1、第 3 课时 电感和电容对交变电流的影响研究选考 把握考情 考试要求知识内容电感和电容对交变电流的影响加试 b教学要求1.知道电感器对交变电流有阻碍作用2.知道电感器对交变电流的阻碍作用与电感器的自感系数、交变电流的频率有关3.知道电感器具有“阻交流、通直流”和“阻高频、通低频”的特点4.知道交变电流能“通过”电容器的本质是电容器交替地进行充、放电5.知道电容器对交变电流的阻碍作用与电容器的电容、交变电流的频率有关6.知道电容器具有“隔直流、通交流”和“阻低频、通高频”的特点7.能利用电感器、电容器的特点定性分析简单的问题8.进一步认识交变电流与直流的区别说明 不要求知道感抗、容抗的概念知识点
2、一 电感器对交变电流的阻碍作用基 础 梳 理 1.实验探究：(1)实验目的：了解并验证电感线圈对交变电流的阻碍作用。(2)实验电路：取直流电源的电压与交流电压的有效值相等。(3)实验现象：接通直流电源时，灯泡亮些；接通交流电源时，灯泡暗些。(两个空均选填“亮些”或“暗些”)(4)实验结论：电感线圈对交变电流有阻碍作用。2.影响电感对交变电流阻碍作用强弱的因素线圈的自感系数越大，交流的频率越高，对交变电流的阻碍作用越强。3.电感线圈的类型及应用类型区别 低频扼流圈 高频扼流圈自感系数 较大 较小特性 通直流、阻交流 通直流、通低频、阻高频要 点 精 讲 1.阻碍作用产生的原因：交变电流通过电感器
3、时，由于电流时刻都在变化，因此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。2.影响阻碍作用大小的因素阻碍作用的大小由线圈的自感系数 L 和交变电流的频率 f 共同决定。【例 1】 在如图 1 所示的电路中， L 为电感线圈，D 为灯泡，电流表的内阻为0，电压表的内阻无限大，交流电源的电压为 u220 sin (100t) V。若保持电2压的有效值不变，只将电源的频率改为 100 H ，下列说法中正确的是 ( )图 1A.电流表的示数增大 B.电压表的示数增大C.灯泡变暗 D.灯泡变亮解析 由 u220 sin 100t V，可得电源原来的频率为
4、 f H 50 H 22 1002，当电源的频率由原来的 50 H 增大为 100 H 时，线圈的阻碍作用增大，在电压不变的情况下，电路中的电流减小，选项 A 错误；灯泡 D 的电阻是一定的，电流减小时，灯泡 D 实际消耗的电功率 PI 2R 减小，灯泡 D 变暗，选项 C 正确，选项 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 D 两端的电压为 UD，则电源电压的有效值为 UU LU D，因 UDIR，故电流 I 减小时，U D 减小，因电源电压的有效值保持不变，故 ULU U D 增大，选项 B 正确。答案 BC【跟踪训练 1】 一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交
5、流电源相连接，如图 2所示，一块铁插进线圈之后，该灯将( )图 2A.变亮 B.变暗C.没有影响 D.无法判断解析 在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势总是反抗电流变化。正是这种反抗变化的特性(电惰性)使线圈产生了对交变电流的阻碍作用。加入铁芯改变了电感的自感系数，自感系数增大，对交变电流的阻碍作用增大，线圈的电压增大，灯泡上的电压减小，所以灯变暗，B 项正确。答案 B【跟踪训练 2】 如图 3 是可调灯泡亮度的台灯电路示意图，其中电路更合理的是_。图 3解析 乙中调节 L 可达到调节台灯两端电压的作用，从而调节台灯的亮度。甲图也可调节台灯的亮度，但变阻器要消耗电能，故甲图不合理。答案 乙知
6、识点二 电容器对交变电流的阻碍作用基 础 梳 理 1.交变电流能够通过电容器：(1)实验电路(如图 4)：图 4(2)实验现象：电路中串有电容器时，接通直流电源，灯泡不亮；接通交流电源，灯泡亮。(3)实验结论：交变电流能够通过电容器，直流不能通过电容器。2.影响电容器对交变电流阻碍作用大小的因素电容器的电容越大，交流的频率越高，阻碍作用越小。3.电容器在电路中的作用特性：电容器具有“隔直流、通交流”的作用。要 点 精 讲 1.交变电流“通过”电容器的原因及阻碍的成因(1)当接到交流电源上时，电源使导线中的自由电荷向某一方向定向移动，对电容器进行“充放电” 。即交变电流“通过”电容器。(2)电容
