第3節電感和電容對交變電流的影響1.通過演示實驗，了解電感器和電容器對交變電流的阻礙和導通作用2.知道感抗和容抗的物理意義以及與哪些因素有關3能夠分析簡單電路中的電容器、電感器的作用一、電感器對交變電流的阻礙作用1實驗探究(1)實驗目的：了解并驗證電感線圈對交變電流的阻礙作用(2)實驗電路：取直流電源的電壓與交流電壓的有效值相等(3)實驗現象：接通直流電源時，燈泡亮些；接通交流電源時，燈泡暗些(兩個空均選填“亮些”或“暗些”)(4)實驗結論：電感線圈對交變電流有阻礙作用2感抗(1)物理意義：表示電感器對交流的阻礙作用的大小(2)影響感抗大小的因素：線圈的自感系數越大，交流的頻率越高，感抗越大3感抗的應用低頻扼流圈高頻扼流圈自感系數較大較小特性通直流、阻交流通直流、通低頻阻高頻二、電容器對交變電流的阻礙作用1交變電流能夠通過電容器(1)實驗電路(如圖)(2)實驗現象：電路中串有電容器時，接通直流電源，燈泡不亮；接通交流電源，燈泡亮(3)實驗結論：交變電流能夠通過電容器，直流不能通過電容器2容抗(1)物理意義：表示電容對交變電流的阻礙作用的大小(2)影響容抗大小的因素：電容器的電容越大，交流的頻率越高，容抗越小(3)特性：電容器具有“隔直流、通交流”的作用 判一判(1)繞制線圈的導線的電阻可以忽略時，線圈對交流沒有阻礙作用()(2)交流電的頻率越高，電感對交流的阻礙作用越大()(3)直流電流能通過電容器()(4)電容器的電容越大，容抗就越大()提示：(1)(2)(3)(4) 做一做如圖所示，當交流電源的電壓為220 v，頻率為50 hz時，三只燈泡l1、l2、l3亮度相同若保持交流電源的電壓不變，只將其頻率改變為100 hz，則()al1、l2、l3亮度都比原來亮b只有l1的亮度比原來亮c只有l2的亮度比原來亮d只有l3的亮度比原來亮提示：選b.由圖可知，并聯電路中l3、l2、l1分別與電阻r、電感線圈l、電容器c串聯，增大交流電源的頻率，對電阻r的阻抗無影響，電感線圈l的感抗增大，電容器c的容抗減小，所以l1的亮度增加， l2的亮度減小， l3的亮度不變故選b.對感抗和容抗的理解1感抗的成因：交變電流通過電感器時，由于電流時刻都在變化，因此在線圈中就會產生自感電動勢，而自感電動勢總是阻礙原電流的變化，故電感器對交變電流產生阻礙作用2影響感抗大小的因素感抗的大小由線圈的自感系數l和交變電流的頻率f共同決定用xl表示，則xl2fl.3容抗的成因(1)當接到交流電源上時，電源使導線中的自由電荷向某一方向定向移動，對電容器進行“充放電”(2)電容器在充放電的過程中，電容器兩極板上聚集著等量異種電荷，從而在兩極板間存在著電場，此電場的電場力阻礙著電荷的定向移動，其表現就是電容器在交變電流通過時的阻礙作用4影響容抗大小的因素(1)電容器的電容：電容器的電容越大，電容器容納電荷的本領就越大，即在容納相同電荷的情況下，電容大時電壓小，電場力對電荷充電時的阻礙作用力就小，所以容抗就小(2)交流的頻率：交流的頻率越高，充電和放電的時間就短，相同電路電容器上聚集的電荷就少，電容器所達到的電壓就小，排斥充電和放電的電場力就小，從而阻礙作用就小，所以容抗就小用xc表示，則xc. 