1、-1-2.3 探究电阻、电感和电容的作用-2-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 学习目标 思维脉络 1.了解电阻器对交变电流的作用。2.了解电感、电容对交变电流的作用,知道感抗、容抗与哪些因素有关。3.了解电感器、电容器在电工和电子技术中的应用。4.知道电阻、电感、电容对直流、交变电流的作用有何不同。-3-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 一 二 三 一、电阻器
2、对交变电流的作用1.电阻:导体内有大量的自由电子,这是产生电流的必要条件,同时导体又对电流有阻碍作用,这个阻碍作用,就是我们所说的电阻。2.特点:导体对交变电流和对直流电呈现的电阻是相同的,电阻定律和欧姆定律都成立。-4-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 一 二 三 二、电感器对交变电流的作用1.电感器:电感器实际上就是用导线绕制的线圈,简称电感。2.特点:电感器能让交变电流通过,但对交变电流有阻碍作用。电感量越大,其阻碍作用就越大;通过的交变电流的频率越高,阻碍作用就越大。3
3、.感抗:电感器对交变电流所起的阻碍作用的大小称为感抗,单位是欧姆(),电感量用字母 L 表示。感抗公式:XL=2fL。只有电感器的电路中欧姆定律表达式为:I=。-5-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 一 二 三 练一练(多选)如图所示电路由交变电流供电,如果交变电流的频率升高,则()A.线圈的自感系数增大B.线圈的感抗增大C.电路中的电流增大D.电路中的电流减小解析:线圈的自感系数是线圈自身的属性,选项 A错误;交变电流的频率升高,电流的变化率增大,线圈的自感作用增大,感抗增大
4、,线圈对电流的阻碍作用增大,电路中的电流减小,选项 C 错误,选项 B、D 正确。答案:BD-6-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 一 二 三 三、电容器对交变电流的作用1.特点:实验和理论分析都证明,直流电不能通过电容器,电容器可以让交变电流通过,但它对交变电流有阻碍作用,电容越大,对交变电流的阻碍作用就越大;通过的交变电流的频率越高,阻碍作用就越大。2.容抗:电容器对交变电流的阻碍作用的大小称为容抗,单位是欧姆()。容抗公式:XC=12,式中电容的单位为法(F)。只有电容器
5、的交流电路中欧姆定律表示为:I=3.阻抗:电阻器的电阻、电感器的感抗和电容器的容抗统称为阻抗。-7-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 一 二 三 练一练(多选)对电容器能通交变电流的原因,下列说法中正确的有()A.当电容器接到交流电源上时,因为有自由电荷通过电容器,电路中才有交变电流B.当电容器接到交流电源上时,电容器交替进行充电和放电,电路中才有交变电流C.在有电容器的交流电路中,没有电荷定向移动D.在有电容器的交流电路中,没有电荷通过电容器解析:当电容器接到交流电源上时,电
6、荷并没有直接通过电容器中的绝缘介质,而是通过不停地对电容器充电、放电,从而使得电路中有了电流,好像是电荷通过了电容器。答案:BD-8-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 电感器对交变电流的作用问题导引直流与交流哪个更容易通过电感线圈?低频交流与高频交流哪个更容易通过电感线圈?提示电感线圈对交流有阻碍作用,对直流没有阻碍作用,频率越高,阻碍作用越强。-9-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检
7、测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 名师精讲1.电感对交变电流的阻碍作用的原因通过线圈的电流大小和方向变化,都会引起通过线圈的磁通量发生变化,从而产生感应电动势,这种现象就是自感现象。根据楞次定律,自感电动势所引起的感应电流总是要使它产生的磁场阻碍线圈内原有磁场的变化,所以自感电动势对线圈中电流的变化有阻碍作用,这样就形成了对交变电流的阻碍作用,电感对交变电流阻碍作用的大小就称为感抗。2.感抗的两个决定因素决定感抗大小的因素有两个:一是交变电流的频率,二是自感系数 L,L取决于线圈本身的性质,即线圈匝数、横截面积、有无铁心等因素。-10-2.3 探究电阻、电
8、感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 3.电感线圈在电路中的作用由上面第一个因素可知:电感线圈对恒定电流(=0)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”。由上面第二个因素可知:要求低频扼流圈感抗大,就要用自感系数较大的线圈即匝数较多并有铁心的扼流圈来担任;高频扼流圈的自感系数要小得多,可以用匝数少且没有铁心的扼流圈来担任。-11-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DAN
9、GTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 例题 1(2014山东淄博检测)如图所示电路中,L 为电感线圈,A 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 u=220 2sin 100t V。若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为 100 Hz,下列说法正确的是()A.电流表示数增大B.电压表示数增大C.灯泡亮度不变D.灯泡变亮点拨:当交变电流通过线圈时,线圈中就要产生自感电动势,而自感电动势总是阻碍电流的变化,这种阻碍作用与交变电流的频率有关,频率越高,阻碍作用越大。-12-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZH
