2017沪科版高中物理选修(3-2)第2章《交变电流与发电机》word教案4.doc

1、学案 4 探究电阻、电感和电容的作用学习目标定位 1.知道电阻器对交流电的阻碍作用与对直流电的阻碍作用相同.2.能理解电感器、电容器对交变电流形成阻碍作用的原因.3.知道用感抗、容抗来表示电感器、电容器对交变电流阻碍作用的大小.4.能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用1线圈的长度越长，线圈的横截面积越大，单位长度上匝数越多，线圈的自感系数越大，线圈有铁心比无铁心时自感系数大得多2平行板电容器的电容决定式 C ，电容的定义式 C .S4kd QU3由于导体自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象一、电阻器对交变电流的作用电阻器对交变电流的阻碍作用跟对直流的阻碍作用相同二、电感器对交变

2、电流的作用1电感器能让交变电流通过，但对交变电流有阻碍作用2电感器的电感量越大，通过的交变电流频率越高，阻碍作用越大三、电容器对交变电流的作用1电容器能让交变电流通过，但对交变电流有阻碍作用2电容器的电容量越大，通过的交变电流频率越高，阻碍作用越小.一、电阻器对交变电流的作用问题设计阅读教材相关内容，结合图 1 回答下列问题(A、B 是规格相同的灯泡) ：(1)当开关 S 扳向交流电源时，两只灯泡的亮度是否相同？这说明什么问题？答案 B 比 A 更亮些，这说明电阻器对交流电有阻碍作用 图 1(2)把开关 S 扳向直流电源和交流电源，比较这两种情况下灯泡 A 的亮度有没有变化，这又说明什么问题？

3、答案 开关 S 扳向直流电源和交流电源，两种情况下灯泡 A 的亮度相同，这说明电阻器对交流的阻碍作用跟对直流的阻碍作用相同要点提炼1电阻器对交变电流和直流电的阻碍作用是相同的2在交流电路中，电阻定律和欧姆定律都成立二、电感器对交变电流的作用问题设计如图 2 所示，把带铁心的线圈 L 与小灯泡串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，取直流电源的电压与交流电压的有效值相等图 2(1)对比两种情况下灯泡的亮度有什么不同？说明了什么？(2)乙图中换用自感系数更大的线圈或调换频率更高的交流电源，灯泡的亮度有何变化？说明了什么？答案 (1)甲图中灯泡比乙图中灯泡更亮，说明电感器对交变电流

4、有阻碍作用(2)不论是换用自感系数更大的线圈还是调换频率更高的交流电源，灯泡均变得更暗，说明线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，线圈对交流电的阻碍作用越大要点提炼1电感器的感抗是由变化的电流在线圈中产生的感应电动势引起的，与制成线圈导体的电阻无关2电感器对交流电的阻碍作用的大小用感抗 XL表示，X L2fL.所以感抗的两个决定因素：(1)电感器的电感量(自感系数 )；(2)交变电流的频率3电感器在电路中的作用(1)通直流，阻交流；(2)通低频，阻高频三、电容器对交变电流的作用问题设计如图 3 甲、乙所示，把灯泡和电容器串联起来，先把它们接到直流电源上，再把它们接到交流电源上，观察灯泡的发光情

5、况图 3(1)分析电容器能通交流的原因(2)若把图乙中的电容器去掉，变成图丙所示电路，会发生什么现象？说明了什么？(3)在图乙中，改变电容器的电容和电源频率，灯泡亮度会有什么变化？答案 (1)把交流电源接到电容器两个极板上后，当电源电压升高时，电源给电容器充电，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，电荷从极板上流出，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)灯泡变得比乙中亮，说明电容器对交变电流有阻碍作用(3)电容变大时，灯泡变亮；频率增大时，灯泡变

