ 图3‎ A．使发电机F的转速增大 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．使电容器两极板间的距离增大 题组三 电阻、感抗、容抗的对比 ‎6.如图4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4‎ A．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 ‎7.如图5所示，在电路两端加上正弦交流电，保持电压有效值不变，使频率增大，发现各灯的亮暗情况是：灯L1变亮，灯L2变暗，灯L3不变，则M、N、L中所接元件可能是 ( )‎ 图5‎ A．M为电阻，N为电容器，L为电感线圈 B．M为电感线圈，N为电容器，L为电阻 C．M为电容器，N为电感线圈，L为电阻 D．M为电阻，N为电感线圈，L为电容器 题组四 电感器、电容器在电路中的应用 ‎8.在电子技术中，从某一装置输出的电流既有高频成分又有低频成分，如果只需把低频成分输送到下一级装置，如图6所示，则下列做法合理的是( )‎ 图6‎ A．在ab间接入一个电容器 B．在ab间接入一个低频扼流圈 C．在ab间接入一个高频扼流圈 D．在ab间接入一个电容器或高频或低频扼流圈都可以 ‎9．如图7甲、乙所示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 ( )‎ 图7‎ A．图甲中R得到的是交流成分 B．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 ‎10．如图8所示，甲、乙两图中用交流电源，丙、丁两图中用直流电源，各电路图中灯泡、电容器、电压表示数都相同，则下列说法正确的是( )‎ 图8‎ A．灯L1比灯L2亮 B．灯L3也能发光，但亮度最暗 C．灯L2和L4亮度相同 D．灯L4比灯L1亮 ‎11．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9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9‎ A．AB间是电容器 B．BC间是电感线圈 C．CD间是电容器 D．CD间是定值电阻