1、学案 4 电感器对交变电流的作用 电容器对交变电流的 作用 学习目标定位 1.通过演示实验了解电感器和电容器对交变电流的阻碍和导通作用.2.知道 感抗和容抗的物理意义以及与哪些因素有关.3.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，匝数越多，线圈的自感系数越大，线圈有铁芯 时比无铁芯时自感系数大得多 2平行板电容器的电容决定式 C ，电容的定义式 rS4kd C . QU 3由于线圈本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象 一、电感器对交变电流的作用 1认识电感器 电感器由绝缘导线一圈紧靠一圈地绕制而成，又被称为电感线圈它能把外部电路的电能 储存
2、在电感器内部的磁场中 2电感器对交变电流的作用 (1)电感器对恒定电流是导通的，对交变电流有阻碍作用 (2)电感器的自感系数越大，交变电流的频率越高，电感器对交变电流的阻碍作用就越大 (3)低频扼流圈和高频扼流圈 低频扼流圈：通直流、阻交流 高频扼流圈：通直流、通低频、阻高频 二、电容器对交变电流的作用 1电容器仅让交变电流通过 2电容器对交变电流的作用 电容器的电容越大，交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越小 3隔直电容器和高频旁路电容器 隔直电容器：通交流、隔直流高频旁路电容器：通高频、阻低频 一、电感器对交变电流的作用 问题设计 如图 1 所示，把带铁芯的线圈 L 与小灯泡
3、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 1 (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感抗的两个决定因素
4、： (1)线圈的自感系数；(2) 交变电流的频率 3电感线圈在电路中的作用 (1)通直流，阻交流；(2) 通低频，阻高频 二、电容器对交变电流的作用 问题设计 如图 2 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，观察灯泡的发光情况 图 2 (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
5、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；电源频率增大时，灯泡变亮 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决定容抗的两个因素： 电容器的电容和交流电的频率 4电容器在电路中的作用：
6、 通交流，阻直流，通高频，阻低频 一、对感抗的理解 例 1 ( 双选)如图 3 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 3 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 CS 掷向 c、d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮 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，并且是有铁芯时感抗更大，故铁芯抽出时灯变亮 答案 AC 二、对容抗的理解 例 2 ( 双选)如图 4 所
7、示，接在交流电源上的灯泡正常发光，以下说法正确的是 ( ) 图 4 A把电介质插入电容器，灯泡变暗 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 D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 以灯泡变亮，故 A 错误；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 CD 三、电阻、感抗、容抗的对比 例 3
8、 ( 单选)如图 5 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，将交变电流的频率增大到 60 Hz，则发生的现象是 ( ) 图 5 A三灯亮度不变 B三灯均变亮 CL1 不变、L2 变亮、L3 变暗 DL1 不变、L2 变暗、L3 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 D 四、电感器、电容器在电路中的应用 例
9、4 (单选) 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， 可以采用如图 6 所示电路，其中 a、b 应选择的元件是 ( ) 图 6 Aa 是电容较大的电容器，b 是低频扼流圈 Ba 是电容较大的电容器，b 是高频扼流圈 Ca 是电容较小的电容器，b 是低频扼流圈 Da 是电容较小的电容器，b 是高频扼流圈 解析 电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容较小，所以 a 处放电容较小 的电容器，电感线圈在该电路中要求起到通低频、阻高频的作用，b 处接一个高频扼流圈， D 对 答案 D 1
10、. (对感抗的理解)(双选)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2 有效值不变，只将电源频率改为 100 Hz，下列说法正确的是 ( ) 图 7 A电流表示数增大 B电压表示数增大 C灯泡变暗 D灯泡变亮 答案 BC 解析 由 u220 sin (100t) V，可得电源原来的频率 f Hz50 Hz，当电源频2 2 1002 率由原来的 50 Hz 增为 100 Hz 时，线圈对交流电的感抗增大，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
11、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 减小因电源电压的有效值保持不变， 故 ULUUR 增大，选项 B 正确 2(对容抗的理解)( 单选)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 流电源的频率增大时 ( ) 图 8 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 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
12、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)(单选)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 9 A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 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
