1、4.电容器在交流电路中的作用 5.电感器在交流电路中的作用 必备知识自主学习 一、电容器对交流电的作用 交流电通过电容器和通过小灯泡的实质是一样的吗?提示:不一样,对电容器来讲,电荷没有通过电容器,只是反复地充电、放电,好像通过了而已。1.导通作用:(1)结论:_电流能够通过电容器,_不能通过电容器。(2)电容器导通交流电的实质:两极板间的电压周期性变化,使电容器反复地 _和_,在电路中形成交变电流。交变 直流 充电 放电 2.阻碍作用:(1)结论:电容器对交流电有阻碍作用,且其阻碍作用的大小与交流电的_和 电容器的_有关。(2)容抗:电容器对_的阻碍作用。(3)影响容抗大小的因素:电容器的电
2、容_,容抗_;频率_、容抗 _。频率 电容 交流电 越小 越大 越低 越大 二、电容器在电子技术中的应用 1.电容器在电路中的作用:“隔_,通_,频率越高,阻碍作用_”。2.应用:(1)隔直电容:在两级电路间_(选填“串联”或“并联”)一个电容器来阻 止_(选填“直流”或“交流”)成分通过。(2)旁路电容:利用电容器对高频电流阻碍作用小而对低频电流阻碍作用_的 特性,在下级电路的输入端_(选填“串联”或“并联”)一个电容,通过电 容器可滤除_(选填“高频”或“低频”)干扰信号。直流 交流 越小 串联 直流 大 并联 高频 三、电感器对交流电的阻碍作用 1.结论:电感器对交流电有阻碍作用,且其阻
3、碍作用的大小与交流电的_和 _有关。2.感抗:(1)物理意义:表示电感器对交变电流的_的大小。(2)影响感抗大小的因素:线圈的_越大,交流电的_越高,感抗越 大。频率 自感系数 阻碍作用 自感系数 频率 四、电感器在电子技术中的应用 1.低频扼流圈:自感系数较大,感抗较大,对_交变电流有很大的阻碍作用,而对直流的阻碍作用较小。2.高频扼流圈:自感系数较小,感抗较小,对_交变电流有很大的阻碍作用,而对_交流的阻碍作用较小。低频 高频 低频 关键能力合作学习 知识点一 电感器对交变电流阻碍作用的分析 1.线圈对交变电流的阻碍作用的原因:交变电流通过线圈时,由于电流的变化引起通过线圈的磁通量发生变化
4、,在线圈中产生自感电动势而阻碍电流的变化,也就阻碍了交变电流的通过形成感抗。2.影响感抗大小的因素:(1)交变电流的频率。交变电流的频率大时,交变电流变化得快,磁场变化得就快,通过线圈的磁通量变化率就大,自感电动势就大,从而阻碍磁通量的变化的能力也大,也就是阻碍交变电流的通过的作用就大,则感抗也就大。(2)线圈的自感系数。线圈的自感系数大时,同样的交变电流和磁通量的变化率,产生的自感电动势大,也就是阻碍交变电流的通过的作用就大,则感抗也就大。【典例示范】【典例】(2020天水高二检测)如图所示,将带铁芯的电感器L与灯泡A串联,再与另一个完全相同的灯泡B并联,接在以正弦交流信号发生器为电源的两端
5、。通过调节交流信号发生器上的旋钮,可以改变输出电压和信号的频率。闭合开关S,A、B两灯均发光。关于该实验,下列说法中正确的是()A.保持交流信号频率不变,适当提高输出电压,发现A灯始终比B灯亮 B.保持输出电压和信号频率不变,撤去铁芯后,发现A灯比原来亮 C.保持输出电压不变,提高交流信号频率,发现A、B灯均变亮 D.断开开关S,发现B灯闪亮一下,然后熄灭【解析】选B。电感线圈对交流电有阻碍作用,所以流过A的电流始终小于流过B的电流,则保持交流信号频率不变,适当提高输出电压,发现A灯始终比B灯暗,故A错误;保持输出电压和信号频率不变,撤去铁芯后,线圈对交流电的阻碍作用减小,发现A灯比原来亮,故
6、B正确;保持输出电压不变,提高交流信号频率,线圈对交流电的阻碍作用增大,则A灯变暗,故C错误;待电路稳定后断开开关,L中产生自感电动势,相当于电源,A、B两灯串联,同时逐渐变暗,两灯不会闪亮,故D错误;故选B。【素养训练】1.(2020沈阳高二检测)对于扼流圈的以下说法,正确的是()A.高频扼流圈用来“通直流、阻交流”B.低频扼流圈用来“通低频、阻高频”C.低频扼流圈对低频交变电流的阻碍作用较大,对高频交变电流的阻碍作用较小 D.高频扼流圈对低频交变电流的阻碍作用较小,对高频交变电流的阻碍作用较大【解析】选D。高频扼流圈的自感系数较小,高频扼流圈的作用是通低频、阻高频,即高频扼流圈对低频交变电
7、流的阻碍作用较小,对高频交变电流的阻碍作用较大,故A错误,D正确;低频扼流圈的自感系数较大,其作用是通直流、阻交流,对低频交变电流有较大的阻碍作用,则低频扼流圈对低频交变电流的阻碍作用较大,对高频交变电流的阻碍作用更大,故B、C错误。2.如图所示的电路由交流电源供电,L为带有铁芯且不计直流电阻的线圈,下列方案中可能使小灯泡变暗的是()A.仅增加电源的频率 B.仅拔出线圈中的铁芯 C.仅减小线圈的匝数 D.仅换用与交流电源电压有效值相同的直流电源【解析】选A。仅增加电源的频率,线圈感抗增大,对交流电阻碍作用增强,电流减小,故灯泡变暗,A选项正确;仅拔出线圈中的铁芯,线圈感抗减小,对交流电阻碍作用