10、IDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 解析:由 u=220 2sin 100t V,可得电源原来的频率为 f=2=1002Hz=50 Hz。当电源频率由原来的 50Hz 增为 100Hz 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、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 UA,则电源电压的有效值为 U=UL+UA,因 UA=IR,故电流 I减小
11、时,UA减小。因电源电压有效值 U 不变,所以,UL变大,故 B 正确。答案:B题后反思1.在交变电流经过电感线圈时产生的自感电动势仍然满足法拉第电磁感应定律和楞次定律,产生的自感电动势总是阻碍原电流的变化,这种作用的具体表现即感抗。2.电感对交变电流的阻碍作用与交变电流的频率有关,频率越高,感抗越大,体现为:“通直流,阻交流,通低频,阻高频”。-13-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 变式训练 1(2014山东莱芜检测)两只完全相同的灯泡 L1和 L2
12、 分别与相同的电感串联,组成如图所示的甲、乙两个相同的部分电路。现在甲电路两端加恒定电压 U,L1 灯发光;而在乙电路两端加最大电压为 U的正弦交变电压,L2 灯也发光。比较两灯的明暗程度,是 L1 灯的亮度 L2灯的亮度(填“大于”“等于”或“小于”)。解析:首先要明确最大值为 2U的正弦式交变电压,其有效值与电压恒为 U 的直流相同,在灯泡中会产生相同的热效应。但更要注意电感对交流的阻碍作用,对直流没有阻碍作用,所以在加载交流的乙图中灯泡 L2 所加载的电压比甲图小,功率也小,所以 L1比 L2 亮。答案:大于-14-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 D
13、ANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 电容器对交变电流的作用问题导引电容器是如何区分直流电源和交流电源的?提示将电源和用电器(电灯)、电容器串联成一个闭合电路,能够发光的是交流电源,不能够发光的是直流电源。-15-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 名师精讲1.电容器是由两块彼此绝缘的导体构成的,因此直流不能通过电容器,而交变电流却能通过电容器,原因是什么呢?原来自由电荷实际上并没有通过电容
14、器的电介质,只不过在交变电压的作用下,当电源电压升高时,电容器充电,电荷在电容器的极板上集聚,形成充电电流;当电源电压降低时,电容器放电,电荷从电容器的极板上放出,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,表现为交变电流“通过”了电容器。2.决定容抗的两个因素:交变电流的频率和电容器的电容。3.电容在电路中的作用:交变电流的频率越高,电容器充电时集聚的电荷相对较少,对电荷运动的阻碍作用越小,容抗也越小。同理,电容器的电容越大,容纳电荷的本领越大,充放电时所受的阻碍越小,容抗也就越小,所以电容有“通交流,隔直流,通高频,阻低频”的作用。特别提醒1.电容器的电容越大,交变电流的频率
15、越高,电容器对交变电流的阻碍作用就越小,容抗也越小。2.电容的作用是“通交流,隔直流,通高频,阻低频”。-16-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 例题 2(2014浙江湖州检测)如图所示,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大时()A.电容器电容增大B.电容器电容减小C.电灯变暗D.电灯变亮点拨:交变电流频率增大,则电容器充放电频率增大,即电容器容抗减小回路中电流变大。解析:电容器的电容是由电容器本身的特性决定的,与外加的交流电源的
16、频率无关,选项 A 和 B是错误的。当交流电源的频率增加时,电容器充、放电的速度加快,电容器的容抗减小,电流增大,电灯变亮。答案:D-17-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 题后反思充、放电频率越高,电流越容易通过电容器,即交变电流的频率越高,越容易通过电容器。电容越大,交变电流频率越高,容抗越小。-18-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页
17、 探究一 探究二 探究三 变式训练 2(2014上海检测)如图所示电路中,交流电源电动势有效值为 220 V,电源内阻不计,交流电压表的示数()A.等于 220 VB.大于 220 VC.小于 220 VD.等于零解析:电容器与电阻器串联在电源上,电容器具有一定的容抗,由串联分压原理,电阻两端电压小于电源电压,即小于电源电动势 220 V。所以交流电压表的示数小于 220V。选项 C 正确。答案:C-19-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 电容器与电感器
18、的应用问题导引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。一铁心插进线圈之后,该灯将变暗,为什么呢?但是白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端,当交变电源的频率增加时,电灯变亮,又为什么呢?提示线圈中插入铁心后感抗增加,电路中电流变小,灯泡变暗;电容器电路中的交变电流频率变大,则容抗减小,电路中电流变大,灯泡变亮。-20-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 名师精讲1.电容器的应用(1)隔直电容器,如图甲,作用是“通交流、隔直流”,因为直流电