命題視角1對感抗的理解(2018遼寧大連得勝中學測試)一個燈泡通過一個由粗導線繞制的線圈與一交流電源相連接，如圖所示若將一鐵塊插進線圈之后，該燈將()a變亮b變暗c沒有影響 d無法判斷解析線圈和燈泡是串聯的，因此加在串聯電路兩端的總電壓一定是線圈上的電壓與燈泡上的電壓之和由墻上插孔所提供的220 v電壓，一部分降落在線圈上，剩余的降落在燈泡上如果一個大電壓降落在線圈上，則僅有一小部分電壓降落在燈泡上當鐵塊插進線圈時，線圈的自感系數變大，線圈上分得的電壓變大燈泡上電壓變小，將變暗故b正確答案b 命題視角2對容抗的理解(多選)如圖所示，白熾燈和電容器串聯后接在交變電源的兩端，當交流電源的頻率增加時()a電流表示數增大 b電壓表示數增大c燈泡變暗 d燈泡變亮思路點撥 (1)容抗與交變電流頻率的關系(2)閉合電路的電壓關系解析由頻率增加可知，容抗減小，電流增大，燈泡兩端電壓增大，電壓表示數變小，燈泡功率增大而變亮，故選a、d.答案ad 命題視角3對電阻、感抗、容抗的比較(2018甘肅蘭州一中測試)在頻率為f的交變電路中，如圖所示，把開關s依次分別接通r、c、l支路，這時通過各支路的電流的有效值相等若將交變電流的頻率提高到2f，維持其他條件不變，則下列幾種說法中不正確的是()a通過r的電流有效值不變b通過c的電流有效值變大c通過l的電流有效值變小d通過r、c、l的電流有效值都不變解析電阻對交變電流阻礙作用的大小與電流的頻率無關，因此，通過電阻的電流的有效值不變電感對交變電流阻礙作用的大小用感抗表示，線圈的自感系數越大，電流的頻率越高，自感電動勢就越大，即線圈對電流的阻礙作用就越大，感抗也就越大，因此，通過電感的電流有效值變小電容器對交變電流阻礙作用的大小用容抗表示，電容一定時，在相同的電壓下電容器容納的電荷一定，頻率越高，充、放電的時間越短，充、放電的電流越大，容抗越小，因此，通過電容器的電流有效值變大答案d (1)電阻對交變電流的阻礙作用不隨頻率的變化而變化，電感對交變電流的阻礙作用隨頻率的增大而增大，電容對交變電流的阻礙作用隨頻率的增大而減小(2)電容器和電感器的容抗和感抗，在交變電流的電路中的分壓和分流關系，符合恒定電流電路的規律，都可以看成電阻 【通關練習】1.(多選)如圖所示實驗電路，直流電源電壓與交流電源電壓的有效值均為220 v，s為雙刀雙擲開關，下列哪個敘述正確()a當s擲向a、b時，電阻r的電壓為220 vb當s擲向a、b時，電阻r的電壓為0c當s擲向c、d時，電阻r的電壓為0d當s擲向c、d時，電阻r的電壓小于220 v解析：選bd.接直流電源時，電路穩定后沒有電流，電阻兩端電壓為0，故a錯，b對；接交流電源時，電路中有電流，r兩端電壓不為零，故c錯；由于電容對交流電有容抗，與電阻r分壓，因此r的電壓小于220 v，d對2(多選)如圖所示，三個燈泡相同，而且足夠耐壓，電源內阻忽略單刀雙擲開關s接a時，三個燈亮度相同，那么s接b時()a三個燈亮度不再相同b甲燈最亮，丙燈不亮c甲燈和乙燈亮度相同，丙燈不亮d只有丙燈不亮，乙燈最亮解析：選ad.s接a時，為交流電源，此時r、l、c對交變電流的阻礙作用相同；s接b時，變為直流電源，故三燈亮度不再相同，其中乙燈最亮，而丙燈不亮，故a、d正確電感器和電容器的應用1電容器的應用(1)隔直電容器：如圖甲所示，作用是“通交流、隔直流”，即直流不能通過電容器，交變電流能“通過”電容器起這樣作用的電容器的電容要大些(2)高頻旁路電容器：如圖乙所示，作用是“通高頻、阻低頻”，即對不