8、减弱,电流变大,故灯泡变亮,B选项错误;仅减小线圈的匝数,线圈感抗减小,对交流电阻碍作用减弱,电流变大,故灯泡变亮,C选项错误;仅换用与交流电源电压有效值相同的直流电源,线圈对直流电无阻碍作用,电流变大,故灯泡变亮,D选项错误。3.(多选)如图所示的实验电路中,若直流电压和交变电压的有效值相等,S为双刀双掷开关,下列哪个叙述正确()A.当S掷向a、b时灯较亮,掷向c、d时灯较暗 B.当S掷向a、b时灯较暗,掷向c、d时灯较亮 C.S掷向c、d,把电感线圈中的铁芯抽出来时灯变亮 D.S掷向c、d,电源电压不变,而使频率减小时,灯变暗【解析】选A、C。线圈对恒定电流无感抗,对交变电流有感抗,并且是
9、有铁芯时感抗较大。当S掷向a、b时电路中接通的是直流电,通过线圈的电流不发生变化,不会有自感现象发生,所以此时灯较亮,掷向c、d时,电路接通的是交流电,通过线圈的电流要发生变化,所以会有感抗作用,这时的灯较暗,A对,B错;铁芯可以增强线圈的感抗作用,所以把铁芯抽出来相当于线圈的感抗减小了,所以灯会变亮,C对;S掷向c、d,电源电压不变,而使频率减小时,通过线圈的电流变化率变小,所以产生的自感电动势变小,对电路的感抗减小,所以灯会变亮,D错;故选A、C。【加固训练】1.(多选)关于电感对交变电流的影响,以下说法中正确的是()A.电感对交变电流有阻碍作用 B.电感对交变电流阻碍作用的大小叫感抗 C
10、.电感对某一频率的交变电流的阻碍作用只跟线圈的自感系数有关 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】选A、B、D。电感对交流电有影响,其阻碍作用的大小和线圈的自感系数L、交流电的频率f有关,L越大,f越高,阻碍作用越大,故选项A、B、D正确,C错误。2.一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】选B。由于电流的变化,在线圈内磁场变化而产生感应电动势,并总是阻碍电流变化,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
11、,灯泡上的电压减小,从而导致灯泡的功率减小,所以灯变暗,故答案为B。知识点二 电容器对交变电流阻碍作用的分析 1.电容器对电流有阻碍作用的原因:电容器充电的过程中,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充电和放电,其表现就是电容器在交变电流“通过”中的阻碍作用。2.影响电容器容抗的因素:(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,电场力也小,对电荷充电时受到阻碍的作用力就小,所以容抗就小。(2)交变电流的频率:交变电流的频率高时,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,
12、电容器所达到的电压就小,排斥充电和放电的电场力就小,从而阻碍作用就小,容抗就小。【典例示范】【典例】如图所示的电路中,F为一交流发电机,C为平行板电容器,为使电流表A的示数增大,可行的办法是()A.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电介质 D.使电容器两极板间的距离增大【解析】选A。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,故A正确,B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,故C、D
13、错误。故选A。【素养训练】1.在交变电路中,电流能通过电容器,下列说法正确的是()A.电荷真正通过了电容器 B.电荷没有通过电容器 C.只有正电荷才能通过电容器 D.只有高频电流才能通过电容器【解析】选B。电容器“隔直流、通交流”是指电容器充电、放电过程中电路中有电荷定向移动,形成电流,但不是电荷真正通过了电容器,故选B。2.(多选)如图所示,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()A.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】选C、D。甲图中由于电容器对交变电
14、流的阻碍,灯L1的电压小于电源的电压;乙图中电容器与灯L2并联,电压都等于电源的电压;所以灯L1比灯L2暗;故A错误。电容器有隔直流的特性,所以灯L3不能发光;故B错误。灯L2和L4的电压相等,亮度相同;故C正确。结合A项分析可知,灯L4比灯L1亮;故D正确。故选C、D。3.如图所示为某电器中电路的一部分,当输入有直流成分、交流低频成分和交流高频成分的电流后,在其输出端得到可调大小的交流低频成分,那么下列有关各元器件的作用的说法中,错误的是()A.C1为高频旁路电容器,交流高频成分被该电容器短路 B.R为滑动变阻器,它的滑片上下移动可以改变输出端电压的大小 C.C2为隔直电容器,交流低频成分通