19、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,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。2.电感器的应用(1)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。-21-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 3.电感和
20、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,就能更好地起到滤掉电流中交流成分或高频成分的作用,如图甲。(2)如果将电感与负载并联,然后与电容串联,就能更好地起到滤掉电流中直流成分和低频成分的作用,如图乙。-22-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 例题 3二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
21、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,如图为音箱的电路图,高、低频混合电流由 a、b 输入,L1 和 L2是线圈,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 的作用是减弱乙扬声器的低频电流-23-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 点拨:这是一个实际应用问题
22、,考查电感、电容在高频、低频同时存在的电路中的综合作用。只要抓住基础知识点,就可进行综合分析。解析:电路中的电感和电容作用可以简单概括为:电感是:“通直流,阻交流,通低频,阻高频”;电容是:“通交流,隔直流,通高频,阻低频”。答案:BD题后反思每个扬声器连接的元件都相同,但连接方式不同,其作用也就不同。所以解决此类问题时一定要弄清电路的连接方式,另外还要明确电容和电感对交流的作用。-24-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 变式训练 3如图所示,电路中完全
23、相同的三个灯泡 a、b、c 分别与电阻 R、电感 L、电容 C 串联,然后再并联到220 V、50 Hz 的交变电流路上,三个灯泡亮度恰好相同,若保持交变电压不变,将交变电流的频率增大到60 Hz,则发生的现象是()A.三灯亮度不变B.三灯均变亮C.a 不变、b 变亮、c 变暗D.a 不变、b 变暗、c 变亮-25-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 探究一 探究二 探究三 解析:此题考查电容、电感对交变电流的影响,也就是容抗、感抗与交变电流的关系。当交变电流的频率变大时,线圈的
24、感抗变大,电容器的容抗变小,因此 c 变亮,b 变暗,又因为电阻在直流和交变电流路中起相同的作用,故 a 灯亮度不变。所以选 D。答案:D-26-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 1 2 3 4 5 1.下列说法中正确的是()A.低频扼流圈对低频交流有很大阻碍作用,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阻碍作用,而对低频交流的阻碍作用较小C.电感线圈在交流电路中有感抗来阻碍电流,电流越强感抗越大D.电容器在交流电路中有容抗来阻碍电流,电容越大阻碍越强解析:低频扼流
25、圈“通直流、阻交流”,对高频交流阻碍作用更大,选项 A 错误;高频扼流圈“通直流、通低频、阻高频”,对高频交流阻碍作用大,对低频交流阻碍作用小,选项 B正确;线圈对交变电流的阻碍与电流的强弱无关,选项C 错误;由影响容抗大小的因素可知电容越大,容抗越小,阻碍作用越小,选项 D 错误。答案:B-27-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 1 2 3 4 5 2.(多选)下列说法中正确的是()A.电感的感抗只由线圈自身决定B.同一电感对于不同频率的交变电流的感抗不同C.电容器的容抗与电
26、容器的电容值及交变电流的频率都有关D.同一电容器,接入不同频率的电路中,电容器的容抗不变解析:电感的感抗由线圈的自感系数L和交变电流的频率 f共同决定,选项A错误,选项 B正确;电容是电容器本身的特点,容抗由电容C和交变电流的频率 f 共同决定,选项 C 正确,选项 D 错误。答案:BC-28-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 1 2 3 4 5 3.(2014江苏徐州检测)在电子技术中,从某一装置输出的电流既有高频成分又有低频成分,如果只需把低频成分输送到下一级装置,如图所示
27、,则下列做法合理的是()A.在 ab 间接入一个电容器B.在 ab 间接入一个低频扼流圈C.在 ab 间接入一个高频扼流圈D.在 ab 间接入一个电容器或高频或低频扼流圈都可以解析:电容器是“通高频,阻低频”,低频扼流圈是“通直流,阻交流”,而高频扼流圈“通低频,阻高频”,选项 C 正确。答案:C-29-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 1 2 3 4 5 4.交变电路中有一段长直导线,电路中的电流为 I,这段长导线是多余的,为了节省空间把这段导线绕成线圈固定起来之后,通过该导
28、线的电流为 I,则()A.IIB.IIC.I=ID.无法确定解析:直导线时无电感,对交变电流无感抗;当把导线绕成线圈时,在交流电路中它就会起作用了,有电感,当然就有感抗,对交变电流有阻碍作用,因此电流比先前要小。答案:A-30-2.3 探究电阻、电感和电容的作用 XINZHIDAOXUE新知导学 DANGTANGJIANCE当堂检测 ZHONGNANTANJIU重难探究 首页 1 2 3 4 5 5.如图所示,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 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,被它旁路掉,最终输出的是低频交流和直流。答案:D