高中物理3 电感和电容对交变电流的影响学案及答案

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学案导学电感和电容对交变电流的影响 【教材内容透析】在直流电路中，影响电压和电流关系的只有电阻，电路两端电压U＝IR；纯电感线圈的直流电阻为零，两端电压也为零；电容器中直流电是不能通过的，直流电阻可认为是无穷大．在交流电路中，影响电压和电流关系的不仅有电阻，而且有电感和电容产生的感抗和容抗．1．电感对交变电流的阻碍作用实验表明电感对交变电流有阻碍作用．交变电流通过电感线圈时，电流时刻改变，电感线圈中必然产生自感电动势来阻碍电流的变化，形成对电流的阻碍作用，而电感对直流电没有这样的阻碍作用．感抗表示电感对交变电流阻碍作用的大小，不仅跟由自身性质决定的自感系数L有关，还与外界所加的交变电流的频率f有关，L和f越大，感抗（）越大；L和f越小，感抗（）越小．特别的当f等于零（即为直流电）时，感抗为零（进一步研究感抗XL=2fL）．电感线圈对交变电流有阻碍作用，要减小这种作用，可用自感系数较小的线圈．但在电工和电子技术中，电感线圈的应用是非常广泛的．电工和电子技术中使用的扼流圈是利用电感阻碍交变电流的作用制成的，有低频扼流圈和高频扼流圈两种．低频扼流圈（线圈自感系数很大，电阻很小）对低频交变电流有很大的阻碍作用，对直流的阻碍作用较小，即“通直流，阻交流”．高频扼流圈（线圈自感系数很小）对低频交变电流阻碍较小，对高频交变电流的阻碍作用很大，即“通低频，阻高频”．2．电容对交变电流的阻碍作用交变电流能“通过” 电容器．电流实际上没有通过电容器的电介质，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，形成充电电流；当电源电压降低时，电容器放电形成放电电流．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．想一想，直流电为什么不能通过电容器？实验表明电容器对交变电流有阻碍作用．含电容器的交流电路，导线中的自由电荷，当电源的电压使它们向一个方向做定向运动时，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运动，这就产生了电容器对交变电流的阻碍作用．容抗表示电容对交变电流的阻碍作用的大小．电容器的电容越大、交变电流的频率越高，容抗就越小；电容器的电容越小、交变电流的频率越低，容抗就越大。特别的，当交变电流的频率等于零时（即为直流电），容抗无穷大，表现为直流电不能通过电容器（进一步研究有XC=1/2fC）．总之，电容对电流的作用是：“通交流，隔直流，通高频，阻低频”，电感对电流的作用是：“通直流，阻交流，通低频，阻高频”．3．电阻、感抗和容抗的比较（1）在直流电路中电阻：欧姆定律R＝U/I，电阻的大小满足电阻定律即只与导体的自身因素有关．电感：感抗，即纯电感线圈对直流电无阻碍作用．电容：容抗，即直流电不能通过电容器．（2）在交流电路中电阻、欧姆定律仍成立（但U、I都用有效值），电阻定律也成立，即电阻大小只与导体的自身因素有关．电感：线圈对交变电流有阻碍作用（感抗），感抗的大小不仅与自身的自感系数L有关，还与交变电流的频率f有关，L、f越大，感抗越大．电容：交变电流能通过电容器，电容器对交变电流有阻碍作用（容抗），容抗的大小不仅与自身的电容有关，还与交变电流的频率f有关，C、f越大，容抗越小．【综合思维点拨】例1 在交流电路中，下列说法正确的是（ ）A．影响电流与电压的关系的，不仅有电阻，还有电感和电容B．电感对交变电流的阻碍作用，是因为交变电流通过电感线圈时，线圈中产生自感电动势阻碍电流的变化C．交变电流能通过电容器，是因为交变电压的最大值大于击穿电压，电容器被击穿了D．电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗就越大解析 交变电流能通过电容器是因为交流电路中的电容器两极加上交变电压，两极板上不断进行充放电，电路中产生电流，表现为交变电流通过了电容器，故C错．电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小，D错．答案 AB点拔 要正确理解电感和电容对交变电流的作用以及感抗和容抗的大小与哪些因素有关，正确理解交变电流是怎样“通过”电容器的．【思维障碍点拨】例2 使用220V交流电源的电器设备和电子仪器的金属外壳都应该接地，为什么？解析 与电源相连的机芯和金属外壳构成电容器的两个极板，电源中的交变电流能够“通过”这个“电容器”，人触摸外壳时，就有电流流过人体，使人感到“麻手”，为确保安全，金属外壳都应该接地．点拔 解决本题的关键是能把这个问题归纳为交变电流能够通过电容器，电容器的两个极板在哪里。【教材习题解惑】（1）电容器应串接入电路，课本图示电容器串联接法正确．由于电容器串联接入电路，直流成分不能通过电容器，而交流成分可以通过电容器被输送到下一级装置．（点拨：电容器有“隔直流通交流”的作用）（2）电容器对高频成分的容抗小，对低频成分的容抗大，课本图示连接把电容器并联接入电路，高频成分就通过并联着的“旁边”的电容器，而使低频成分输送到下一级装置．（点拨：电容器有“通高频阻低频”的作用）