1、学案 5 电容器在交流电路中的作用电感器在交流电路中的作用目标定位 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、电容器对交流电的阻碍作用问题设计如图 1 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 1(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？答案 (1)把交流电源接到电容器两个极板上后，当电源
2、电压升高时，电源给电容器充电，电荷向电容器极板上聚集，在电路中，形成充电电流；当电源电压降低时，电容器放电，电荷从极板上流出，在电路中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，好像是交流“通过”了电容器，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)电容变大时，灯泡变亮；频率增大时，灯泡变亮要点提炼1容抗：电容器对交流电的阻碍作用2影响容抗的因素：电容器的电容越大，交流电的频率越高，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：通交流，隔直流；通高频，阻低频. 二、电感器对交流
3、电的阻碍作用问题设计如图 2 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 2(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？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要点提炼1感抗：电感器对交变电流的阻碍作用的大小2影响感抗的因素：线圈的
4、自感系数越大，交流电的频率越高，感抗越大3注意：电感器的感抗是由变化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扼流圈是利用电感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，对直流电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，既使交流的频率较低，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，还与交变电流的频率有关，频率越高，容抗越小(填“大”或“小”)2感抗的
5、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，感抗越大(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、对容抗的理解例 1 如图 3 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 3A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，灯泡变暗解析 把电介质插入电容器，电容变大，容抗变小，电容器对交变电流阻碍作用变小，所以灯泡变亮，故 A 正确；增大电容器两极板间的距离，电容变小，电容器对交变电流阻碍作用变大，所以灯泡变暗，故 B 错误；减小电容器两
6、极板间的正对面积，电容变小，灯泡变暗，故 C 正确；使交变电流频率减小，电容器对交变电流阻碍作用变大，灯泡变暗，故 D 正确答案 ACD二、对感抗的理解例 2 如图 4 所示的实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S 为双刀双掷开关，下列叙述正确的是( )图 4A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CS 掷向 c、 d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮DS 掷向 c、 d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗解析 线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮，并且是有铁芯时感
7、抗更大，故铁芯抽出时灯变亮，故 A、C 正确答案 AC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、L 2、L 3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 5A三灯亮度不变B三灯均变亮CL 1亮度不变、L 2变亮、L 3变暗DL 1亮度不变、L 2变暗、L 3变亮解析 当交变电流的频率变大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，因此 L3变亮，L 2变暗又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故 L1亮度不变
8、，所以选 D.答案 D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 6A 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 是高频扼流圈解析 电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容较小，所以 a 处放电容较小的电容器，电感线圈在该电路中要求起到通低频、阻高频的作用，
9、 b 处接一个高频扼流圈，D 对答案 D电容器和电感器在交流电路中的作用Error!1(对容抗的理解)如图 7 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 7A电容器电容增大 B电容器电容减小C灯变暗 D灯变亮答案 D解析 电容器的电容是由电容器本身的特性决定的，与外加的交流电源的频率无关，选项 A、B错误当交流电源的频率增大时，电容器充、放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，灯变亮，故选项 C 错误，D 正确2. (对感抗的理解)在如图 8 所示的电路中， L 为电感线圈，灯泡的电阻为 R，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压 u220
10、sin (100 t) V若保持电压的有效值不变，只2将电源频率改为 100 Hz，下列说法正确的是( )图 8A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 u220 sin (100 t) V，可得电源原来的频率 f Hz50 Hz，当电源22 1002频率由原来的 50 Hz 增为 100 Hz 时，线圈的感抗增大，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 R 是一定的，电流减小时，实际消耗的电功率( 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
11、的有效值为 U UL UR，因 UR IR，故电流 I 减小时， UR减小，因电源电压的有效值保持不变，故 UL U UR增大，选项 B 正确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(两电源的电动势相同)单刀双掷开关 S 接 A 时，三个灯亮度相同，那么 S 接 B 时( )图 9A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，乙灯最亮答案 D解析 开关 S 接 A 时，甲、乙、丙三个支路均有交流电通过，开关 S 接 B 时，电路处于直流工作状态电容器 C“隔直流、通交流”；电感线圈 L“阻交流、通直流”； R
12、对交流电、直流电有相同的阻抗可判断 S 接 B 时电路中 I 丙 0， I 甲 不变， I 乙 增大；又因为灯泡亮度与功率(P I2R)成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮.题组一 对容抗的理解1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)答案 CD解析 电流能“通过”电容器，并非自由电荷真的通过电容器两极板间的绝缘介质，而是交变电流交替
13、对电容器充、放电，电路中有了电流，表现为交变电流通过了电容器2有两个电容器的电容分别为 C15 F 和 C23 F，分别加在峰值一定的正弦交流电源上，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 HzB在 C2上所加交变电流的频率为 50 HzC在 C1上所加交变电流的频率为 100 HzD在 C2上所加交变电流的频率为 100 Hz答案 C解析 电容越大，交变电流频率越大，容抗越小，电流越容易通过电容器 C1C2,100 Hz50 Hz，所以 C 正确3如图 1 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，
14、可行的办法是 ( )图 1A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答案 A解析 当发电机转速增大时，交变电流的频率增大，容抗减小，电流表 A 的读数增大，A 项正确，B 项错误；在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时，电容器的电容减小，电容器两极板间距离增大时电容也减小，当电容减小时，容抗增大，对交变电源的阻碍作用增大，电流表 A 示数减小，C、D 两项均错误题组二 对感抗的理解4. 一个灯泡通过一个粗导线线圈与一交流电源相连接，如图 2 所示一铁棒插进线圈后，该灯将( )图 2A变亮B变暗C对灯的亮度没影响
15、D无法判断答案 B解析 在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势，总是阻碍电流变化，正是这种阻碍变化的特性，使线圈产生了感抗加入铁芯改变了电感线圈的自感系数，使自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，灯泡两端的电压减小，所以灯变暗5. 如图 3 所示，输入端 a、 b 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 的直流电阻不为零但较小)( )图 3A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 的直流成分要大答案 CD解析 由于线圈 L 的直流电阻不为零，所以有直流通过 R，而线圈对交流有阻碍作用，因此
16、也有交流成分通过 R，B 错，C 正确；由于 R 对交流也有阻碍作用，所以也有交流成分通过 L，A错；因为线圈的直流电阻较小，所以通过线圈的直流成分比通过 R 的要大，D 正确题组三 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 4A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
17、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 接直流电流时的现象可知，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 5A M 为
18、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 为电容器答案 C解析 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 6A在 a、 b 间接入一个电容器B在 a、 b 间接入一个低频扼流圈C在 a、 b 间接入一个高频扼流圈D在 a、 b 间接入一个电容器或高频或低频扼流圈都可以答案 C解析 电容器是“通高频，阻低频”，低频扼流圈“通直流
19、，阻交流”，而高频扼流圈“通直流，通低频，阻高频”，C 对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 7A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，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；题图乙中电容器通过交流高频成分，阻碍交流
20、低频成分， R 得到的是低频成分，C 正确，D 错误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 甲所示的“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像分别如图 9a、b、c 所示，则下列判断中正确的是( )图 8图 9A AB 间是电容器 B BC 间是电感线圈C CD 间是电容器 D CD 间是定值电阻答案 ABD解析 根据题图 a 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 正确根据题图 b 可知，阻碍电流增大，但是稳定后电流恒定，符合电感线圈的特点，所以 BC 间为电感线圈，故 B 正确根据题图 c，接通电路后，电流马上达到稳定值，说明 CD 间为定值电阻，故 C 错误，D 正确