15、过该电容器输出 D.C1的电容较大、C2的电容较小【解析】选D。根据题意,欲得到交流低频,则高频交流应通过C1滤掉,因此C1是高频旁路电容器,其电容应较小;R是起调节输出电压的作用;C2的作用是隔直流,通低频交流,因此其电容较大,A、B、C正确,不符合题意;D错误,符合题意。故选D。【加固训练】1.关于电容器对交变电流的容抗,以下说法正确的是()A.电容器内部是绝缘的,直流和交流都不能“通过”电容器 B.电容器接到交流上时,由于不断充电、放电,所以电容器对交流无影响 C.恒定电流可认为周期很长,因此电容器对其容抗可以忽略 D.电容器有“隔直通交”“通高阻低”的作用【解析】选D。电容器内部是绝缘
16、的,所以直流不能通过电容器,但是对交流,由于电容器不断充、放电,所以电流能够通过电容器,但对变化的电流又有阻碍作用,A、B错;恒定电流的周期可认为无限大,频率极小,电容器对直流的容抗很大,C错;电容器具有“隔直通交,阻低通高”的作用,D对。2.两个相同的灯泡L1和L2,分别与两个相同的电容器C1和C2连接,如图所示。图中甲电路两端加直流电压U1,乙电路两端加最大值1.2U1的正弦交变电压U2,则此两灯泡的发光情况是()A.L1灯泡比L2灯泡亮 B.L1灯泡发光,L2灯泡不发光 C.L1灯泡不发光,L2灯泡发光 D.两灯亮度相同【解析】选C。因甲图中加的是直流电压,而电容器具有“隔直流”的作用,
17、所以甲图中的灯泡没有电流通过,应不发光;而乙图电路两端加最大值1.2 U1的正弦交变电压,电路中有电流通过,所以乙图中的灯泡发光。知识点三 电阻、感抗、容抗的对比分析 电阻、电感和电容的对比分析 电 阻感 抗容 抗产生原因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞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,只能通交变电流。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电的频率决定(成正比)即XL=2 f
18、L由电容的大小和交 流电频率决定(成反 比)即XC=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场能往复转化12 fC【典例示范】【典例】如图所示,交流电流表A1、A2和A3分别与电阻R、线圈L和电容器C串联后接在同一交流电源上。交流电压的瞬时值为u1=Umsin 1t,三个电流表的读数分别为I1、I2和I3,现换另一电源供电,交流电压的瞬时值为u2=Umsin 2t,2=2 1,改换电源后,三个电流表的读数变化情况是()A.I1、I2和I3都不变 B.I1、I2不变、I3变大 C.I1不变、I2变大、I3变小 D.I1不变、I2变小、I3变大【解析】选D。由公式f=
19、知,后来交流电的频率变大,线圈的感抗变大,电容 器的容抗变小,对电阻没影响,所以A1示数将不变,A2示数将减小,A3示数增大,所以选项D正确,A、B、C错误。2【素养训练】1.(2020定州高二检测)如图所示,变频交变电源的频率可在20 Hz 到20 kHz之间调节,在某一频率时,A1、A2两只灯泡的炽热程度相同。则下列说法中正确的是()A.如果将电源频率增大,A1炽热程度加强、A2炽热程度加强 B.如果将电源频率增大,A1炽热程度加强、A2炽热程度减弱 C.如果将电源频率减小,A1炽热程度减弱、A2炽热程度减弱 D.如果将电源频率减小,A1炽热程度加强、A2炽热程度减弱【解析】选B。两个支路
20、电压相同,当交流电频率变大时,电感的感抗增大,电容的容抗减小,所以流过A1灯泡所在支路的电流变大,流过灯泡A2所在支路的电流变小,故灯泡A1变亮,灯泡A2变暗,即A1炽热程度加强、A2炽热程度减弱,故A错误,B正确;当交流电频率变小时,电感的感抗减小,电容的容抗增大,所以流过灯泡A1所在支路的电流变小,流过灯泡A2所在支路的电流变大,故灯泡A1变暗,灯泡A2变亮,即A1炽热程度减弱、A2炽热程度加强,故C、D错误。故选B。2.(多选)如图,电阻R、电容C和电感L并联后,接入输出电压有效值、频率可调 的交流电源。当电路中交流电的频率为f时,通过R、C和L的电流有效值恰好相 等。若将频率降低为 f
21、,分别用I1、I2和I3表示此时通过R、C和L的电流有效 值,则()A.I1I3 B.I1I2 C.I3I2 D.I2=I3 12【解析】选B、C。将频率降低时,通过R的电流不变,电容器的容抗增大,通过C的电流减小,则有I1I2。电感线圈的感抗减小,通过L的电流增大,则有I3I2。故A、D错误,B、C正确。3.如图所示,在电路两端接上交变电流,保持电压不变,使频率增大,发现各灯的亮暗变化情况是:灯1变暗、灯2变亮、灯3不变,则M、N、L处所接元件可能是()A.M为电感器,N为电容器,L为电阻 B.M为电阻,N为电感器,L为电容器 C.M为电阻,N为电容器,L为电感器 D.M为电容器,N为电感器
