2014-2015学年高中物理 第3章 第3节 交变电流中的电容和电感课后知能检测 鲁科版选修3-2
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高中物理:电阻、电容和电感对交变电流的影响【知识点的认识】1、电感器对交变电流的阻碍作用(1)电感器对交变电流有阻碍作用,阻碍作用的大小用感抗来表示.影响电感器对交变电流阻碍作用大小的因素:线圈的自感系数和交流电的频率.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.即线圈的感抗就越大.(2)电感器在电路中的作用:通直流,阻交流;通低频,阻高频.“通直流,阻交流”这是对两种不同类型的电流而言的,因为(恒定)直流电的电流不变化,不能引起自感现象,交流电的电流时刻改变,必有自感电动势产生来阻碍电流的变化.“通低频,阻高频”这是对不同频率的交流而言的,因为交变电流的频率越高,电流变化越快,自感作用越强,感抗也就越大.(3)电感器的应用扼流圈:扼流圈是利用电感阻碍交变电流的作用制成的电感线圈.分低频扼流圈和高频扼流圈两类:低频扼流圈构造:线圈绕在铁芯上,匝数多,自感系数大,电阻较小作用:通直流,阻交流高频扼流圈构造:线圈绕在铁氧体上,匝数少,自感系数小(铁芯易磁化使自感系数增大,铁氧体不易磁化,自感系数很小)作用:通低频,阻高频2、电容器对交变电流的阻碍作用(1)电容器对交变电流有阻碍作用,阻碍作用的大小用容抗来表示.影响电容器对交变电流阻碍作用大小的因素有电容器的电容与交流电的频率,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.即线圈的容抗就越大.(2)电容器在电路中的作用:通交流,隔直流;通高频,阻低频.信号和交流信号,如图1所示,该电路中的电容就起到“隔直流,通交流”的作用,其电容器叫耦合(或隔直)电容器.在电子技术中,从某一装置输出的电流常常既有高频成分,又有低频成分,若在下一级电路的输入端并联一个电容器,就可只把低频成分的交流信号输送到下一级装置,如图2所示,具有这种“通高频,阻低频”用途的电容器叫高频旁路电容器.疑难分析1、为什么电感器对交变电流有阻碍作用?将交变电流通入电感线圈,由于线圈中的电流大小和方向都时刻变化,根据电磁感应原理,电感线圈中必产生自感电动势,以阻碍电流的变化,因此交流电路的电感线圈对交变电流有阻碍作用.2、为什么电容器对交变电流有阻碍作用?当电源电压推动电路中形成电流的自由电荷向某一方向做定向移动的时候,电容器两极板上积累的电荷要反抗自由电荷向这个方向做定向移动,因此交流电路的电容对交变电流有阻碍作用.3、电阻、电感器、电容器对交变电流阻碍作用的区别与联系电阻电感器电容器产生的原因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用在电路中的特点对直流、交流均有阻碍作用只对变化的电流如交流有阻碍作用不能通直流,只能通变化的电流.对直流的阻碍作用无限大,对交流的阻碍作用随频率的降低而增大决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定,与温度有关由导体本身的自感系数和交流的频率f决定由电容的大小和交流的频率决定电能的转化与做功电流通过电阻做功,电能转化为内能电能和磁场能往复转化电流的能与电场能往复转化。
人教版新教科书选择性必修第二册第三章交变电流复习与提高(解析版)第1节交变流电练习与应用1. 有人说,在图3.1-3中,线圈平面转到中性面的瞬间,穿过线圈的磁通量最大,因而线圈中的感应电动势最大;线圈平面跟中性面垂直的瞬间,穿过线圈的磁通量为0,因而感应电动势为0。
这种说法对不对?为什么?【答案】这种说法不对。
根据法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,而磁通量的大小与磁通量的变化率,没有对应关系。
当线圈转到中性面位置时,穿过线圈的磁通量最大,但磁通量的变化率为0;当线圈平面转到跟中性面位置垂直时,穿过线圈的磁通量为0,但是磁通量的变化率最大,即感应电动势最大。
