1、电容器在交流电路中的作用 电感器在交流电路中的作用(25分钟60分)一、选择题(本题共7小题,每小题7分,共49分)1. (2020上饶高二检测)如图所示,一个边长L=10 cm,匝数N=100匝的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO匀速转动,磁感应强度B=0.50 T,角速度=10 rad/s,闭合回路中两只灯泡均能正常发光。下列说法正确的是() A.从图中位置开始计时,感应电动势的瞬时表达式为e =5cos10t(V)B.增大线圈转动角速度时,感应电动势的峰值Em不变C.抽去电感器L的铁芯时,灯泡L2变暗D.增大电容器C两极板间的距离时,灯泡L1变亮【解析】选A。根据E
2、m=NBS可得感应电动势的最大值:Em=1000.50.1210 V=5(V),由于从线圈平面垂直于中性面开始计时,所以电动势瞬时值的表达式:e=Emcost=5cos10t(V),故选项A正确;根据Em=NBS可得增大线圈转动角速度时,感应电动势的峰值Em增大,故选项B错误;抽去电感器L的铁芯时,即减小自感系数,电感器的感抗减小,流过灯泡L2的电流增大,根据功率公式可知灯泡L2变亮,故选项C错误;增大电容器C两极板间的距离时,根据C=可知电容器的电容C减小,则有电容器的容抗增大,流过灯泡L1的电流减小,根据功率公式可知灯泡L1变暗,故选项D错误。2.在如图所示的电路中,L1、L2是两个相同的
3、小灯泡,A、B处的虚线框内各接有一个电学元件。a、b两端分别与直流电源和交流电源相连接,且直流电源的电压与交流电源电压的有效值相等,观察两种情况下灯泡的亮度。当接直流电源时,L1不发光,L2正常发光;当接交流电源时,L1发光,L2明显变暗。则下列说法正确的是()A.A中接的是电阻,B中接的是电容器B.A中接的是电感线圈,B中接的是电阻C.A中接的是电感线圈,B中接的是电容器D.A中接的是电容器,B中接的是电感线圈【解析】选D。当a、b两端加直流电压时,L1不发光,L2正常发光;当加同样电压的交流电源时,L1发光,L2发光较暗。由此可知线框A中为电容器,因为电容器隔直流通交流,线框B中是电感线圈
4、,因为电感线圈对交流电有阻碍作用,对直流电无阻碍作用,故D正确,A、B、C错误。3.关于电阻、电感、电容对电流作用的说法正确的是()A.电阻对直流电和交流电的阻碍作用相同B.电感线圈对交流电的阻碍作用是由于线圈自身存在电阻C.电容器两极板间是绝缘的,故电容支路上没有电流通过D.交变电流的频率增加时,电阻、电感线圈、电容器对电流的阻碍作用都增强【解析】选A。电阻对直流电和交流电的阻碍作用相同,故A正确; 电感线圈对交流电的阻碍作用是由于电磁感应原理,故B错误;电容器的特性:通交流,隔直流,通高频,阻低频,故C错误;交变电流的频率增加时,电感的阻碍增加,而电容的阻碍减小,对于电阻则不变,故D错误。
5、4.如图所示的电路,有直流和交流成分的电流通过,为了尽量减少R2上的交流成分,应()A.选用自感系数较大的线圈和电容较小的电容器B.选用自感系数较小的线圈和电容较大的电容器C.选用自感系数较小的线圈和电容较小的电容器D.选用自感系数较大的线圈和电容较大的电容器【解析】选D。自感系数越大的线圈对交流电的阻碍作用越大,电容越大的电容器对交流电的阻碍作用越小,所以为了尽量减少R2上的交流成分,需要选用自感系数较大的线圈和电容较大的电容器,故D正确,A、B、C错误。5. (多选)(2020南宁高二检测)某同学在研究电容器、电感器对恒定电流与交变电流的影响时,采用了如图所示的电路,L1、L2是两个完全相
6、同的灯泡。当双刀双掷开关置于3、4时,电路与交流电源接通,稳定后的两个灯泡发光亮度相同,则该同学在如下操作中能观察到的实验现象是()A.当开关置于1、2时,稳定后L1亮、L2不亮B.当开关置于3、4时,交流电频率增加且稳定后,L1变亮、L2变暗C.当开关置于3、4时,交流电频率增大,L1变暗,L2变亮D.当开关从置于1、2的稳定状态下突然断开,L1将会立即熄灭【解析】选A、C。当开关置于1、2时,接的是直流电,稳定后,电感的感抗减小,L1亮,电容的容抗无穷大,是断路,L2不亮,A正确;当开关置于3、4时,交流电频率增加且稳定后,因电容器阻碍减小,线圈阻碍增大,导致L1变暗、L2变亮,B错误;开
7、关置于3、4时,当交流电频率增大时,电容器阻碍减小,线圈阻碍增大,所以L1变暗、L2变亮,C正确;当开关从置于1、2的稳定状态下突然断开,电容器要放电,由于线圈对电流的阻碍作用,导致L1将不会立即熄灭,D错误。【加固训练】用电压表检查如图所示的电路中的故障,测量Uad=5.0 V,Uab=0,Ubc=5.0 V,Ucd=0。则电路故障可能是()A.滑动变阻器R1断路B.电容器C被击穿C.电阻R2断路D.电感线圈L断路【解析】选D。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