22、,L为电阻【解析】选A。交流电的频率变大,R不变,感抗增大,容抗变小,所以,亮度不变的L为电阻,灯变亮的N为电容,灯变暗的M为电感。4.如图所示,线圈L的自感系数和电容器的电容C都很小(如L=100 H,C=100 pF)。此电路的主要作用是()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,输出高频交变电流 D.阻高频、通低频,输出低频交变电流和直流电【解析】选D。因L有“通低频、阻高频”的特点,因此L的作用是阻挡高频成分,而通过L后还有少量的高频成分,利用C“通高频、阻低频”的特点,使绝大部分高频成分从C流过,所以选项D正确。【加固训练】1.某电源输出的电流
23、中既有交流又有直流成分,如果需要在R上得到直流成分,应在如图所示电路中的A、B两处连接合适的元件。合理的连接方式是 ()A.A、B处均接电感线圈 B.A、B处均接电容器 C.A处接电感线圈,B处接电容器 D.A处接电容器,B处接电感线圈【解析】选C。因为线圈有阻交流通直流的特点,所以A处应该连接电感线圈;电容有通交流阻直流的特性,故B处应接电容器,所以选项C正确。2.如图所示电路中,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()A.开关S与1接通时,灯B逐渐变亮 B.开关S与2接通后,
24、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】选A。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,故A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,故B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,故C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,故D错误。【拓
25、展例题】考查内容:电容、电感在交流电路中的作用【典例】(多选)“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。如图所示为音箱的电路图,高、低频混合电流由a、b输入,L1和L2是电感线圈,C1和C2是电容器,则()A.甲扬声器是高频扬声器 B.C2的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器 C.L1的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器 D.L2的作用是减弱通过乙扬声器的低频电流【解析】选B、D。电路中的电
26、感线圈、电容器的作用可以概括为:电感线圈是“通直流、阻交流,通低频、阻高频”;电容器是“通交流、隔直流,通高频、阻低频”。既有高频又有低频的音频电流经过L1的阻碍和C1的旁通,在甲扬声器中通过的是低频电流;经过C2的阻碍和L2的旁通,在乙扬声器中通过的是高频电流,故B、D选项是正确的。【课堂回眸】课堂检测素养达标 1.(多选)对于电感和电容对电流的影响,下列描述正确的是()A.电感对电流的影响可概括为“通直流、阻交流”B.电容对电流的影响可概括为“通直流、阻交流”C.电感对交流的影响可概括为“通高频、阻低频”D.电容对交流的影响可概括为“通高频、阻低频”【解析】选A、D。电感对电流的影响是:通
27、直流、阻交流;因为直流通过线圈时不产生感应电动势,对电流没有阻碍作用。而交流通过线圈时,产生感应电动势,对电流有阻碍作用,故A正确。电容对电流的影响可概括为“隔直流、阻交流”,因为电容器两板间有电介质或真空,故B错误。感抗与交流的频率成正比,则电感对交流的影响可概括为“通低频、阻高频”,故C错误。容抗与交流的频率成反比,则电容对交流的影响可概括为“通高频、阻低频”,故D正确。故选A、D。2.如图所示,电容器C与灯泡A串联,接在5 V的正弦式交流电源上,为增加灯泡A的亮度,下列操作可行的是()A.仅改用6 V的直流电源 B.保持交流电压有效值不变,仅增加交流电的频率 C.仅减小电容器的电容C D
28、.电路中串联一个直流电阻为零的电感线圈【解析】选B。如果改为6 V的直流电源,由于电容器的阻碍作用,灯泡不亮,故A错误;保持交流电压有效值不变,仅增加交流电的频率,电容的阻碍作用减弱,灯泡亮度增加,故B正确;减小C的电容时,电容器的阻碍作用增强,灯泡变暗,故C错误;电路中串联一个直流电阻为零的电感线圈,由于线圈对交流的阻碍作用,灯泡变暗,故D错误。3.如图是可调光的台灯电路示意图,哪种(或哪几种)电路起不到调节台灯的作用()【解析】选D。B、C中L调节均可达到调节台灯两端电压从而调节亮度的目的,又不多消耗电能,而A多消耗电能,但也能起到调节台灯亮度的目的,D中起不到调节台灯两端电压的作用,故D
