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2013-2014学年高中物理人教版选修3-2同步辅导与检测课件:第5章 第3节 电感和电容对交变电流的影响


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交变电流

第3 节

电感和电容对交变电流的影响

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试电笔为什么会发亮? 为什么人站在绝缘物体上(例如桌、凳),手接触试电笔笔 尾的金属部分,笔尖接触火线时氖管会发亮? 有人这样解释:由于试电笔接触的是交流电源,虽然人 站在绝缘物体上,但人与地(面)之间形成了一个电容器,而 且这个电容器的容量是比较大的,因此.它对交流电的阻碍

作用(即容抗)很小,相当于短路.也就是说相当于将试电笔
的两端金属直接接在火线与地线之间,故试电笔中的氖管发 亮. 金品质?高追求 我们让你更放心!

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这种解释是否正确? 将试电笔的笔尖接触220 V交流电的火线上,在电笔尾部的 金属部分和地线间串接一个电容器C.实验结果表明,当C=20 pF 时,试电笔氖管的亮度很弱;只有当C>200 pF时,试电笔氖管 的亮度才能与人站在绝缘物体上用试电笔去测火线的亮度相 当.然而,人站在绝缘物体上与地面形成的电容器的电容C是远 达不到20 pF的.故上述解释欠妥当. 较正确的解释是:当人站在离地面较高的绝缘物体上用试 电笔试电时,人与地面间形成的电容容量极小,人与地面间的 电阻值极大,故可以把人当做孤立导体来处理(即:认为人本身 就是一个电容器).由于人与电源的火线间经过试电笔而沟通, 因此人与火线上的电势始终应该相同,当火线的电势升高或降 低时,人体的电势也会随之升高或降低.人体电势的变化过程 就是人体这个电容的充放电过程,伴随着人体的充放电,就形 成了通过试电笔的充放电电流,因此氖管发亮. 返回 金品质?高追求 我们让你更放心!

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◆物理?选修3-2?(配人教版)◆ 1.在直流电路中,当电压一定时,影响电流强弱的只是 ________.但在交流电路中,________对交变电流也有阻碍 作用,阻碍作用的大小用________来表示.
2.线圈的________越大,交流电的________越高,电感 对交流的阻碍作用就越大,也就是说,线圈的________就越 大. 3.扼流圈分为两种,一种是低频扼流圈,可以用来 ________,另一种是高频扼流圈,可以用来________. 1.电阻 电感 感抗 感抗

2.自感系数 频率

3.通直流,阻交流 通低频,通直流,阻高频
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4.当电容器接到交流电源的两端时,电容器两极板交 替进行________,电路中就有了电流,表现为交流“通过”

了电容器.
5.电容对交流阻碍作用的大小用________表示.理论 和实验都表明,电容器的________越大,交流的________越 高,电容器对交流的阻碍作用就越小,也就是说,电容器的 ________越小. 4.充电和放电 5.容抗 电容 金品质?高追求 频率 容抗

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一、电感对交变电流的阻碍作用 1.电感线圈对交变电流的作用:阻碍交变电流.

2.电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质
(1)交变电流通过线圈时,由于电流时刻都在变化,所以自 感现象就不断地发生,而自感电动势总是要阻碍电流变化的, 这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用. (2)电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗来表示,线圈的 自感系数越大,交变电流的频率越高,产生的自感电动势就越 大,对交变电流的阻碍作用越大,感抗就越大. 3.电感线圈按匝数的不同,可分为两种: (1)低频扼流圈:通直流,阻交流. (2)高频扼流圈:通低频,阻高频. 金品质?高追求 我们让你更放心!

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如图所示电路中,A、B为两相同的小灯泡,L为 直流电阻为零的电感线圈,下列说法正确的是( ) A.电源为稳恒直流电源时,灯泡A、B亮度相同 B.电源为稳恒直流电源时,灯泡A比B亮度大 C.电源为交流电源时,灯泡A、B亮度相同 D.电源为交流电源时,灯泡A比B亮度大

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解析:当电源为稳恒直流电源时,电感线圈相当于导线,
则两灯泡电压相同,所以亮度相同.当电源为交流电源时, 电感线圈对电流有阻碍作用,故灯泡A比灯泡B亮,并且交 流电的频率越高,灯泡的亮度相差越明显. 答案:AD

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变式迁移 1.(双选)在如下图所示的电路中,L为电感线圈,R 为灯泡的电阻,电流表内阻为零,电压表内阻无限大,交 流电源的电压U=220

2 sin 100πt(V).若保持电源电压有

效值不变,只将电源频率改为100 Hz,下列说法正确的有

(

)
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 金品质?高追求 我们让你更放心!