从导线切割磁感线角度来看,当线圈转到中性面位置时,AB、CD两条边都平行于磁场方向运动,没有切割磁感线,根据法拉第电磁感应定律,可知这个瞬间感应电动势为0;当线圈平面转到跟中性面位置垂直时,AB、CD两条边都垂直于磁场方向运动,此时线圈磁通量变化率最大,即这个瞬间感应电动势最大。
2. 图3.1-3中,设磁感应强度为0.01 T,单匝线圈边长AB为20cm,宽BC为10cm,转速n=50 r/s,求线圈转动时感应电动势的最大值。
【答案】0.06 V【解析】当线圈平面转到与磁场平行位置时,即教材图3.1-3乙,感应电动势最大。
线圈产,代人数据得E m=0.06 V.生的电动势是AB边产生电动势的2倍,即E m = 2Bl ABω=BSωl BC23. 一台发电机产生正弦式电流。
如果发电机电动势的峰值Em=400 V,线圈匀速转动的角速度ω=314 rad/s,试写出电动势瞬时值的表达式(设0时刻电动势瞬时值为0)。
如果这个发电机的外电路只有电阻元件,总电阻为 2 kΩ,电路中电流的峰值为多少?写出电流瞬时值的表达式。
【答案】e=400sin(314t),0.2 A, i=0. 2sin (314t)【解析】根据题意,发电机匀速转动的线圈平面是从中性面开始计时的,感应电动势瞬时值的表达式为正弦函数e=E m sinωt=400sin (314t)。
第三章交变电流交变电流的描述课后篇素养形成必备知识基础练1.下列提到的电压或电流,不是指有效值的是()A.交流电压表的读数B.保险丝熔断电流C.电容器击穿电压D.220 V交流电压2.下列关于交变电流的说法正确的是()A.若交变电流的峰值为5 A,则它的最小值为-5 AB.用交流电流表测交变电流时,指针来回摆动C.我国工农业生产和生活用的交变电流频率为50 Hz,故电流方向每秒改变100次D.正弦式交变电流i=20sin 10πt(A)的峰值为20 A,频率为100 Hz,不表示大小,A项错误;交流电流表测交变电流时,指针不会来回摆动,B项错误;我国工农业生产和生活用的交变电流周期为0.02 s,交变电流方向一个周期改变两次,所以每秒改变100次,C项正确;由ω=2πf得正弦式交变电流i=20sin(10πt) A的频率为5 Hz,D项错误。
3.(2020海南卷)图甲、乙分别表示两种电流的波形,其中图乙所示电流按正弦规律变化,分别用I1和I2表示图甲和图乙表示的两电流的有效值,则()A.I1∶I2=2∶1B.I1∶I2=1∶2C.I1∶I2=1∶√2D.I1∶I2=√2∶1,大小不变,故图甲的电流有效值为I 1=I 0;图乙所示的电流为正弦式交变电流,其有效值为I 2=0√2,故I 1∶I 2=√2∶1,选项D 正确。
4.如图所示,两只阻值相同的电阻分别通以正弦波和方波电流,电流的最大值相等,则两只电阻产生的热功率的比是( )A.1∶4B.1∶2C.1∶1D.2∶1Q 正=(√2A)2RT ,则P 正=Q 正T =(√2A)2·R=12R (W)。
方波电流通过电阻在一个周期内产生的热量为Q 方=(1 A)2·RT ,则P 方=Q方T =(1 A)2·R=R (W)。
P 正P方=12,B 选项正确。
5.如图是一个正弦式交变电流的图像,下列说法正确的是( )A.周期是0.2 s,电流的峰值是10 AB.周期是0.15 s,电流的峰值是10 AC.频率是5 Hz,电流的有效值是10 AD.频率是0.2 Hz,电流的有效值是7.07 AT=0.2 s,I m =10 A,故频率f=1T =5 Hz,有效值I=m √2=5√2 A =7.07 A,故A 正确,B 、C 、D错误。
2015年高中物理 5.3 电感和电容对交变电流的影响教案新人教版选修3-2第三节电感和电容对交变电流的影响教学目标:(一)知识与技能1、理解为什么电感对交变电流有阻碍作用.2、知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小,知道感抗与哪些因素有关.3、知道交变电流能通过电容器.知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用.4、知道用容抗来表示电容对交变电流阻碍作用的大小,知道容抗与哪些因素有关.(二)过程与方法使学生理解如何建立新的物理模型而培养学生处理解决新问题能力.