6、亮要点提炼1电容器能通交变电流，并不是电荷真的穿过了电容器2电容器对交变电流的阻碍作用：电源电压推动自由电荷定向移动时，电容器极板上积累的电荷会阻碍自由电荷向此方向做定向运动，这就产生了电容器对交变电流的阻碍作用3电容器对交变电流的阻碍作用的大小用容抗 XC表示，X C ，所以决定容抗的12fC两个因素：电容器的电容量和交变电流的频率4电容器在电路中的作用：通交流，阻直流，通高频，阻低频一、对感抗的理解例 1 如图 4 所示实验电路中，若直流电压和交变电压的有效值相等，S 为双刀双掷开关，下面叙述正确的是( )图 4A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

7、 时灯较暗，掷向 c、d 时灯较亮CS 掷向 c、d，把电感线圈中的铁心抽出时灯变亮DS 掷向 c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗解析 线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮，并且是有铁心时感抗更大，故铁心抽出时灯变亮答案 AC二、对容抗的理解例 2 如图 5 所示，接在交流电源上的灯泡正常发光，以下说法正确的是 ( )A把电介质插入电容器，灯泡变亮B增大电容器两极板间的距离，灯泡变亮C减小电容器两极板间的正对面积，灯泡变暗 图 5D使交变电流频率减小，灯泡变暗解析 把电介质插入电容器，电容变大，容抗变小，电容器对交变电流阻碍作用变小，所以灯泡变

8、亮，故 A 正确；增大电容器两极板间的距离，电容变小，电容器对交变电流阻碍作用变大，所以灯泡变暗，故 B 错误；减小电容器两极板间的正对面积，电容变小，灯泡变暗，故 C 正确；使交变电流频率减小，电容器对交变电流阻碍作用变大，灯泡变暗，故 D 正确答案 ACD三、电阻、感抗、容抗的对比例 3 如图 6 所示，电路中完全相同的三只灯泡 L1、L 2、L 3 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，将交变电流的频率增大到 60 Hz，则发生的现象是 ( ) 图 6A三灯亮度不变B三灯均变亮CL 1 不变、

9、L 2 变亮、L 3 变暗DL 1 不变、L 2 变暗、L 3 变亮解析 当交变电流的频率变大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，因此 L3 变亮，L2 变暗又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故 L1 亮度不变，所以选 D.答案 D1. (对感抗的理解)在如图 7 所示的电路中，L 为电感线圈，R 为灯泡的电阻值，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压 u220 sin (100t) V若保持电压的有效值不变，只将电源频率2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 图 7C灯泡变暗D灯泡变亮答案 BC解析 由 u220 sin (100t)

10、 V，可得电源原来的频率 f Hz50 Hz，当电22 1002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 错误；灯泡的电阻值 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 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 UU LU R，因 URIR，故电流 I 减小时，U R减小因电源电压的有效值保持不变，故 ULUU R增大，选项 B正确2(对容抗的理解)如图 8 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

11、源的频率增大时 ( )A电容器电容增大 B电容器电容减小C灯变暗 D灯变亮答案 D 图 8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频率无关，选项 A、B 错误当交流电源的频率增大时，电容器充、放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，灯变亮3(电阻、感抗、容抗的对比) 如图 9 所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略单刀双掷开关 S 接 A 时，三个灯亮度相同，那么 S 接 B 时( )图 9A三个灯亮度相同B甲灯最亮，丙灯不亮C甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮D只有丙灯不亮，乙灯最亮答案 D解析 开关 S 接 A 时，甲、乙、丙三个支路均有交流电通过，开关 S

12、接 B 时，电路处于直流工作状态，电容 C“隔直、通交 ”；电感 L“阻交、通直 ”；R 对交流、直流有相同的阻抗可判断此时电路中 I 丙 0，I 甲 不变，I 乙 增大；又因为灯泡亮度与功率(PI 2R)成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮题组一 对感抗的理解1一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图 1 所示一铁棒插进线圈后，该灯将( )图 1A变亮 B变暗C对灯的亮度没影响 D无法判断答案 B解析 在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势，总是阻碍电流变化，正是这种阻碍变化的特性，使线圈产生了感抗加入铁心改变了电感线圈的自感系数，使自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，灯泡两端