同頻率的交變電流，頻率越高，容抗越小，頻率越低，容抗越大，即電容對低頻交變電流阻礙作用大，對高頻交變電流阻礙作用小，起這樣作用的電容器的電容要小些2電感器的應用(1)低頻扼流圈：可起到“通直流、阻交流”的作用(2)高頻扼流圈：可起到“通直流、通低頻、阻高頻”的作用3電感和電容的組合應用根據電感、電容對交變電流阻礙作用的特點，可以將二者結合到一起來完成一定的任務(1)如果將電容與負載并聯，然后與電感串聯，就能更好地起到濾掉電路中交流成分或高頻成分的作用如圖甲所示(2)如果將電感與負載并聯，然后與電容串聯，就能更好地起到濾掉電路中直流成分或低頻成分的作用如圖乙所示在收音機線路中，經天線接收下來的電信號既有高頻成分又有低頻成分，經放大后送給下一級，需要把低頻成分和高頻成分分開，只讓低頻成分輸入給下一級，我們采用如圖所示的裝置電路，其中代號a、b應選擇的元件是()aa是電容較大的電容器，b是低頻扼流圈ba是電容較大的電容器，b是高頻扼流圈ca是電容較小的電容器，b是低頻扼流圈da是電容較小的電容器，b是高頻扼流圈思路點撥 搞清a、b處元件應起的作用，是正確選擇元件的關鍵解析電容器具有通高頻、阻低頻的作用，這樣的電容器電容較小，所以a處接電容較小的電容器，電感線圈在該電路中要求起到通低頻、阻高頻的作用，b處接一個高頻扼流圈，d對答案d電阻、感抗、容抗的比較電阻感抗容抗產生原因定向移動的自由電荷與不動的離子間的碰撞由于電感線圈的自感現象阻礙電流的變化電容器兩極板上積累的電荷對向這個方向定向移動的電荷的反抗作用在電路中的特點對直流、交流阻礙作用相同阻交流通直流阻高頻通低頻隔直流通交流阻低頻通高頻決定因素由導體本身(長短、粗細、材料)決定，與溫度有關，r由線圈本身的自感系數和交流電的頻率f決定，xl2fl由電容的大小和交流電的頻率f決定，xc電能的轉化電能轉化為內能電能和磁場能往復轉化電能與電場能往復轉化音箱中有高音揚聲器和低音揚聲器，為了讓特定揚聲器得到較為純粹的高頻或低頻信號，常常借助由電容器與電感器組成的分頻器電路，信號通過圖甲和乙所示的分頻電路時，則關于揚聲器發出的聲音，下列說法中正確的是()a甲圖發出低音，乙圖發出高音b甲圖發出高音，乙圖發出低音c甲圖同時發出高音和低音d乙圖同時發出高音和低音解析：選a.電容器具有“通交流，阻直流”及電感器“通直流，阻交流”的特性，圖甲中高頻的信號電流被電容器短路，也被電感阻隔，所以甲發出的是低音；圖乙中，低頻信號電流被電感短路，只有高頻信號通過揚聲器，故a正確，b、c、d錯誤隨堂檢測1直流電源的電壓與交流電壓的有效值相同，電感線圈的直流電阻不計，則下列圖中燈泡最亮的是()解析：選d.電容器c、電感l都對交變電流有阻礙作用，故a、b兩圖中燈不是最亮的；c圖中燈被短路，燈泡不亮；d圖中電容器c有隔直流作用，所以d中燈泡最亮2(多選)關于如圖所示電路，以下結論正確的是()aa、b若接直流電，燈泡不亮ba、b若接直流電，燈泡也可發光ca、b若接交流電，燈泡發光，燈泡和電容器都有電荷通過da、b若接交流電，燈泡發光，電容器中無電荷通過解析：選ad.電容器有“通交流，隔直流”的作用，故a、b接直流電時，燈泡不亮，a正確，b錯誤；接交流電時，燈泡亮，但電路中電流的形成源于電容器的不斷充電、放電，并沒有電荷通過電容器，故c錯誤，d正確3.