(三)情感态度与价值观1、通过电感和电容对交流电的阻碍作用体会事物的相对性与可变性.2、让学生充分体会通路与断路之间的辩证统一性.3、培养学生尊重事实,实事求是的科学精神和科学态度.教学重点:交流与直流的区别教学难点:感抗的概念及影响感抗大小的因素和容抗的概念及影响容抗大小的因素教学方法:讲授、启发、讨论教学用具:学生电源、灯泡、电感线圈、电容器教学过程:(一)引入新课:在直流电流电路中,电压、电流和电阻的关系遵从欧姆定律,在交流电路中,如果电路中只有电阻,例如白炽灯、电炉等,实验和理论分析都表明,欧姆定律仍适用.但是如果电路中包括电感、电容,情况就要复杂了.(二)新课教学:1、电感对交变电流的阻碍作用:实验:把一线圈与小灯泡串联后先后接到直流电源和交流电源上,观察现象:现象:接直流的亮些,接交流的暗些.引导学生得出结论:接交流的电路中电流小,间接表明电感对交流有阻碍作用.为什么电感对交流有阻碍作用?引导学生解释原因:交流通过线圈时,电流时刻在改变.由于线圈的自感作用,必然要产生感应电动势,阻碍电流的变化,这样就形成了对电流的阻碍作用.电感对电流阻碍作用的大小用感抗来表示。
问:感抗的大小与那些因素有关呢?引导学生回答自感系数大小的决定因素。
总结:感抗的大小与线圈的自感系数和交变电流的频率有关,线圈的感系数越大,电流的频率越大。
电感对交变电流的阻碍作用就越大,感抗也就越大。
3. 电感和电容对交变电流的影响-人教版选修3-2教案学习目标1.掌握电感在交变电路中的基本作用和特性;2.掌握电容在交变电路中的基本作用和特性;3.掌握电感和电容对交变电流的影响;4.能够应用所学知识,分析交变电路中的电感和电容的作用。
学习重点1.电感在交变电路中的基本作用;2.电容在交变电路中的基本作用;3.电感和电容对交变电流的影响。
学习难点1.理解电感和电容的作用原理;2.熟练运用电感和电容的计算公式。
学习内容1. 电感在交变电路中的基本作用电感是指导体中储存磁场能量的一种物理现象。
在交流电路中,电感作为一种电路元件,主要有以下作用:•产生电感反应电势:当电路中有交变电流通过电感时,电感内部会产生电磁感应现象,此时电感的两端会产生反向的电势差,即所谓的电感反应电势,它会产生阻碍电流的作用;•阻碍电流变化:电感反应电势阻碍电流变化,对于频率很高的电流来说,电感对电流变化的阻碍作用会越来越明显,这是因为当频率很高时,电流在电感内部的变化速度很快,电感反应电势也随之变化很快,导致电感反应电势越来越大,最终它对电流的影响变得不可忽略。
因此,电感在交流电路中常用于消除电流的高频分量或阻碍电流变化;•产生电感电场:电流在电感内部变化时,会产生磁场,而该磁场会随着时间变化而变化,从而产生电感电场,这种电势差的作用通常是体现在电感的自感和互感上,这也是电感最常见的应用方式之一。
2. 电容在交变电路中的基本作用电容是指两个导体之间使用电介质隔开,形成两个电极之间储存电荷的一种电路元件。
在交流电路中,电容作为一种电路元件,主要有以下作用:•存储电荷电能:在电容器两个极板之间加电压后,会出现电荷分布的不均匀现象,即正电荷都集中在一个极板上,而负电荷则集中在另一个极板上,因此电容会储存电荷电能;•产生电容反应电势:当电容中通过电流时,电荷在电场作用下会发生变化,进而产生电容反应电势,导致电容的电压具有变化和变化的趋势;•消除直流电信号:由于电容对于直流电的阻抗非常大,其通过直流电的电流极小,因此电容在交流电路中可以用来滤去与直流电有关的信息信号,只保留与交流电有关的信息。
高中物理选修3知识点总结第一章电磁场中的导电电荷1.1 导体中的电荷分布导体中的电荷主要集中在导体的表面,由于导体内部不存在电场,电荷会受到电场的作用而在导体表面分布。
1.2 静电平衡条件导体内部内电场强度为零,静电平衡条件下导体表面法向电场强度为零。
1.3 费朗霍夫定律费朗霍夫定律描述了导体内部电场强度为零的条件,即电荷的分布使导体内部电场强度为零。
1.4 导体内部电场强度为零的应用利用导体内部电场强度为零的特性,可以快速求出导体内部电荷分布的问题。
1.5 导体表面法向电场强度为零的应用导体表面法向电场强度为零的特性可以用来判断导体表面电场分布的规律。
第二章电磁感应2.1 感生电动势磁场的变化会在闭合电路中产生感生电动势,感生电动势的大小与磁场变化速率成正比。
2.2 楞次定律楞次定律描述了感生电动势的方向规律,即感生电动势的方向使得引起它的磁场变化受到抑制。
