1、第3节 交流电路中的电容和电感第3章 交变电流学习目标1.了解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的阻碍作用的大小，知道容抗与哪些因素有关第3章 交变电流一、电容、电感对直流和交流的影响 1实验电路如图所示，将双刀双掷开关S分别接到电压相等的直流电源和交流电源上，观察灯泡的亮暗(三灯泡相同)2实验现象 灯泡 亮度 电源 L1 L2 L3 直流电源(S2断开)_ _ 亮 交流电源(S2断开)亮 _ _ 交流电源(S2闭合)亮 _ _ 亮不亮亮更
2、亮 较暗较暗3.实验结论(1)电阻器对直流和交流的影响是_的(2)电容器不能让_通过却能让_通过，但对交流有一定的_(3)_既能让直流通过也能让交流通过，但对交流有一定的_作用想一想 1.直流电路和交流电路中影响电压和电流关系的因素一样吗？提示：不完全一样直流电路中影响电压和电流关系的是电阻，而交流电路中影响电压和电流关系的不仅有电阻，还有线圈的感抗与电容器的容抗，它们对交变电流表现出不同的行为，存在着不同的作用，有着本质的区别 相同直流交流阻碍作用电感器阻碍二、容抗、感抗及其应用 1容抗、感抗的比较 两种作用 比较内容 容抗 感抗 概念 电容器对交流的阻碍作用 电感对交流的阻碍作用 影响因素
3、 电容器的电容和交变电流的_ 电感的_和交变电流的频率 特性 隔_，通交流 阻_，通直流 阻_，通高频 阻_，通低频 频率自感系数直流交流低频高频2.电容器、电感器的分类 按对交变电流的作用电容器分为隔直电容器、_；扼流圈分为低频扼流圈、_ 想一想 2电风扇的转动速度是可以控制的你知道控制电风扇转动速度的原理吗？提示：改变电感线圈的匝数，使感抗发生变化，控制通过电风扇中的电流，达到控制电风扇转动快慢的目的 高频旁路电容高频扼流圈1交变电流能够“通过”电容器 当电容器接到交流电源上时，由于两极板间的电压变化，电压升高时，电容器极板上的电荷量增加，形成充电电流，电压降低时，电容器极板上的电荷量减少
4、，形成放电电流，充放电交替进行，电路中就好像交变电流“通过”了电容器，实际上，自由电荷并没有通过两极板间的绝缘介质 电容对交变电流的阻碍作用 2电容对交变电流的阻碍作用 当交变电流“通过”电容器时，给电容器充电或放电，形成充电或放电电流，在形成电流的过程中，对自由电荷来说，当电源的电压推动它们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却反抗它们向这个方向做定向移动，也就是说在给电容器充电或放电过程中，在电容器两极形成跟原电压相反的电压，这就对电流产生了阻碍作用 3容抗的大小由电容器的电容和交变电流的频率决定电容越大，交变电流的频率越高，容抗越小 4电容器在电路中常见的作用有两种隔直电
5、容器：通交流、隔直流；旁路电容器：通高频、阻低频实际应用的电路如图所示 如图电路中，u是有效值为220 V的交流电源，C是电容器，R是电阻，关于交流电压表的示数，下列说法正确的是()A等于220 V B大于220 V C小于220 VD等于零 解析电容器与电阻串联,根据串联分压原理可知电阻的两端电压应小于电源电压,而电压表测的是电阻两端的电压 C 易错警示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 1.如图所示，白炽灯和电容器串联后接入交流电源两端，当交流电的频率增大时()A电容器电容增大 B电容器电容减小 C电灯变亮 D电灯变暗 C解析：由于电容器的电容是由本身结构及特性
6、决定的，与电源的频率无关，故A、B两项错误；当电源频率增大时，容抗减小，故整个电路中的电流增大，所以电灯变亮，故C正确，D错误 1电感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，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍电流的变化，就形成了对交变电流的阻碍作用，因此，感抗的实质是由线圈的自感现象引起的直流电通过线圈时,电流的大小、方向都不变，线圈中不产生自感电动势，也就没有感抗 2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,交变电流的频率越高,产生的自感电动势越大，电感对交变电流的阻碍作用就越大，感抗就越大 电感器对交变电流的阻碍作用 3由影响感抗的因素“频率”可知
7、，电感线圈对恒定电流(It0)没有阻碍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”4根据电感线圈的匝数的不同，扼流圈可分为两种低频扼流圈：通直流、阻交流；高频扼流圈：通低频、阻高频在如图所示电路中，L 为电感线圈，灯泡电阻为 R，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u220 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电流表示数减小 B电压表示数减小C灯泡变暗D灯泡变亮AC 解析 由 u220 2sin 100t V，可得电源原来的频率为 f 21002Hz50 H