如圖所示，甲、乙是規格相同的燈泡，接線柱a、b接電壓為u的直流電源時，無論電源的正極與哪一個接線柱相連，甲燈均能正常發光，乙燈完全不亮當a、b接電壓的有效值為u的交流電源時，甲燈發出微弱的光，乙燈能正常發光，則下列判斷正確的是 ()a與甲燈串聯的元件x是電容器，與乙燈串聯的元件y是電感線圈b與甲燈串聯的元件x是電感線圈，與乙燈串聯的元件y是電容器c與甲燈串聯的元件x是二極管，與乙燈串聯的元件y是電容器d與甲燈串聯的元件x是電感線圈，與乙燈串聯的元件y是二極管解析：選b.由a、b接直流電源時的現象可知，元件x“通直流”，元件y“隔直流”，由a、b接交流電源時的現象可知，元件x“阻交流”，元件y“通交流”，根據電容器和電感線圈的特點，元件x是電感線圈，元件y是電容器，b正確課時作業一、單項選擇題1對低頻扼流圈的說法正確的是()a自感系數很小，對直流有很大的阻礙作用b自感系數很大，對低頻交流有很大的阻礙作用c自感系數很大，對高頻交流有很小的阻礙作用d自感系數很大，對直流無阻礙作用解析：選b.低頻扼流圈的自感系數較大，它對電流的阻礙作用是“通直流，阻交流”，即對低頻交流有較大的阻礙作用，由于線圈本身有電阻，所以對直流也有阻礙作用，應選b.2(2018石家莊高二檢測)關于電容對交變電流的影響，下列說法正確的是()a對一只給定的電容器來說它對任何頻率的交變電流的阻礙作用都相同 b同一只電容器對高頻交變電流的容抗大于對低頻交變電流的容抗 c同一只電容器對高頻交變電流的容抗小于對低頻交變電流的容抗 d同一只電容器對高頻交變電流的容抗等于對低頻交變電流的容抗解析：選c.電容器的容抗跟交流電的頻率成反比，頻率越大，容抗越小，對交變電流的阻礙作用就越小3某實驗電路如圖所示，電路接入交流電，燈亮，保持電壓不變使頻率逐漸增大，觀察到燈逐漸變亮，則x接入的是()a電容器 b電感器c電阻器 d保險絲解析：選a.電路接入交流電，燈亮，保持電壓不變使頻率逐漸增大，觀察到燈逐漸變亮，說明電路的電流變大，根據xc，知頻率越高，容抗越小，所以電容器對于高頻交變電流的阻礙作用小于它對低頻交變電流的阻礙作用，電路中電流就會變大，故a正確；根據xl2lf知，頻率越高，感抗越大，所以電感器對于高頻交變電流的阻礙作用大于對低頻交變電流的阻礙作用，故b錯誤；接電阻絲和保險絲均不會影響亮度，故c、d錯誤4某信號源中有直流成分、交流高頻成分和交流低頻成分，為使放大器僅得到交流低頻成分，下列電路中可行的是()解析：選d.信號中含有三種成分，去掉直流成分用隔直電容器即可，因此排除選項b；而選項a中交流高、低頻成分均進入了放大器，需加入另一旁路電容器，所以選項d正確，a錯誤；對選項c，電容器隔直后，低頻部分從電感中通過，而高頻部分進入放大器，故c錯誤5.如圖所示，電感器l的自感系數和電容器c的電容都很小(如l100 h，c100 pf)，此電路的主要作用是()a阻直流、通交流，輸出交流電b阻交流、通直流，輸出直流電c阻低頻、通高頻，輸出高頻交流電d阻高頻、通低頻，輸出低頻交流電和直流電解析：選d.因電感器l的自感系數很小，所以對低頻交流的阻礙作用很小，這樣直流和低頻交流能順利通過電感器電容器c為一旁路電容器，對高頻交流的阻礙作用很小，這樣部分通過電感器的高頻交流又經電容器c形成回路，最終輸出的應為低頻交流電和直流電故選項d正確6.