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解析:由 U=200 2sin 100πt,可得电源原来的频率为 ω 100π f= = Hz=50 Hz. 2π 2π 当电源频率由原来的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.因电源电压有效值保 持不变.故UL(U-UR)增大,选项B正确. 答案:BC

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二、电容对交变电流的阻碍作用 1.交变电流“通过”电容器的本质 把交流电源接到电容器两个极板上后,当电源电压升高 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,原来 极板上聚集的电荷又放出,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. 金品质?高追求 我们让你更放心!

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2.电容器对交变电流的阻碍作用 (1)容抗

①表示电容对交变电流阻碍作用的大小.
②大小由电容器的电容和交变电流的频率决定.电容越大,

交变电流的频率越高,容抗越小.
(2)电容对交变电流阻碍作用的实质 当交变电流“通过”电容器时,给电容器充电或放电,使 电容器两极板形成跟原电压相反的电压,阻碍电流形成容 抗. 金品质?高追求 我们让你更放心!

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如下图所示,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加时( )

A.电容器电容增加
B.电容器电容减少 C.电灯变暗 D.电灯变亮 解析:电容器的电容是由电容器本身的特性所决定的, 与外加的交流电源的频率无关,故选项A和B是错误的.当交 流电源的频率增加时,电容器充、放电的步伐加快,电容器 的容抗减小,电流增大,电灯变亮,故选项C错误,D正确. 答案:D 金品质?高追求 我们让你更放心!

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变式迁移 2.下图中甲、乙两电路是电容器的两种不同连接方式, 它们各在什么情况下采用?应该怎样选用电容器?

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解析:交流电路中常包含有直流成分和交流成分,电容 器在电路中有“通交流、隔直流”或“通高频、阻低频”的 作用. 甲图中的C1串联在电路中,它的作用是“通交流、隔直 流”,为了使交流成分都能顺利地通过,容抗必须较小,应 选用电容较大的电容器. 乙图中的C2并联在电路中,如果输入端输入的电流中包 含有高频和低频两种交流成分,该电容器的作用是“通高频、 阻低频”,即对高频电流起旁路作用,而让需要的低频信号 输入到下一级,一般取电容较小的电容器;如果输入的电流 是直流和交流两种成分,该电容器的作用是滤去交流成分, 把直流成分输入到下一级,这时要选用电容较大的电容器.

另外,选用电容器还须注意它的耐压值,以防被击穿. 返回 金品质?高追求 我们让你更放心!

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基础巩固 1.(双选)如下图所示,平行板电容器与灯泡串联, 接在交流电源上,灯泡正常发光,则( ) A.把电介质插入电容器,灯泡一定变亮 B.把电容器两极板间距离增大,灯泡一定变亮 C.把电容器两极板间距离减小,灯泡一定变亮

D.使交流电频率增大,灯泡变暗

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解析:在电容器中插入电介质,电容C增加,容抗减 小.电流增加,灯泡变亮;当频率增加时,容抗减小, 灯泡也变亮;把电容器两板间的距离增大,将使电容器 C减小,容抗增加,灯泡将变暗.

答案:AC

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能力提升 7.如下图所示,线圈的自感系数L和电容器的电容C都很 小(如L=1 mH,C=200 pF),此电路的重要作用是( ) A.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

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◆物理?选修3-2?(配人教版)◆ 解析:线圈的作用是:“通直流、阻直流,通低频、
阻高频”.电容的作用:“通交流、隔直流,通高频、 阻低频”.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,因电容器C很小,对 低频成分的阻碍作用很大,而对部分通过线圈的高频成 分阻碍作用很小,被它滤掉,最终输出的是低频交流和 直流.

答案:D
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