知识讲解电感和电容对交变电流的影响

《知识讲解电感和电容对交变电流的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《知识讲解电感和电容对交变电流的影响（12页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、高中物理 高中物理 电感和电容对交变电流的影响 【学习目标】1 通过实验，了解电感器和电容器对交流电的阻碍作用。2 知道感抗和容抗的物理意义及影响因素。3 通过猜想、假设、实验、交流合作与分析论证，体验科学探究过程。【要点梳理】要点一、电感对交变电流的阻碍作用 1电感线圈对交变电流的阻碍作用。交变电流通过线圈时，由于电流时刻在变化，所以自感现象就不断发生，而自感电动势总是阻碍电流变化的，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，电感对交变电流的阻碍作用就越大，感抗也就越大。3由影响感抗的因素

2、“频率”可知：电感线圈对恒定电流0It没有感抗作用，因此电感线圈可以概括为“通直流，阻交流”。同时对频率越高的交变电流，感抗越大，即所谓“通低频，阻高频”。由影响感抗的因素“自感系数”可知：要使低频扼流圈感抗大，就要用自感系数较大的线圈即匝数较多并有铁芯的扼流圈来担任；高频扼流圈的自感系数要小得多，可以用匝数少且没有铁芯的扼流圈来担任。根据电感线圈匝数的不同，扼流圈可分为两种：（1）低频扼流圈：通直流，阻交流；（2）高频扼流圈：通低频，阻高频。要点二、电容器对交变电流的阻碍作用 1交变电流能够“通过”电容器 电容器两极板间是绝缘材料，当电容器接到交流电源上时，当电源电压升高时，电源给电容器充电

3、，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，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，好像是交变电流“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电容器对交变电流的阻碍作用 对于导线中形成电流的自由电荷来说，当电源的电压推动它们向某一方向做定向运动时，电容器两极板上积累的电荷会阻碍它们向这个方向运动，这就产生了电容对交变电流的阻碍作用。电容对交变电流的这种阻碍作用的大小就称为容抗。要点诠释：（1）容抗表示电容对交变电流阻碍作用的大小。（2）容抗大小由电容器的电容和交变电流的频率决定。电

4、容越大，交变电流的频率越高，容抗越小。（3）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，使电容器两极形成跟原电压相反的电压，阻碍电流，形成容抗。（4）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；旁路电容器：通高频、阻低频。实际应用电路如图所示。高中物理 高中物理 要点三、直流电路和交流电路的区别 在直流电路中，电流的大小由电压和电阻决定，而在交流电路中，决定电流大小的除了电压和电阻外，还与电感和电容对交变电流的阻碍作用有关，电路中电感线圈和电容器的两端均有电压，在交变电流的频率不变时，纯电感电路中和纯电容电路中，电流大小跟电压成正比。要点四、电

5、阻、感抗、容抗的比较 电阻 感抗 容抗 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 由线圈本身的自感系数和交流的频率f决定（成正比）由电容的大小和交流的频率决定（成反比）能量转化 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 电能与电

6、场能往复转化 说明：电感、电容接到交流电源上时，电能与磁场能或电场能往复转化，所以电感、电容上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，从而造成电能的损耗。要点五、电容器、电感器的应用 1电容器的应用 （1）隔直电容器，如图甲所示，作用是“通交流、隔直流”。因为直流不能通过电容器，交变电流能“通过”电容器。起这样作用的电容器电容要大些。（2）高频旁路电容器。如图乙所示，作用是“通高频，阻低频”，因为对不同频率的交变电流，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大，即电容对低频交变电流阻碍作用大。对高频交变电流阻碍作用小，起这样作用的电容器电容要小些。高中物理 高中物理 2电感器的应用 （1

7、）低频扼流圈：可起到“通直流、阻交流”的作用。（2）高频扼流圈：可起到“通直流、通低频，阻高频”的作用。3电感和电容的组合应用 根据电感、电容对交变电流阻碍作用的特点，可以将二者结合到一起来完成一定的任务。（1）如果将电容与负载并联，然后与电感串联，就能更好的起到滤掉电流中交流成分或高频成分的作用。如图所示。（2）如果将电感与负载并联，然后与电容串联，就能更好的起到滤掉电流中直流成分或低频成分的作用。如图所示。【典型例题】类型一、电感对交变电流的阻碍作用 例 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，接入原电路，通过线圈的电流为I，则 （）AII BII CII D无