2.3 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律描述了感生电动势大小与磁场变化速率的关系,即感生电动势的大小与磁场的变化速率成正比。
2.4 自感与互感自感是指线圈或电路本身产生的感生电动势,互感是指两个线圈或电路之间相互感应产生的感生电动势。
2.5 感应电流感应电动势在闭合电路中会引起感应电流,根据洛恩兹力规律,感应电流的方向使得引起它的磁场变化受到抑制。
第三章交变电磁场3.1 交流电的产生交流电是指电压大小和方向以一定规律随时间变化的电流,交流电可以通过旋转磁铁或变压器的变压器原理产生。
3.2 交流电的特点交流电的电压和电流大小和方向周期性地交变,交流电的频率是指单位时间内交变的周期数。
3.3 交流电的有效值交流电的有效值是指相同功率的直流电和交流电通过相同电阻时的电压或电流大小。
3.4 交流电的表示交流电可以用正弦函数表示,交流电的方向及大小可以用相位角表示。
第四章交变电路分析4.1 交变电路的效果交变电路中,电阻,电感和电容对电压和电流的相位差以及功率产生影响。
高中物理:交变电流知识点一、交变电流1.定义:大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫做交变电流,简称交流(AC).2.变化规律:如图甲、乙、丙、丁所示都属于交变电流的图象.其中按正弦规律变化的交变电流叫正弦交流电,如图甲所示.二、正弦交变电流的产生及变化规律1. 产生:当闭合线圈由中性面位置(O1O2位置)开始在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动时,线圈中产生的感应电动势随时间而变化的函数是正弦函数2.正弦式交变电流的变化规律(线圈在中性面位置开始计时)3. 两个特殊位置的特点(1)线圈平面与中性面重合时,S⊥B,Φ最大,,电流方向将发生改变.(2)线圈平面与中性面垂直时,S∥B,Φ=0,最大,e最大,i最大,电流方向不改变.三、交变电流的周期和频率1. 周期(T):交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间,单位是秒(s),公式2. 频率(f):交变电流在1 s内完成周期性变化的次数.单位是赫兹(Hz).3. 周期和频率的关系:四、交流电“四值”的比较和理解五、电阻、电感、电容在交流电路中的作用1. 对电流的阻碍作用叫电抗,电抗有3种类型:导体本身对电流的阻碍作用—电阻(阻抗);线圈对电流的阻碍作用—感抗;电容对电流的阻碍作用—容抗2.电阻、感抗、容抗的比较:六、变压器的结构和原理1.主要构造:是由原线圈、副线圈和闭合铁芯组成的.变压器构造如图所示.(1)原线圈:与交流电源连接的线圈.(2)副线圈:与负载连接的线圈.2.工作原理:电流通过原线圈时在铁芯中激发磁场,由于电流的大小、方向在不断变化,铁芯中的磁场也在不断变化.变化的磁场在原副线圈中产生感应电动势,所以尽管两个线圈之间没有导线相连,副线圈也能够输出电流.互感现象是变压器工作的基础.由于理想变压器没有磁通量损失,在如图所示的铁芯中各处磁通量Φ相同,且磁通量变化相同,即变压常数相同.又理想变压器无内阻,故无内压降,因此有七、理想变压器的原、副线圈中物理量之间的关系八、电压互感器和电流互感器九、电能输送中减少损耗的方法发电机的输出功率为一定值,P=UI,在远距离输电的过程中,有相当一部分能量损耗在输电线上,设输电线的电阻为r,则损耗的电能,即转化为热能的部分为Q=I2Rt,热功率为P热=P损=I2R,要减少线路上电能的损耗,有两种方法:(1) 减小电阻:①减小电阻率,现有的导线多为铝导线,可改为铜,但价格太高;②减小距离,但可行性不大;③增大面积,有局限性,并且耗费材料.(2)减小电流:在输出功率不变的情况下,要减小电流,必须提高 U,即需采用高压输电.十、远距离输电系统远距离高压输电的几个基本关系(以图为例)当输送的电功率一定时,输电电压增大到原来的n倍,输电线上损耗的功率就减少到原来的。