8、z.当电源频率由原来的 50 Hz增为 100 Hz 时，线圈的感抗增大；在电压不变的情况下，电路中的电流减小，选项 A 正确灯泡的电阻 R 是一定的电流减小时，实际消耗的电功率 PI2R 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 UL，设灯泡两端电压为 UR，则电源电压的有效值为 UULUR，因 URIR，故电流 I 减小时，UR 减小因电源电压有效值保持不变，故ULUUR，UL 增大，选项 B 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：在线圈内由于
9、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 B电阻 感抗 容抗 产生的原因 在电路中的特点 电阻、感抗、容抗的比较 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这个方向定向移动的电荷的反抗作用 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 电阻 感抗 容抗 决定因素 电能 的转 化与 做功 由导体本身(长短、粗细、材料)决定，与温度
10、有关 由线圈的自感系数和交流电的频率决定(成正比)由电容的大小和交流电的频率决定(成反比)电流通过电阻做功，电能转化为内能 电能与磁场能往复转化 电能与电场能往复转化 特别提醒：电感、电容接到交流电源上时，电能与磁场能或电场能反复转化，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三种阻碍，其本质不同，特点不同(2014东北师大附中高二检测)如图所示,电路中完全相同的三只灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联,然后再并联到220 V、50 Hz的交流电路上，三只灯泡亮度恰好相同若保持交变电压不变，将交变电流的频率提高到60Hz，则发生的现象是
11、()A三灯亮度不变 B三灯均变亮 CL1不变、L2变暗、L3变亮 DL1不变、L2变亮、L3变暗 C思路探究 电阻、感抗、容抗在交变电路中的作用有哪些特点？解析 当交变电流的频率增大时，线圈对交变电流的阻碍作用增大，通过灯泡L2的电流将因此而减小，所以灯泡L2的亮度将变暗；而电容对交变电流的阻碍作用则随交变电流频率的增大而减小，即流过灯泡L3的电流增大，所以灯泡L3将变亮由于电阻的大小与交变电流的频率无关，流过灯泡L1的电流不变，因此其亮度也不变，因此C正确 规律总结电阻、电感、电容对交变电流的阻碍作用与交变电流频率的关系：电阻对交变电流的阻碍作用不随频率的变化而变化，电感对交变电流的阻碍作用
12、随频率的增大而增大，电容对交变电流的阻碍作用随频率的增大而减小 3(2014福州高二检测)如图所示，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().AM为电阻，N为电容器，L为电感线圈 BM为电感线圈，N为电容器，L为电阻 CM为电容器，N为电感线圈，L为电阻 DM为电阻，N为电感线圈，L为电容器 C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 方法技巧含电容、电感电路的分析技巧把握电感
13、、电容在电路中的“阻碍”实质是正确解题的关键电感器对交变电流的阻碍作用表现在自感电动势阻碍线圈中的电流变化，在这个过程中，一部分电能转变为磁场能储存在线圈的磁场中，随着电流的变化，这些磁场能又可以转化为电能，不会消耗电能；电容器对交变电流的阻碍作用表现在电容器充电过程中极板上电荷产生的电场阻碍电荷向极板上聚集范例如图所示，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100pF的电容器，R是负载电阻下列说法正确的是()AL的作用是“通低频，阻高频”BC的作用是“隔直流，通交流”CC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 ACD 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”，选项A正确C是一个电容很小的电容器，在图示电路中，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”，选项C正确因电路中无直流电流，选项B错误由于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所占的百分比，选项D正确名师归纳 L对直流起“短路”作用,对交流起阻碍作用；C对直流“断路”，对交流有旁路分流作用.