7、器在充放电的过程中，电容器两极板上聚集着等量异种电荷，从而在两极板间存在着电场，此电场的电场力阻碍着电荷的定向移动，其表现就是电容器在交变电流通过时的阻碍作用。2.对影响阻碍作用大小因素的理解(1)电容器的电容：电容器的电容越大，电容器容纳电荷的本领就越大，即在容纳相同电荷的情况下，电容大时电压小，电场力对电荷充电时的阻碍作用力就小，所以阻碍作用就小。(2)交流的频率：交流的频率越高，充电和放电的时间就短，相同电路电容器上聚集的电荷就少，电容器所达到的电压就小，排斥充电和放电的电场力就小，所以阻碍作用就小。【例 2】 如图 5 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
8、，则下列说法中正确的是( )图 5A.电容器上的电荷量最大值增大B.电容器的容抗增大C.电路中灯泡的亮度变亮D.电路中灯泡的亮度变暗解析 当交变电流的频率升高时，电容器的阻碍作用减小，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，选项 A 错误。答案 C名师点睛 交变电流不同于直流，交变电流能“通过”电容器，所以灯泡会亮。交变电流的频率改变，电容器的阻碍作用改变，电容器两端的电压变化，灯泡两端的电压也随着变化。【跟踪训练 3】 在如图 6 所示电路中，u 是有效值为 220 V 的交流电源，C 是电容器，R 是电阻，关于交流电压表的示数，下列说法中
9、正确的是 ( )图 6A.等于 220 V B.大于 220 VC.小于 220 V D.等于零解析 虽然交变电流能通过电容器，但也受到阻碍作用，电容器与电阻串联，根据分压原理可知电阻两端的电压小于电源电压，电压表测的是电阻两端的电压，C 正确。答案 C【跟踪训练 4】 在如图 7 所示电路中，a、b 两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流；L 是一个 25 mH 的高频扼流圈，C 是一个 100 pF 的电容器，R是负载电阻。下列说法中正确的是( )图 7A.L 的作用是“通低频，阻高频”B.C 的作用是 “通交流，隔直流”C.C 的作用是 “通高频，阻低频”D.通过 R 的电流中，低
10、频交流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比解析 L 是一个自感系数很小的高频扼流圈，其作用是“通低频，阻高频” ，选项 A 正确；C 是一个电容很小的电容器，在题图所示电路中，对高频交流的容抗远小于对低频交流的容抗，其作用是“通高频，阻低频” ，选项 C 正确；因电路中无直流电流，选项 B 错误；由于 L 对高频交流的阻碍作用和 C 对高频交流的旁路作用，使得通过 R 的电流中，低频交流所占的百分比远大于高频交流所占的百分比，选项 D 正确。答案 ACD 1.直流电源的电压与交流电源电压的有效值相同，自感线圈的直流电阻不计，则灯泡发光最亮的是图中的( )解析 电容器、电感线圈都对交变电流有
11、阻碍作用，故 A、B 两图中灯不是最亮的；C 图中灯泡被短路，不亮；D 图中电容器 C 有隔直流作用，所以 D 中灯泡最亮，故选项 D 正确。答案 D2.关于电阻、电感器、电容器对电流阻碍作用的说法正确的是( )A.电阻对直流和交变电流的阻碍作用相同B.电感对直流和交变电流均有阻碍作用C.电容器两极板间是绝缘的，故电容器支路上没有电流通过D.交变电流的频率增加时，电阻、电感器、电容器的阻碍作用变化情况相同解析 电阻的阻碍作用对直流电和交变电流相同，选项 A 正确；纯电感线圈对直流电没有阻碍作用，对交变电流有阻碍作用，选项 B 错误；由于电容器不断地充放电，电路中存在充电电流和放电电流，选项 C
12、 错误；电阻的阻值与交变电流的频率无关，电感器对交流的阻碍作用随交变电流频率的增大而增大，电容器对交流的阻碍作用随交变电流频率的增大而减小，选项 D 错误。答案 A3.如图 8 所示，A、B 两灯泡完全相同，两自感线圈 (电阻不计)也完全相同，直流电源电压与交流电源电压的有效值相等，且与灯泡的额定电压相等，闭合开关 S 后( )图 8A.A 比 B 亮B.A 比 B 暗C.A、B 亮度相同D.实验表明电感对交变电流有阻碍作用解析 实验结果是 A 比 B 亮，选项 A 正确，选项 B、C 错误；该实验表明电感对交变电流有阻碍作用，选项 D 正确。答案 AD4.如图 9 所示，A、B 两灯泡完全相