交流电路中的电容和电感1.交变电流通过一段长直导线时,电流为I,如果把这根长直导线绕成线圈,再接入原电路,通过线圈的电流为I′,则( )A.I′>I B.I′<IC.I′=I D.无法比较解析:长直导线的自感系数很小,感抗可忽略不计,其对交变电流的阻碍作用可以看做是纯电阻,流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用.当导线绕成线圈后,电阻值未变,但自感系数增大,对交变电流不但有电阻,而且有线圈的阻碍作用(感抗).阻碍作用增大,电流减小.答案:B2.直流电源的电压与交流电压的有效值相同,自感线圈的直流电阻不计,则灯泡发光最亮的图是( )答案:D3.在电子技术中,从某一装置输出的交变电流常常既有高频成分,又有低频成分,若只需要把低频成分输送到后一级装置中,那么要在这两级电路之间接一电路元件是( ) A.电感线圈B.电容器C.电阻D.二极管解析:应将电容器并联接入电路,如图所示,电容器对高频成分容抗小,易通过;对低频成分容抗大,输入到下一级,有这种作用的电容器叫高频旁路电容.答案:B4.有一个电阻极小的导线绕制成的线圈接在交流电源上,如果电源的电压峰值保持一定,下列哪种情况下,通过绕圈的电流最小( )A.所加电源的频率为50 HzB.所加电源的频率为100 HzC.所加电源的频率为50 Hz,线圈的匝数较少D.在线圈中加入铁芯,所加电源的频率为100 Hz解析:电压峰值不变,则电源电压的有效值就不变,当交变电流的频率越大,线圈的自感系数越大时,感抗越大,电流越小,故选D.答案:D5.在图所示电路中,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( )A.L的作用是“通低频,阻高频”B.C的作用是“通交流,阻直流”C.C的作用是“通高频,阻低频”D.通过R的电流中,低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,A正确.C 是一个电容很小的电容器,在题图示电路中它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”.因电路中无直流成分,故B错误、C正确.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的百分比.答案:ACD6.一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接,如图所示.一块铁插进线圈之后,该灯将( )A.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),使线圈产生了感抗.加入铁芯改变了电感的自感系数,自感系数增大,感抗增大,降落的电压增大,灯泡上的电压减小,所以灯变暗,故答案为B.答案:B7.如图所示,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)( )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的直流成分必定要大(支路中的直流电与干路中总直流电的比)解析:由于线圈直流电阻不为零,所以有直流成分通过R,而线圈对交流有阻碍作用,因此也有交流成分通过R,A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,B错.因为导线一般直流电阻都很小,所以通过线圈的直流要比通过R的大,D正确.答案:CD8.两个相同的白炽灯L1和L2,接到如图所示的电路中,灯L1与电容器串联,灯L2与电感线圈串联,当a、b处接电压最大值为U m、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的亮度高于灯L2的亮度,新电源的电压最大值和频率可能是( )A.最大值仍为U m而频率大于fB.最大值仍为U m而频率小于fC.最大值大于U m而频率仍为fD.最大值小于U m而频率仍为f解析:灯L1的亮度高于灯L2的亮度,说明电容对交变电流的阻碍作用减小,电感对交变电流的阻碍作用增大,根据电容、电感阻碍作用与交流电频率的关系,交流电的频率应该是增大了,故A正确.答案:A9.某信号源中有直流成分、交流高频成分和交流低频成分,为使放大器仅得到交流低频成分,如图所示电路中可行的是( )解析:题A图放大器得到所有成分.B图放大器可得到直流成分,若为高频扼流圈也能得到低频成分.C图既可得高频成分也可得低频成分.D图通过C1的是高、低频都有,通过C2的是旁路电容让高频成分滤去,故只有D合适.