兩只相同的白熾燈l1、l2接到如圖所示的電路中，燈l1與電容器串聯，燈l2與電感器串聯，當a、b處接電壓最大值為um、頻率為f的正弦交流電源時，兩燈都發光，且亮度相同更換一個新的正弦交流電源后燈l1的亮度大于燈l2的亮度，新電源的電壓最大值和頻率可能是()a最大值仍為um，而頻率大于fb最大值仍為um，而頻率小于fc最大值小于um，而頻率仍為fd最大值大于um，而頻率仍為f解析：選a.燈l1的亮度大于燈l2的亮度，這是因為交變電流頻率增大，容抗減小，燈l1變亮，又頻率增大，感抗增大，燈l2變暗7.如圖所示的電路，m為一交流發電機，c為一平行板電容器，為使電流表示數增大，可行的辦法是()a使發電機的轉速增大b使發電機的轉速減小c在平行板電容器間換用介電常數較小的電介質d使電容器兩板間距離增大解析：選a.由容抗xc知，電流表示數增大，可以是f、c增大，由c，c增大可以是增大，d減小，故c、d均錯誤；發電機轉速增大，可使電壓增大，f增大，電流表示數增大，故a正確，b錯誤8如圖所示，輸入端ab的輸入電壓既有直流成分，又有交流成分，以下說法中正確的是(l的直流電阻與r相同)()a直流成分只能從l通過b交流成分只能從r通過c通過r的既有直流成分又有交流成分d通過l的交流成分比通過r的交流成分必定要多解析：選c.線圈具有通直流阻交流的作用，l的直流電阻與r相同，對交流的阻礙作用要大于電阻r，多數交流成分通過r，故選c.二、多項選擇題9如圖所示實驗電路中，若直流電壓和交變電壓的有效值相等，s為雙刀雙擲開關，下面哪個敘述正確()a當s擲向a、b時燈較亮，擲向c、d時燈較暗b當s擲向a、b時燈較暗，擲向c、d時燈較亮cs擲向c、d，把電感線圈中的鐵芯抽出來時燈變亮ds擲向c、d，電源電壓不變，而使頻率減小時，燈變暗解析：選ac.線圈對恒定電流無感抗，對交變電流有感抗，當交流電頻率減小時，感抗變小，燈變亮，并且是有鐵芯時感抗更大，故鐵芯抽出時燈變亮10.(2018大連高二檢測)如圖所示，接在交流電源上的電燈泡正常發光，以下說法正確的是()a把電介質插入電容器，燈泡變亮b增大電容器兩板間的距離，燈泡變亮c減小電容器兩板間的正對面積，燈泡變暗d使交變電流頻率減小，燈泡變暗解析：選acd.把電介質插入電容器，c變大，容抗變小，燈泡變亮；增大電容器兩板間的距離，c變小，容抗變大，燈泡變暗；減小電容器兩板間的正對面積，c變小，容抗變大，燈泡變暗；頻率減小，電容對交變電流的阻礙作用變大，燈泡變暗電容器在電路中特點為“通交流，隔直流；通高頻，阻低頻”11.(2018沈陽高二檢測)如圖所示的電路中，a、b兩端連接的交流電源既含高頻交流，又含低頻交流，l是一個25 mh的高頻扼流圈，c是一個100 pf的電容器，r是負載電阻，下列說法中正確的是()al的作用是“通低頻，阻高頻”bc的作用是“通交流，隔直流”cc的作用是“通高頻，阻低頻”d通過r的電流中，低頻交流所占的百分比遠遠大于高頻交流解析：選acd.高頻扼流圈l的自感系數小，對高頻有明顯的阻礙作用，起到“通低頻，阻高頻”的作用，選項a正確；交流能夠“通過”電容器，頻率越高，容抗越小，因交流電源既含高頻交流，又含低頻交流，所以電容器c的作用是“通高頻，阻低頻”，選項b錯誤，c正確；由于l和c的作用，通過r的電流中，低頻交流所占的百分比遠遠大于高頻交流，選項d正確12如圖所示的電路中，當a、b端加直流電壓時，l1燈發光，