13、的电压减小，所以灯变暗2如图 2 所示，输入端 ab 的输入电压既有直流成分，又有交流成分，以下说法中正确的是(L 的直流电阻不为零)( )A直流成分只能从 L 通过B交流成分只能从 R 通过 图 2C通过 R 的既有直流成分又有交流成分D通过 L 的直流成分比通过 R 的直流成分要大答案 CD解析 由于线圈 L 直流电阻不为零，所以有直流通过 R，而线圈对交流有阻碍作用，因此也有交流成分通过 R，B 错，C 正确；由于 R 对交流也有阻碍作用，所以也有交流成分通过 L，A 错；因为线圈的直流电阻一般都很小，所以通过线圈的直流成分比通过 R 的要大，D 正确题组二 对容抗的理解3对交变电流通过

14、电容器的理解正确的是( )A交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体B交变电流定向移动的电荷通过电容器两极板间的绝缘介质C交变电流能够使电容器交替进行充电、放电，电路中就有了电流，表现为交变电流通过了电容器D交变电流通过了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器极板间的绝缘介质( 击穿除外)答案 CD解析 电流能“通过”电容器，并非自由电荷真的通过电容器两极板间的绝缘介质，而是交变电流交替对电容器充、放电，电路中有了电流，表现为交变电流通过了电容器4有两个电容器的电容分别为 C15 F 和 C23 F，分别加在峰值一定的交流电源上，在下列各种情况下，哪一种情况通过电容器的电流最大( )A在

15、C1 上所加交变电流频率为 50 HzB在 C2 上所加交变电流的频率为 50 HzC在 C1 上所加交变电流的频率为 100 HzD在 C2 上所加交变电流的频率为 100 Hz答案 C解析 电容越大，电流频率越大，容抗越小，电流越容易通过电容器C 1C2,100 Hz50 Hz，所以 C 正确5如图 3 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 的示数增大，可行的办法是 ( )A使发电机 F 的转速增大 图 3B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答案 A解析 当发电机转速增加时，交变电流的频率增大，容抗减

16、小，电流表 A 的读数增大，A 项正确，B 项错误；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，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，对交变电源的阻碍作用增大，电流表 A 示数减小， C、D 两项均错误题组三 电阻、感抗、容抗的对比6如图 4 所示，甲、乙是规格相同的灯泡，接线柱 a、b 接电压为U 的直流电源时，无论电源的正极与哪一个接线柱相连，甲灯均能正常发光，乙灯完全不亮当 a、b 接电压的有效值为 U 的交流电源时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光，则下列判断正确的是( )A与甲灯串联的元件 x 是电容器，与乙灯串联的元件 y 是电感线圈 图 4

17、B与甲灯串联的元件 x 是电感线圈，与乙灯串联的元件 y 是电容器C与甲灯串联的元件 x 是二极管，与乙灯串联的元件 y 是电容器D与甲灯串联的元件 x 是电感线圈，与乙灯串联的元件 y 是二极管答案 B解析 由 a、b 接直流电流时的现象可知，元件 x“通直流” ，元件 y“隔直流” ，由a、b 接交流电源时的现象可知，元件 x“阻交流” ，元件 y“通交流” ，根据电容器和电感线圈的特点，元件 x 是电感线圈，元件 y 是电容器，选项 B 正确7.如图 5 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 L1 变亮，灯 L2 变暗，灯 L3不变，则

18、 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 图 5BM 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 为电容器答案 C解析 8如图 6 甲、乙所示是电子技术中的常用电路，a、b 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，下列判断正确的是 ( )图 6A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解析 当交变电流加在电容器上时，有“通交流、隔直流，通高频、阻低频”的特性，甲图中电容器隔直流，R 得到的是交流成分，A 正确，B 错误；乙图中电容器通过交流高频成分，阻碍交流低频成分，R 得到的是低频成分，C 正确，D 错误