答案:D10.图所示是电子技术中常用的电路.a、b是电路的输入端,其中输入的高频电流用“”表示,低频电流用“~”表示,直流电流用“-”表示.关于负载电阻R中通过的电流,有以下说法,其中正确的是( )A.甲图中R通过的是低频电流B.乙图中R通过的是高频电流C.丙图中R通过的是直流电流D.丁图中R通过的是高频电流解析:甲图中,电容器隔直流,R通过低频电流;乙图中,电容器可以和高频交流电形成通路,R中通过低频电流;丙图中,电容器C很大,容抗较小,可以通过低频电流,则R中通过直流电流;丁图中,电感器L很大,f越高,感抗越大,阻碍高频电流通过,R 中通过低频电流,故选项A、C正确.答案:AC11.在频率为f的交变电路中,如图所示,把开关S依次分别接通R、C、L支路,这时通过各支路的电流的有效值相等.若将交变电流的频率提高到2f,维持其他条件不变,则下列几种情况中,不正确的是( )A.通过R的电流有效值不变B.通过C的电流有效值变大C.通过L的电流有效值变小D.通过R、C、L的电流有效值都不变解析:电阻对交变电流阻碍作用的大小与电流的频率无关,因此通过电阻的电流的有效值不变;电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示,线圈的自感系数越大,电流的频率越高,自感电动势就越大,即线圈对电流的阻碍作用就越大,感抗也就越大,因此通过电感的电流的有效值变小;电容器对交变电流阻碍作用的大小用容抗表示,电容一定时,在相同的电压下电容器容纳的电荷量一定,频率越高,充、放电的时间越短,充、放电的电流越大,容抗越小,因此通过电容器的电流的有效值变大.故正确答案为D.答案:D12.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中a、b、c所示,则如下判断中正确的是( )A.AB间是电容器B.BC间是电感线圈C.CD间是电容器D.CD间是定值电阻解析:电容器的特性是:闭合开关后,瞬间充电结束后,电路中不再有电流,a对应的AB应是电容器,A对;电感线圈对变化的电流有阻碍作用,对恒定电流无阻碍作用,BC 间为电感线圈,B正确;定值电阻的特性是加恒定电压,瞬间即产生恒定的电流,D正确.答案:ABD。
交变电路中的电容和电感1.电阻、电容、电感对直流和交流的影响(1)电阻器:对直流和交流的影响是相同的。
(2)电容器:不让直流通过却让交流通过,但对交流有一定的阻碍作用。
(3)电感器:既让直流通过也让交流通过,但对交流有一定的阻碍作用。
电容器能让交变电流通过,是自由电荷通过了电容器吗?解析:不是。
电容器让交变电流通过是电容器交替进行充电和放电的结果,而不是自由电荷通过了电容器。
2.容抗、感抗及其应用(1)容抗、感抗的比较(2)电容器、电感器的分类按对交变电流的作用电容分为隔直电容器、高频旁路电容器;扼流圈分为低频扼流圈、高频扼流圈。
1.电感对恒定电流和交变电流均有阻碍作用(×)2.电容器的电容越大,交变电流的频率越高,容抗就越大(×)3.电阻对直流电和交变电流的阻碍作用相同(√)解析:1.电感对恒定电流没有阻碍作用,对交变电流有阻碍作用,1错误。
2.电容器的电容越大,交变电流的频率越高,容抗就越小,2错误。
3.根据电阻对电流阻碍作用特点可知,3正确。
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,原来聚集在极板上的电荷又放出,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,好像是交流电“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.容抗电容器对交流的阻碍作用。
容抗用“X C”表示,X C=12πfC。
其中f是交流电频率,C是电容器的电容。
3.容抗与电容的关系电容器的电容量越大,交变电流的频率越高,则容抗就越小;反之,电容量越小,交变电流频率越低,容抗就越大。
4.电容器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,使电容器两极板间形成和原电压相反的电压,阻碍电流变化。