8、法比较 【答案】B【解析】本题考查电感对交变电流的阻碍作用，关键要知道电感线圈对直流和交变电流的阻碍作用有区别。长直导线的自感系数很小，其对交变电流的阻碍作用可以看作是纯电阻，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，对交变电流的阻碍作用不但有电阻，而且有线圈的阻碍作用（感抗）。阻碍作用增大，电流减小。【点评】直流电阻不计的线圈对直流无阻碍作用，相当于短路，对交变电流有阻碍作用。例 2 一个灯泡通过一个粗导线绕成的线圈与一交流电源相连接，如图所示。一铁芯插进线圈之后，该灯将（）高中物理 高中物理 A变亮 B变暗 C对灯没影响 D以上说法都不正确 【

9、答案】B【解析】本题考查感抗的决定因素和电路知识，解题的关键是知道线圈中插入铁芯使线圈的自感系数变大。线圈和灯泡是串联的，因此加在串联电路两端的总电压等于线圈上的电势差与灯泡上的电势差之和。由墙上插孔所提供的 220 V 电压，一部分降落在线圈上，剩余的降落在灯泡上。如果一个大电压降落在线圈上，则仅有一小部分电压降落在灯泡上。灯泡上电压变小，将使它变暗。什么原因使得电压降落在线圈上呢?是由于它的电阻吗？由于线圈导线是粗的，其电阻很小。在线圈上产生电压降的主要原因是其内部存在改变着的磁场。在线圈内由于改变磁场而产生的感应电动势，总是反抗电流的变化，正是这种反抗变化的特性（电惰性），使线圈产生了感

10、抗。【点评】感抗2LXfL，L的大小与线圈的形状、长度、横截面积及有无铁芯均有关系。例 3在如图所示电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压220 2 sin100Vut。若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为100 Hz，下列说法中正确的是（）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】本题考查了感抗的决定因素、交变电流有效值等知识，解题关键是要清楚频率增大，感抗增大。由220 2sin100Vut，可得电源原来的频率为100Hz50Hz22f，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

11、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2PI R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LU；设灯泡两端电压为RU，则电源电压的有效值为LRUUU，因RUIR，故电流I减小时，RU减小。因电源电压有效值保持不变，故LRUUU增大，选项 B 正确。高中物理 高中物理 【点评】感抗大小的决定式为2LXfL，f为交变电流频率，L为电感（自感系数），感抗和频率f、电感L成正比。例 4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

12、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高频扼流圈的电感比低频扼流圈的电感大 【答案】ABC 【解析】本题考查了高频扼流圈、低频扼流圈。扼流圈是利用变化的电流通过线圈时，感应出感应电动势，从而来阻碍电流的变化的，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自感系数小，故 D 错。【点评】清楚高频扼流圈是“通低频、阻高频”，低频扼流圈是“通直流、阻交流”。类型二、电容对交变电流的影响 例 5如图所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220 V

13、，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是（）A等于220 V B大于220 V C小于220 V D等于零 【答案】C【解析】本题考查了电容器对交变电流的阻碍作用。虽然交变电流能通过电容器，但也要受到阻碍作用，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。【点评】交变电流不同于直流，交变电流能“通过”电容器，所以电压表有示数。例 6电路由交变电源供电，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（）A电容器上的电荷量最大值增大 B电容器容抗增大 高中物理 高中物理 C电路中灯泡亮度变亮 D电路中灯泡亮度变暗 【答案】C

14、 【解析】电容器的容抗由电容器本身决定，B 错；当交变电流的频率升高时，电容器的容抗减小，电容器电压减小，QCU，Q的最大值减小，A 错；灯泡电压增大，灯泡的亮度变亮，故选项 C 正确，选项 D 错误。【点评】容抗表达式为12CXfC，由此可知电容器的容抗和交变电流频率f、电容C成反比。例 7如图所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表 A 示数增大，可行的办法是（）A使发电机的转速增大 B使发电机的转速减小 C平行板电容器间换用介电常数较小的电介质 D使电容器两板间距离增大【答案】A【解析】本题考查了容抗的决定因素及交变电流的频率。发电机转速增大，交变电流频率，增大，容抗变