13、同，两电容器也完全相同，直流电源电压与交流电源电压有效值相等，且与灯泡的额定电压相等，闭合开关 S 后( )图 9A.A 正常发光B.直流电不能通过电容器C.B 灯发光表明交变电流能够通过电容器D.交变电流通过电容器的实质是电容器不断充电、放电，并不是真正流过电容器解析 含有电容器的直流电路为断路，故 A 灯不亮，选项 A 错误；直流电不能通过电容器，选项 B 正确；B 灯发光表明交变电流能够通过电容器，选项 C 正确；交变电流通过电容器的实质是电容器不断充电、放电，并不是真正流过电容器，选项 D 正确。答案 BCD5.如图 10 所示，三只完全相同的灯泡 a、b、c 分别与电阻 R、电感 L
14、、电容 C串联，再将三者并联，接在“220 V 100 H ”的交变电压两端，三只灯泡亮度相同。若将交变电压改为“220 V 50 H ” ，则( )图 10A.三只灯泡亮度不变B.三只灯泡都将变亮C.a 亮度不变，b 变亮，c 变暗D.a 亮度不变，b 变暗，c 变亮解析 当交变电流的频率变小时，线圈的感抗变小，电容器的容抗变大，因此b 变亮，c 变暗，又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故 a 灯亮度不变，C 正确。答案 C 选择题(在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。)1.有关电感对交变电流的影响的以下说法中，正确的是( )A.电感对交变电流有阻碍作用B.电感对交
15、变电流阻碍作用的大小与交变电流的频率无关C.电感对某一交变电流的阻碍作用跟线圈的自感系数无关D.线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，电感对交变电流的阻碍作用就越大解析 电感对交变电流有阻碍作用，A 项正确；其阻碍作用的大小与交流的频率有关，与线圈的自感系数有关，自感系数越大，频率越高，对交变电流的阻碍作用越大，B、C 项错误，D 项正确。答案 AD2.有两个电容分别为 C15 F，C 23 F 的电容器，分别加在峰值一定的交流电源上，下列情况下通过电容器的电流最大的是( )A.在 C1 上加 f50 H 的交变电流B.在 C2 上加 f50 H 的交变电流C.在 C1 上加 f60 H 的
16、交变电流D.在 C2 上加 f60 H 的交变电流解析 频率越大，电容器对交变电流的阻碍作用越小，电容越大，阻碍作用越小，故 C 项正确。答案 C3.如图 1 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 1A.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 亮解析 电压表示数相同，说明直流电压和交变电流的有效值相同。甲图中电容器与灯 L1 串联，电容器对电流有阻碍作用；乙图中电容器与灯 L2 并联，交变电流全部通过灯 L2；丙图中电容器与灯 L3
17、串联且是直流电源，电容器隔直流，所以没有电流流过灯 L3，灯 L3 不亮；丁图中电容器与灯 L4 并联，电流全部流过灯 L4。综合以上分析，C、D 两项正确。答案 CD4.如图 2 所示，线圈的自感系数 L 和电容器的电容 C 都很小(如 L1 mH，C 200 pF) ，此电路的重要作用是 ( )图 2A.阻直流通交流，输出交流B.阻交流通直流，输出直流C.阻低频通高频，输出高频交流D.阻高频通低频，输出低频交流和直流解析 因线圈自感系数 L 很小，所以对低频成分的阻碍作用很小，这样直流和低频成分能顺利通过线圈；电容器并联在电路中，起旁路作用，因电容 C 很小，对低频成分的阻碍作用很大，而对
18、部分通过线圈的高频成分阻碍作用很小，被它旁路，最终输出的是低频交流和直流。答案 D5.如图 3 所示，交流电源的电压有效值跟直流电压相等，当将双刀双掷开关接到直流电源上时，灯泡的实际功率为 P1，而将双刀双掷开关接在交流电源上时，灯泡的实际功率为 P2，( 线圈的直流电阻不计 )则( )图 3A.P1 P2 B.P 1P2C.P1P2，故 B 正确。答案 B6.如图 4 所示，两个同学利用图示装置做实验，第一位同学使 ab 在导轨上匀速运动，第二位同学使 ab 在导轨上做变速运动，但两位同学对 ab 杆做的功一样多，第一位同学的方法使小灯泡消耗的电能为 W1，第二位同学的方法使小灯泡消耗的电能
19、为 W2，它们相比较( )图 4A.W1 W2 B.W1W2C.W1W2 D.不能比较解析 匀速运动时，产生的感应电动势是恒定的，感应电流也是恒定的，线圈对恒定电流的阻碍作用几乎为零，所以通过小灯泡的电流大，消耗的电能多；当 ab 做变速运动时，产生的感应电动势是变化的，感应电流也是变化的，线圈对该电流有明显的阻碍作用，使通过小灯泡的电流减小，因此消耗的电能少，故选项 B 正确。答案 B7.用电压表检查如图 5 所示的电路中的故障，测量 Uad5.0 V，U ab0，U bc5.0 V ，U cd0。则电路故障可能是( )图 5A.滑动变阻器 R1 断路B.电容器 C 被击穿C.电阻 R2 断