[典例1] 如图所示,白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端,当交流电源的频率增加时( )A.电容器的电容增加B.电容器的电容减小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,A、B错误;当交流电源的频率增加时,电容器充放电的速度加快,电容器的容抗减小,电流增大,电灯变亮,C错误,D正确。
高二物理选修32第五章:电感电容对交变电流的作用知识要点归纳一.电感线圈对交流电的影响:1.缘由:交流电经过电感线圈时,在线圈中惹起的自感电动势对交流电发生阻碍作用。
2.感抗〔XL 〕:电感对交变电流的阻碍作用的大小。
单位:欧〔Ω〕。
3.影响感抗大小的要素:1〕线圈的自感系数L 〔内因〕X L =2πfL单位:Ω 2〕交变电流的频率f 〔外因〕4.运用:1〕低频扼流圈:①结构:铁芯,匝数多〔L 大〕 ②作用:〝通直流、阻低频、阻高频〞 2〕高频扼流圈:①结构:铁氧体芯,匝数少 〔L 小〕 ②作用:〝通直流、通低频、阻高频〞 5.能量的转化:电能和磁场能交替往复转化 6.实际归结〔电感器对交变电流的作用〕1〕在交流电路中,电感线圈由于要发生自感现象,自感中的感抗对交变电流有阻碍作用。
2〕由于交变电流大小和方向都在发作周期性的变化,电感线圈自感电动势总是阻碍交流电的变化。
3〕自感电动势的大小与线圈的自感系数L和电流的频率有关,数值上为:X L =2πfL 。
线圈的自感系数〔L〕越大,交变电流的频率〔 f 〕越高,线圈的感抗就越大。
4〕电感线圈对交变电流的阻碍作用实质,是线圈的自感电动势总是要阻碍电流的变化。
二、电容器对交流电的影响1.缘由:电容两极板上积聚的电荷对这个方向定向移动的电荷的对立作用 2.容抗〔XC 〕:电容对交变电流的阻碍作用的大小。
单位:欧〔Ω〕。
3.影响容抗大小的要素:1〕电容 〔内因〕 2〕交变电流的频率f 〔外因〕 4.运用:隔直流,通交流;通高频,阻低频。
5.能量的转化:电流的能量和电场能往复转化 6.实际归结〔电容器对交变电流的作用〕1〕由于电容两极板上积聚的电荷对这个方向定向移动的电荷的对立作用,电容器对交变电流有阻碍作用。
2〕电容器对交变电流的阻碍作用的大小用容抗来表示,fCXc π21=,电容〔C 〕越大,交变电流的频率〔 f 〕越高,电容器的容抗越小。
三.电阻、感抗、容抗的区别电 阻感 抗容 抗发生缘由 定向移动的自在电荷与不动的离子间的碰撞由于线圈中的自感现象阻碍电流的变化电容两极板上积聚的电荷对这个方向定向移动的电荷的对立作用在电路中 特点对直流、交流均有阻碍作用只对变化的电流有阻碍作用不能通直流,只能通变化的电流,对直流的阻碍有限大,对交流的紫碍谁随频率的降低而增大决议因数 由导体自身〔长短粗细、资料〕决议有关,与温度有关由线圈自身的自感系数L 和交流电的频率f 决议由电容的大小C 和交流电的频率f决议电能转化 与做功经过电流做功,电能转化为内能电能和磁场能交替往复转化电流的能与电场的能交替往复转化 例1。
【课堂新坐标】(教师专用)2014-2015学年高中物理第3章第3节交变电流中的电容和电感课后知能检测鲁科版选修3-2
1.关于电子电路中的扼流圈,下列说法正确的是( )
A.扼流圈是利用电感线圈对交流的阻碍作用来工作的
B.高频扼流圈的作用是允许低频交流通过,而阻碍高频交流通过
C.低频扼流圈的作用是不仅要阻碍高频交流通过,还要阻碍低频交流通过
D.高频扼流圈的自感系数比低频扼流圈的自感系数大
【解析】扼流圈是利用变化的电流通过线圈时,感应出感应电动势,从而阻碍电流的变化,故A正确.高频扼流圈是“通低频,阻高频”,故B正确.低频扼流圈是“阻高频,阻低频,通直流”,故C正确.高频扼流圈比低频扼流圈的自感系数小,故D错误.【答案】ABC
2.关于电感对交变电流的影响,下列说法正确的是( )
A.电感不能通直流电流,只能通交变电流
B.电感对各种不同频率的交变电流的阻碍作用相同
C.同一个电感线圈对频率低的交变电流的阻碍较小
D.同一个电感线圈对频率高的交变电流的阻碍较小
【解析】电感线圈可以通直流,A错.电感,对不同频率的交变电流阻碍作用不同,B错.同一电感线圈对高频交流电阻碍作用大,D错,C正确.
