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- 2021-05-23 发布
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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
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