20、路D.电感线圈 L 断路解析 当用电压表去判断电路故障时，如果电压表的两接线柱能与电源的两极接通，而与电压表两接线柱相并联的那部分电路没有完全短路，电压表就会有示数。即当电压表有示数时，电源两极与电压表两接线柱间的电路无断点。由题意 UadU bc5.0 V 可知 ab、cd 间为通路，A、 C 错误；若电容器被击穿，则Ubc将为零， B 错误。答案 D8.(2017东阳中学选考) 如图 6 所示的电路，F 为一交流发电机，C 为平行板电容器，为使交流电流表 A 的示数增大，可行的办法是 ( )图 6A.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
21、电介质D.使电容器两极板间的距离增大解析 发电机 F 的转速增大，电动势增大，频率增大，电容器阻碍作用减小，电流增大，选项 A 正确；同理分析可知选项 B 错误；换用介电常数较小的电介质，电容减小，阻碍作用增大，电流变小，选项 C 错误；两极板间的距离增大，电容减小，阻碍作用增大，电流变小，选项 D 错误。答案 A9.(2017绍兴高二期中) 如图 7 所示电路中，L 是一个不计直流电阻的电感线圈，直流电源 1 的电压值与交流电源 2 电压有效值相等，S 是单刀双掷开关，C 是电容器，A、B 是完全相同的小灯泡，则下列叙述正确的有 ( )图 7A.开关 S 与 1 接通时，灯 B 逐渐变亮B.
22、开关 S 与 2 接通后，灯 B 的亮度比开关与 1 接通稳定后灯 B 的亮度高C.开关 S 与 2 接通后，B 发光，而 A 不发光D.若将电源 2 换成一个既含有高频信号又含有低频信号的信号源，则当开关与2 接通时，通过 B 灯的主要是高频信号解析 开关 S 与 1 接通时，线圈阻碍电流的增大，所以灯 B 逐渐变亮，A 项正确；开关 S 与 2 接通后，由于线圈 L 对交流电的阻碍始终存在，所以灯 B 的亮度比开关与 1 接通稳定后灯 B 的亮度暗，B 项错误；开关 S 与 2 接通后，交流电也可以通过电容器，所以 A 也发光，C 项错误；线圈对交流电有通低频阻高频的作用，所以若将电源 2
23、 换成一个既含有高频信号又含有低频信号的信号源，则当开关与 2 接通时，通过 B 灯的主要是低频信号，D 项错误。答案 A10.(2018杭州富阳市高二月考)如图 8 所示，电路甲、乙中，电阻 R 和自感线圈L 的电阻值都很小，接通 S，使电路达到稳定，灯泡 D 发光，则( )图 8A.在电路甲中，断开 S，D 将逐渐变暗B.在电路甲中，断开 S， D 将先变得更亮，然后渐渐变暗C.在电路乙中，断开 S， D 将渐渐变暗D.在电路乙中，断开 S，D 将变得更亮，然后渐渐变暗解析 在电路甲中，由于电阻 R 和自感线圈 L 的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比电阻的电流小，当断开 S，由于线圈的自
24、感作用，D 不会变得更亮，将渐渐变暗，A 项正确，B 项错误；在电路乙中，由于电阻 R 和自感线圈 L 的电阻值都很小，所以通过灯泡的电流比线圈的电流小，断开 S 时，由于线圈阻碍电流变小，导致 D 将变得更亮，然后逐渐变暗， C 项错误，D 项正确。答案 AD11.(2017台州市高二期中)两个相同的白炽灯泡 L1 和 L2 接到如图 9 所示的电路中，灯 L1 与电容器串联，灯 L2 与电感线圈串联。当 a、b 间接电压最大值为Um、频率为 f 的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同。更换一个新的正弦交流电源后，灯 L1 的亮度低于灯 L2 的亮度，新电源两极的电压最大值和频率可能是( )图 9A.最大值仍为 Um，而频率大于 fB.最大值仍为 Um，而频率小于 fC.最大值大于 Um，而频率仍为 fD.最大值小于 Um，而频率仍为 f解析 当将 a、b 接在电压最大值为 Um、频率为 f 的正弦交流电源 E1 两极之间时，两只灯泡都发光，且亮度相同。而更换一个新电源后，灯 L1 的亮度低于灯L2 的亮度，则说明线圈的阻碍作用比电容器的小，那么新电源的频率小，最大电压值仍不变，B 项正确，A、C、D 项错误。答案 B