29、正确。4.(2020汕头高二检测)下列电路,能防止高频交变电流的冲击,有效保护电器的是()【解析】选C。电容器能通交流,阻直流,而对交流电也有阻碍作用,根据Xc=知频率越高,容抗越小,所以电容器对于高频交变电流的阻碍作用小于它 对低频交变电流的阻碍作用,因此不能有效保护,故A错误;电阻对交流有阻碍,但起不到有效保护,故B、D错误;电感器对交流电有阻碍作用,根据XL=2Lf知,频率越高,感抗越大,所以电感器对于高频交变电流的阻碍作用大于对低频交变 电流的阻碍作用,故C正确。12Cf5.某兴趣小组在课下用同一小灯泡和电容器、电感器及直流电源和有效值与直流电源相同的交流电源,先后完成了如图a、b、c
30、、d所示实验,关于S闭合后现象的说法中正确的是()A.a、b中小灯泡都不会发光 B.a中小灯泡不发光,b中小灯泡会发光 C.c、d中小灯泡都发光,且明亮程度相同 D.c中小灯泡发光,d中小灯泡一定不发光【解析】选B。隔直电容器在电路中,阻碍直流电通过,所以a中小灯泡不会发光;电容器可以通过交流电,所以b中小灯泡会发光,故A错误,B正确;线圈在电路中,通直流阻交流,通低频阻高频,所以可知在电路d中的阻碍作用大于在c电路中的阻碍作用,所以c中灯泡发光较亮,d中灯泡发光较暗,甚至看不到发光,故C、D错误。所以B正确,A、C、D错误。6.(多选)如图所示的电路中,A、B、C三灯亮度相同,电源为220
31、V、50 Hz的交流电源,以下叙述中正确的是()A.改接220 V、100 Hz的交流电源时,A灯变亮,B灯变暗,C灯亮度不变 B.改接220 V、100 Hz的交流电源时,A灯变暗,B灯变亮,C灯变亮 C.改接220 V的直流电源时,A灯熄灭,B灯变亮,C灯亮度不变 D.改接220 V的直流电源时,A灯熄灭,B灯变亮,C灯变暗【解析】选A、C。增加交流电源的频率时,感抗增大,容抗减小,电阻的阻碍不变。故A变亮,B变暗,C不变,故A正确,B错误;改为直流电源时,电容断路,A灯灭,电感L无感抗,B灯更亮,电阻R阻碍不变,C灯亮度不变。故C正确,D错误。课时素养评价 八 电容器在交流电路中的作用
32、电感器在交流电路中的作用【基础达标】(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=5 cos10 t(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Em=NBS
33、可得感应电动势的最大值:Em=1000.50.12 10 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。S4 kd2.在如图所示的电路中,L1、L2
34、是两个相同的小灯泡,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,
35、线框B中是电感线圈,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
36、电阻则不变,故D错误。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
37、路,L1、L2是两个完全相同的灯泡。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
38、致L1变暗、L2变亮,B错误;开关置于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
39、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
40、确;C是一个电容较小的电容器,所以对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
41、示的电路中可行的是()【解析】选D。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
42、什么红灯和黄灯不亮,则是由于线圈L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。【能力提升】(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
43、.对一只给定的电容器来说它对任何频率的交变电流的阻碍作用都相同 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
44、容器,b是低频扼流圈 B.a是电容较大的电容器,b是高频扼流圈 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
45、【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 fC12.(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。
