2019-2020学年物理人教版选修3-2(浙江新高考专用)讲义:第五章 交变电流 3 Word版含答案.pdf
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1、3 电感和电容对交变电流的影响 电感和电容对交变电流的影响 知识内容选考要求课时要求 电感和电容对交变电流的 影响 b 1.知道电感器和电容器对交变电流有阻碍作 用. 2.知道电感器和电容器对交变电流的阻碍作 用与哪些因素有关. 3.能利用电感器、电容器的特点定性分析简 单的问题. 一、电感器对交变电流的阻碍作用 1.在交流电路中, 若绕制电感器的导线的电阻忽略不计, 电感器对交流有(填 “有” 或 “没有” ) 阻碍作用. 2.线圈的自感系数越大,交流电的频率越高,电感对交变电流的阻碍作用越大. 3.电感线圈在电路中的作用:通直流,阻交流;通低频,阻高频. 二、电容器对交变电流的阻碍作用 1
2、.电容器接到交流电源两端时,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. 2.电容器的电容越大,交流电的频率越高,电容器对交变电流的阻碍作用越小. 3.电容器在电路中的作用:通交流,隔直流;通高频,阻低频. 1.判断下列说法的正误. (1)线圈的匝数越多,对同一个交变电流的阻碍作用就越大.( ) (2)线圈对交变电流的阻碍作用随着交变电流的频率的变大而减小.( ) (3)电流“通过”电容器,并不是电荷穿过电容器两极板间的绝缘层到达另一极板,而是电容 器不断地充放电的表现.( ) (4)电容器的电容越大,对同一交变电流的阻碍作用就越大.( ) 2.在频率为 f 的交变电
3、流电路中,如图 1 所示,当开关 S 依次分别接通 R、C、L 支路,这时 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,保持其他条件不变,则通过 R 的电流有效值_,通过 C 的电流有效值_,通过 L 的电流有效值_.(选 填“变大”“变小”或“不变”) 图 1 答案 不变 变大 变小 一、电感器对交变电流的阻碍作用 如图所示,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 有效值等于直流电源电压的交流电源上. (1)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
4、什么? 答案 (1)甲图中灯泡比乙图中灯泡更亮,说明电感器对交变电流有阻碍作用. (2)不论是换用自感系数更大的线圈还是调换频率更高的交流电源,灯泡均变得更暗,说明线 圈的自感系数越大,交流电的频率越高,线圈对交流电的阻碍作用越大. 交变电流通过电感器时,由于电流时刻在变化,在线圈中就会产生自感电动势,而自感电动 势总是阻碍原电流的变化,故电感器对交变电流产生阻碍作用. 例 1 (多选)如图 2 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 2 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,
5、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 答案 AC 解析 线圈对直流无阻碍作用, 对交变电流有阻碍作用, 当交流电频率减小时, 阻碍作用变小, 灯变亮;有铁芯时阻碍作用大,故铁芯抽出时灯变亮. 二、电容器对交变电流的阻碍作用 如图甲、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. (1)观察灯泡的发光情况,并分析原因. (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?
6、说明了什么? 答案 (1)题图甲中的灯泡不亮, 题图乙中的灯泡亮.题图甲中的电源是直流电源, 电容器在电 路中相当于断路,电路中没有电流,灯泡不亮.题图乙中的电源是交流电源,把交流电源接到 电容器两个极板上后,电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,好像是交流“通过” 了电容器,灯泡就亮了,但实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质. (2)灯泡变得比乙中亮,说明电容器对交变电流有阻碍作用. (3)电容越大,灯泡越亮 ; 频率越高,灯泡越亮.说明了电容器的电容和交变电流的频率都对电 容器对交变电流的阻碍作用有影响. 1.电容器对交变电流的阻碍作用: 电源电压推动自由电荷定向移动,而
7、电容器两极板上积累的电荷抗拒自由电荷的定向移动, 从而使电容器对交变电流有阻碍作用. 2.电容器在电路中常见的作用有两种: 隔直电容器:通交流,隔直流. 高频旁路电容器:通高频,阻低频. 例 2 如图 3 所示,电路由交流电源供电,最大电压保持不变,如果交变电流的频率升高, 则下列说法中正确的是( ) 图 3 A.电容器上的电荷量最大值增大 B.电容器对交变电流的阻碍作用增大 C.电路中灯泡的亮度变亮 D.电路中灯泡的亮度变暗 答案 C 解析 当交变电流的频率升高时,电容器对交变电流的阻碍作用减小,灯泡的亮度变亮,灯 泡两端的电压变大,故选项 C 正确,选项 B、D 错误;由 QCU 可知,选
8、项 A 错误. 例 3 (多选)(2018台州市高二检测)图 4 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 4 A.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 答案 AC 解析 当交变电流加在电容器上时,电容器有“通交流、隔直流,通高频、阻低频”的特性, 题图甲中电容器隔直流,R 得到的是交流成分,A 正确,B 错误;题图乙中交流高频成分能 通过电容器,电
9、容器阻碍交流低频成分,R 得到的是低频成分,C 正确,D 错误. 三、电阻、电感、电容的对比 例 4 (多选)如图 5 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 5 A.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
10、时,线圈的阻碍作用增大,电容的阻碍作用减小,电阻的阻碍作 用不变,故 A 灯变亮,B 灯变暗,C 灯亮度不变,故 A 正确,B 错误;改接直流电源时,电 容器相当于断路,A 灯熄灭,线圈无感抗,B 灯更亮,电阻 R 阻碍作用不变,C 灯亮度不变, 故 C 正确,D 错误. 1.电阻对交流、直流有相同的阻碍作用,交流频率变化时,阻碍作用不变. 2.电感器通直流、阻交流,通低频、阻高频. 3.电容器通交流、隔直流,通高频、阻低频. 4.在分析电流变化时,把电感、电容的阻碍作用类比于导体的电阻,再用欧姆定律分析. 1.(电感器对交变电流的影响)(多选)(2017温州中学高二上学期期中)在如图6所示的
11、电路中, L 为电感线圈, 灯泡的电阻值为R, 电流表内阻为零, 电压表内阻无限大, 交流电源的电压u220 sin 100t (V).若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为 100 Hz,下列说法正确的是2 ( ) 图 6 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 答案 BC 解析 由 u220sin 100t (V),可得电源原来的频率 f Hz50 Hz,当电源频2 2 100 2 率由原来的 50 Hz 增为 100 Hz 时,线圈对交流电的阻碍作用变大,在电压不变的情况下,电 路中的电流减小, 选项A错误 ; 灯泡的电阻值R是一定的, 电流减小时, 实际消
12、耗的电功率(P I2R)减小,灯泡变暗,选项 C 正确,D 错误;电压表与电感线圈并联,其示数为线圈两端的 电压 UL,设灯泡两端电压为 UR,则电源电压的有效值为 UULUR,因 URIR,电流 I 减 小,故 UR减小,因电源电压的有效值保持不变,故 ULUUR增大,电压表示数增大,选 项 B 正确. 2.(电感器对交变电流的影响)(2017衢州市高二检测)电感对交变电流影响的说法中, 正确的是 ( ) A.电感对交变电流没有阻碍作用 B.电感对交变电流阻碍作用跟线圈自感系数 L 有关 C.电感对交变电流的阻碍作用跟交变电流的频率无关 D.线圈的自感系数越大,交变电流的频率越高,电感对交变
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