8、电压表两接线柱间的电路无断点。由题意Uad=Ubc=5.0 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。故正确答案为D。6.如图所示的电路中, a、b两端连接的交流电源中既含高频交流,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,下列说法不正确的是()A.L的作用是“通低频,阻高频”B.C的作用是“通交流,隔直流”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】选B。因为电感L是一个高频扼流圈,“通低频,阻高频”,A选项正确;C是一个电容较小的电容器,所以对
9、低频的交流电容抗就较大,故选项C正确,B 错误;这样通过电阻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,选项D正确。【加固训练】(多选)从某一装置输出的交流电中,常常既有高频成分,又有低频成分。如果只需要把低频成分输送到下一级装置,可采用的电路是图中的()【解析】选A、D。由于只需将低频成分输送到下一级装置,可将高频成分分流,但低频成分不能通过,即需要高频旁路电容器,故A正确。也可以直接阻碍高频成分通过,即阻高频、通低频,可以采用高频扼流圈,故D正确。7.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,如图所示的电路中可行的是()【解析】选D。
10、A图中连入一个电阻,对交流电没有阻碍作用,所以放大器得到所有成分,A错误;B图中连入电感线圈,放大器可得到直流成分,若为高频扼流圈也可得到低频成分,B错误;C图既可得到高频成分也可得到低频成分,C错误;D图通过C1的是高、低频都有,高频成分通过旁路电容C2被滤去,故D正确。二、非选择题(11分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)8.如图所示是一个判定AB之间电源性质的仪器。若接通电源后只有绿灯亮,则AB之间是什么电源?若只有红灯亮或黄灯亮,AB之间电源又如何? 【解析】由于电容器C具有隔直流的特性,故绿灯亮时AB之间必是交流电源,至于此时为什么红灯和黄灯不亮,则是由于线圈L
11、具有阻交流的作用。当AB之间接入直流电时,绿灯不亮是显见的,此时红灯亮还是黄灯亮,则必须考虑二极管D1和D2的单向导电性。答案:AB间接交变电流时,绿灯亮;AB间接直流电且A端是正极时红灯亮;AB间接直流电且B端是正极时黄灯亮。【总结提升】交流电路中电感器和电容器的解题方法(1)明确交流电源的特点及电路中电感器和电容器的连接方式。(2)利用电感器和电容器的特点,结合电路图及电学知识分析电流和电压的变化情况。(3)按照题意要求设计电路,确定电感器或电容器在电路中的具体位置。(15分钟40分)9.(7分)关于电容对交变电流的影响,下列说法正确的是()A.对一只给定的电容器来说它对任何频率的交变电流
12、的阻碍作用都相同B.同一只电容器对高频交变电流的容抗大于对低频交变电流的容抗C.同一只电容器对高频交变电流的容抗小于对低频交变电流的容抗D.同一只电容器对高频交变电流的容抗等于对低频交变电流的容抗【解析】选C。电容器的容抗跟交流电的频率成反比,频率越大,容抗越小,对交变电流的阻碍作用就越小。10.(7分)(2020太原高二检测)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,我们可以采用如图所示电路,其中a、b应选择的元件是()A.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
13、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】选B。电容器具有通高频、阻低频的作用,这样的电容器电容应较大。电感线圈在该电路中要求做到通低频、阻高频,所以它是一个高频扼流圈(自感系数较小的电感线圈),故B正确。11. (7分)如图所示的交流电路中,灯L1、L2和L3均发光,如果保持交流电源两端电压的有效值不变,但频率减小,各灯的亮、暗变化情况为()A.灯L1、L2均变亮,灯L3变暗B.灯L1、L2、L3均变暗C.灯L1不变,灯L2变暗,灯L3变亮D.灯L1不变,灯L2变亮,灯L3变暗【解析】选D。输入的交流电频率减小,对电阻R没影响,L1灯亮度
14、不变;由xL=2fL可知,频率减小,则电感的阻碍作用减小,所以L2灯的亮度变亮;由xC=可知,频率减小,则电容器的阻碍作用增大,所以L3灯更暗一些,故A、B、C错误,D正确。12. (19分)收音机的音量控制电路部分如图所示,调节滑动变阻器的滑片P可控制扬声器的音量,但收音机直接收到的信号有干扰,即有直流和高频信号,为此需要用电容器C1、C2滤去直流和高频部分。根据电容器容抗的性质,试确定C1、C2应分别用电容较大的还是较小的电容器。【解析】C1作用是滤去直流成分,而且要让低频成分通过,故应选用电容较大的电容器;C2的作用是滤去高频成分且要阻碍低频成分通过,故选用电容较小的电容器。答案:C1用电容较大的电容器,C2选用电容较小的电容器。