15、小，电流增大，故 A 正确。电容器所充电介质的介电常数变小，板间距离增大，电容均变小，容抗变大，电流变小，C、D 不正确。【点评】容抗和交变电流频率f、电容C成反比；电容和电介质的介电常数成正比，和两板正对面积成正比，和板间距离成反比。例 8如图所示的甲、乙、丙三种电路是电子技术中常用的电路，ab、是输入端，其中高频成分用“”表示，低频成分用“”表示，直流成分用“”表示，则甲、乙、丙图中的负载R上得到的电流特征是什么？【答案】见解析 高中物理 高中物理【解析】本题考查电容对电流的阻碍作用。甲图：R上的电流是交流成分（低频），因为电容C有隔直流作用。乙图：R上的电容是低频成分，因为电容C对高频成

16、分有旁通作用，即通高频、阻低频。丙图：R上的电流是直流成分，因为电容C对交流有旁通作用，即隔直流、通交流。【点评】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；旁路电容器：通高频、阻低频。举一反三【高清课堂：电感和电容对交变电流的影响 例 5】【变式】下列甲、乙两图是电子技术中的常用电路，ab、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（）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 类型三

17、、电感、电容对交变电流的影响 例 9（2015 西城教研）下列说法正确的是（）A理想电感线圈、电容器和电阻接入电路后都要产生焦耳热 B电感线圈、电容器和电阻都对交变电流起阻碍作用 C电感线圈对变化的电流起阻碍作用 D电容器能使交流“通过”的原因是电容器在交流电路中交替地进行充电和放电【答案】BCD【解析】本题考查了电阻、电感、电容在交流电路中的作用。对于直流，理想电感相当于导线，理想电容相当于开路，不产生焦耳热，故 A 错误；对于交流，电感线圈有感抗，电容器有容抗，都对交变电流有阻碍作用，故 B、C 正确；交变电流能通过电容器是因为交流电路中电容器的两极加上交变电压，两极板上不断进行充、放电，

18、电路中产生电流，表现为交变电流“通过”了电容器，故 D 正确。【点评】电感和电容对交流的阻碍作用的大小不但跟电感、电容本身有关，还跟交流的频率有关。这种关系可以简单概括为：电感是“通直流、阻交流，通低频、阻高频”，感抗2LXfL（参考公式）；电容是“通交流、隔直流，通高频、阻低频”容抗12CXfC（参考公式）。举一反三 高中物理 高中物理【高清课堂：电感和电容对交变电流的影响 例 4】【变式】以下说法正确的是（）A、低频扼流圈对低频交流有很大的阻碍作用，而对高频交流的阻碍较小 B、高频扼流圈对高频交流有很大的阻碍作用，而对低频交流的阻碍较小 C、电容器的容抗是电容器本身的固有属性，与外界的条件

19、无关 D、电容器在交流电路中“容抗”来阻碍电流变化，所以电容越大，阻碍越强【答案】B 例 10如图所示，当交流电源的电压有效值220 VU，频率50 Hzf 时，3只灯123LLL、的亮度相同（L无直流电阻），若将交流电源的频率变为100 Hzf，则（）A1L灯比原来亮 B2L灯比原来亮 C3L灯和原来一样亮 D3L灯比原来亮 【答案】AC【解析】本题综合考查了电容、电感对交变电流的阻碍作用。电容的容抗与交变电流的频率有关，频率高、容抗小，即对高频交变电流的阻碍作用小，所以 A 项对。线圈对交变电流的阻碍作用随频率升高而增加，所以 B 项错，电阻R中电流只与交变电流有效值及R值有关，所以 C

20、项正确。【点评】电感、电容对交变电流的阻碍作用与交变电流的频率有关，而电阻对交变电流的阻碍作用和交变电流频率无关，电阻R中的电流由交变电流有效值和R决定。举一反三【高清课堂：电感和电容对交变电流的影响 例 6】【变式 1】两个相同的白炽灯泡1L和2L接到如图 4 所示的电路中，灯1L与电容器串联，灯2L与电感线圈串联。当ab、间处接电压最大值为mU、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1L的亮度低于灯2L的亮度。新电源两极的电压最大值和频率可能是（）高中物理 高中物理 A.最大值仍为mU，而频率大于f B.最大值仍为mU，而频率小于f C.最大值大于