13、不变，I 乙增大；又因为灯泡亮度与功率(PI2R)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(单选) 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 1 A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芯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，灯泡两端的电压减小，所以灯变暗 2(双选) 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
14、(L 的直流电阻不为零)( ) 图 2 A直流成分只能从 L 通过 B交流成分只能从 R 通过 C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(双选) 对交变电流通过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
15、交变电流定向移动的电荷能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(单选) 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正弦交 流电源上，在下列各种情况下，哪一种情况电路的电流最大( ) A在 C1 上所加交变电流的频率为 50 Hz B
16、在 C2 上所加交变电流的频率为 50 Hz C在 C1 上所加交变电流的频率为 100 Hz D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，电路中电流越大C1C2,100 Hz50 Hz，所 以 C 正确 5(单选) 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 ( ) 图 3 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 答案 A 解析 当发电机转速增大时，交变电流的频率增大，容抗减小，电流表
17、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，对交变电流的阻碍作 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(单选) 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 ( ) 图 4 A与甲灯串联的元件 x 是电容器，与乙灯串联的元件
18、 y 是电感线圈 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可 知元件 x 是电感线圈，元件 y 是电容器，选项 B 正确 7(单选) 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，使其频率增大， 发现各灯的亮暗情况是：灯 L
19、1 变亮，灯 L2 变暗，灯 L3 不变，则 M、N、L 中所接元件 可能是 ( ) 图 5 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 答案 C 解析 题组四 电感器、电容器在电路中的应用 8(单选) 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 6 所示，则下列做法合理的是( ) 图 6 A在 a、b 间接入一个电容器 B在 a、b 间接入一个低频扼流圈 C在 a、b 间接入一个高频扼流圈 D在 a
20、、b 间接入一个电容器或高频或低频扼流圈都可以 答案 C 解析 电容器是“通高频，阻低频”，低频扼流圈“ 通直流，阻交流 ”，而高频扼流圈“ 通直流， 通低频，阻高频”，C 对 9(双选) 如图 7 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 7 A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“
21、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 10(双选) “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、低频的机械振动图 8 为音箱的电路图，高、低频混合电流由 a、b 端输入， L1 和 L2 是线圈，C1 和 C2 是电容器，则( ) 图
22、8 A甲扬声器是高音扬声器 BC2 的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器 CL1 的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器 DL2 的作用是减弱乙扬声器的低频电流 答案 BD 解析 由于 L1“阻高、通低”，C1 又“通高、阻低”，因此低频成分通过甲扬声器，故 A、C 错；C2 的作用是“ 通高、阻低”，L2 的作用是“通低、阻高”，故 B、D 对 11(双选) 如图 9 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( ) 图 9 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
23、 比灯 L1 亮 答案 CD 解析 电压表示数相同，说明交流电压的有效值相同甲图中电容器与灯 L1 串联，电容 器对电流有阻碍作用；乙图中电容器与灯 L2 并联，交变电流全部流过灯 L2；丙图中电容 器与灯 L3 串联且是直流电源，电容器隔直通交，所以没有电流流过灯 L3，灯 L3 不亮； 丁图中电容器与灯 L4 并联，电流全部流过灯 L4.综合以上分析，C、D 两项正确 12(单选) 在频率为 f 的交变电流电路中，如图 10 所示，当开关 S 依次分别接通 R、C、L 所在的支路，这时通过各支路的电流有效值相等若将交变电流的频率提高到 2f，维持其 他条件不变，则下列几种说法不正确的是(
24、) 图 10 A通过 R 的电流有效值不变 B通过 C 的电流有效值变大 C通过 L 的电流有效值变小 D流过 R、C、L 的电流有效值都不变 答案 D 解析 电阻对交变电流阻碍作用的大小与电流的频率无关，因此，通过电阻的电流的有效 值不变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，电流的频率 越高，自感电动势就越大，即线圈对电流的阻碍作用就越大，感抗也就越大，因此，通过 电感器的电流有效值变小电容器对交变电流阻碍作用的大小用容抗表示，电容一定时， 在相同电压下电容器容纳的电荷一定，频率越高，充、放电的时间越短，充、放电的电流 越大，容抗越小，因此，通过电容器的电流有效值变大，故 D 不正确，选 D.