【答案】 C
3.对交变电流能够通过电容器的正确理解是( )
A.在有电容器的交流电路中,没有电荷定向移动
B.在有电容器的交流电路中,有电荷定向移动
C.当电容器接到交变电源上时,电容器交替进行充、放电,电路中才有交变电流
D.当电容器接到交变电源上时,因为有自由电荷通过电容器,电路中才有交变电流【解析】电容器能够通过交变电流,是通过电容器交替充、放电而进行的,实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质,故C对,D错.既然电容器交替充、放电,电路中就有了电荷的定向移动,故B对,A错.
【答案】BC
4.如图3-3-10所示交流电源的电压有效值跟直流电的电压相等,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,则( )
图3-3-10
A.P1=P2B.P1>P2
C.P1<P2D.不能比较
【解析】考查感抗对电流的阻碍作用.接在直流电源上,线圈对直流没有阻碍作用,电能全部转化为小灯泡的内能,而当双刀双掷开关接在交流电源上时,线圈对电流有阻碍作用,因此电能除转化成灯泡的内能外,还有一部分电能在与磁场能往复转化,因此P1>P2,故正确答案为B.
【答案】 B
5.如图3-3-11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( )
图3-3-11
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
【解析】线圈的作用是“通直流、阻交流,通低频、阻高频”.电容的作用是“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,因电容器的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,把它旁路掉,最终输出的是低频交流和直流.
【答案】 D
6.(2013·哈师大附中检测)如图3-3-12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1变亮,灯2变暗,灯3不变,则M、N、L中所接元件可能是( )
图3-3-12
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
【解析】当交变电流的频率增大时,线圈的感抗变大,电容器的容抗变小,由灯1变亮,灯2变暗可知M为电容器,N为电感线圈,而电阻与交变电流的频率无关,故L为电阻,C正确.
【答案】 C
7.(2013·大连检测)如图3-3-13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的示数增加,可行的办法是( )
图3-3-13
A.使发电机F的转速增加
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
【解析】本题考查电容对交变电流的阻碍作用,本题的关键是理解容抗与交变电流的频率和电容器的电容都成反比.当发电机转速增加时,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,使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,对交变电流的阻碍作用增大,电流表A示数减小,C、D两项均错误.
【答案】 A
8.直流电源的电压与交流电压的有效值相同,电感线圈的直流电阻不计,则灯泡发光最亮的图是( )
【解析】电容C、电感L都对交变电流有阻碍作用,故A、B两图中灯不是最亮的;C 图中灯被短路,灯泡不亮;D图中电容C有隔直流作用,所以D中灯泡最亮.【答案】 D
9. (2012·海淀高二检测)两个相同的白炽灯泡L1和L2接到如图3-3-14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U m、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3-3-14
A.最大值仍为U m,而频率大于f
B.最大值仍为U m,而频率小于f
C.最大值大于U m,而频率仍为f
D.最大值小于U m,而频率仍为f
【解析】更换新电源后,灯L1的亮度低于灯L2的亮度,说明电容器的容抗增大,电感的感抗减小.由频率对容抗、感抗的影响可知新电源频率减小,所以B正确.【答案】 B
10.如图3-3-15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3-3-15
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
【解析】由a、b接直流时的现象可知,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,元件x是电感线圈,元件y是电容器,选项B正确.
【答案】 B
11.如图3-3-16所示,AO输入的信号,是有直流电的交变电流.
(1)现要求信号到达BO端没有直流电压,需要在AB端接入一个什么元件?该元件的作用是什么?
(2)若要求信号到达BO端只有直流电压,而没有交流电压,则应在AB端接入一个什么元件?该元件的作用是什么?
图3-3-16
【解析】(1)因为BO端不需要直流电,只需要交流电,故根据电容有“通交隔直”的作用,应在AB端接入一个电容器C,该电容器对直流电有阻碍作用,对交流电有通过作用.
(2)因为BO端不需要交流电,只需要直流电,故根据电感有“通直阻交”的作用,应在AB端接入一个电感线圈L,该线圈对交流电有阻碍作用,对直流电有通过作用.【答案】见解析
12.(2012·日照高二检测)如图3-3-17所示,(a)、(b)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?
图3-3-17
【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.
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.
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,一般选电容较小的电容器;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.【答案】见解析。