21、mU，而频率仍为f D.最大值小于mU，而频率仍为f【答案】B 【高清课堂：电感和电容对交变电流的影响 例 1】【变式 2】如图所示，理想变压器的输出端有三组次级线圈，分别接有电阻元件R、电感元件L和电容元件C。若用RI、LI、CI分别表示通过R、L和C的电流，则下列说法中正确的是（）A若MN、接正弦式交流电，则 RLC000III、B若MN、接正弦式交流电，则 RLC000III、C若MN、接恒定电流，则 RLC000III、D若MN、接恒定电流，则 RLC000III、【答案】B 例 11“二分频”音箱内有两个不同口径的扬声器，它们的固有频率分别处于高音、低音频段，分别称为高音扬声器和低音

22、扬声器；音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频的机械振动。图为音箱的电路图，高、低频混合电流由ab、端输入，1L和2L是线圈，1C和2C是电容器，则下列说法正确的是（）高中物理 高中物理 A甲扬声器是高音扬声器 B2C的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器 C1L的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器 D2L的作用是减弱乙扬声器中的低频电流 【答案】BD【解析】本题综合考查电感和电容在电路中所起的作用。甲扬声器中，1L串联在电路中，对高频电流的阻碍作用很大，对低频电流阻碍作用较小；1C并联在电路中，对高频电流的

23、阻碍作用小，可以给高频电流提供通路，使低频电流通过扬声器传出，所以甲为低频扬声器。乙扬声器中，2C串联在电路中，对低频电流的阻碍作用很大，对高频电流阻碍作用很小；2L并联在电路中，对低频电流的阻碍作用小，可以给低频电流提供通路，使高频电流通过扬声器传出，所以乙为高频扬声器，故答案为 B、D。【点评】牢记电感线圈“通低频、阻高频”；电容器“通高频、阻低频”，解题时直接运用即可。举一反三【高清课堂：电感和电容对交变电流的影响 例 7】【变式】“二分频”音箱内有高、低两个扬声器。音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原

24、成高、低频的机械振动。图为音箱的电路简化图，高低频混合电流由ab、端输入，L是线圈，C是电容器，则()A、甲扬声器是高音扬声器 B、C的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器 高中物理 高中物理 C、L的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器 D、乙扬声器的振幅一定大 【答案】B 例 12（2016 南京模拟）如图所示电路中，L 为电感线圈，C 为电容器，当开关 S 由断开变为闭合时，则（）AA 灯有电流通过，方向由 a 到 b BA 灯中无电流通过，不可能变亮 CB 灯立即熄灭，c 点电势低于 d 点电势 DB 灯逐渐熄灭，c 点电势低于 d 点电势【答案】C【解析】开关 S 由断开变为闭合时，电容放电，右

25、极板带正电，所以 S 闭合瞬间 A 灯有电流从 b到 a，故 A、B 均错误；对于 B 灯所在的支路，由于电感，L 中的电流会慢慢减小，所以 B 灯逐渐熄灭，由于原电流方向是由右向左，电感线圈阻碍电流减小，那么线圈中的电流方向也是从右向左，所以 c点的电势低于 d 点的电势，故 C 正确，D 错误。故选 C。【点评】本题考查了电容器和电感线圈对交变电流的导通和阻碍作用，注意电容器的充放电，及电感线圈的阻碍变化，而不是阻止。举一反三【高清课堂：电感和电容对交变电流的影响 例 2】【变式】如图所示，甲、乙是规格相同的灯泡，AB、两端加直流电压时，甲灯正常发光，乙灯完全不亮；当AB、两端加上有效值和直流电压相等的交流电压时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光。下列说法正确的有：（）高中物理 高中物理 A与甲灯串联的元件X是电容器 B与乙灯串联的元件Y是电容器 C与甲灯串联的元件X是电感线圈 D与乙灯串联的元件Y是电感线圈 【答案】BC