电感和电容对交变电流的影响
学习目标:
(1)知识与技能
知道电感线圈有“通直流阻交流”和电容器有“隔直流通交流”的作用;知道感抗、容抗的大小由哪些因素决定;能解释电感和电容对交变电流产生影响的原因;了解电感和电容器在电子技术等方面的应用。
(2)过程与方法
理解实验过程中控制变量的方法;通过研究感抗(容抗)与自感系数(电容)的定性关系,获得实验探究过程的体验;通过对电感和电容对交变电流影响的理论分析,体会理论解释实验的成功感受。
(3)情感态度与价值观
体验通过物理实验探究物理规律的乐趣,体验实事求是的科学态度
预习思考:
1电感线圈为什么会有通直流阻交流的作用?
2电容器有“隔直流通交流”的作用,想一想,直流电为什么不能通过电容器?交流电真的通过了电容器了吗?
要点导学:
通过本节课的学习,对要点进行简明扼要的阐述,并完成下列填空:
1感抗的大小与线圈的自感系数和交变电流的频率有关,线圈的 ,电流的 ,电感对交变电流的阻碍作用就越大,感抗也就越大。
2 低频扼流圈的作用:“通 、阻 ” 高频扼流圈的作用:“通 、阻 ”
3电容器在电路中具有“隔 ,通 ,阻 ,通 ”的 性质。
4容抗:表示电容器对交流阻碍作用的大小。电容器的 ,交流 ,容抗就越小。
范例解析:
例1.对电容器能通交变电流的原因,下列说法中正确的有( )
A.当电容器接到交流电源上时,因为有自由电荷通过电容器,电路中才有交变电流 B.当电容器接到交流电源上时,电容器交替进行充电和放电,电路中才有交变电流 C.在有电容器的交流电路中,没有电荷定向移动 D.在有电容器的交流电路中,没有电荷通过电容器
解析: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.所以正确答案为BD
点评:本题考察交流电流不是真正的通过了电容器,而是由于电容器两端电压发生变化电容器不断的进行充电和放电,而形成的充电电流和发电电流。
例2:交流电通过一段长直导线时电流强度为I,如果把这长直导线绕成线圈,再接入原电路,通过线圈的电流强度为I′,则( )
A.I′>I B.I′<I C.I′=I D.无法比较
解析: 本题考察的是线圈对交流电有阻碍作用,因此导线绕成线圈后相当电阻和电感串联,在相同电源的电路中电流将减小.故答案为B.
点评: 本题明确两点:第一,绕成线圈的导线相当于电阻和电感串联;第二,原电路可认为电源电压不变.
例3: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。
例3:在a、b间接上交流电,保持电压值不变,使其频率增大,发现各灯的亮度变化情况是:灯1变暗,灯2变亮,灯3亮度不变,则黑箱A、B、C中所接元件可能是: A、A为电阻、B为电容器、C为电感 B、A为电阻、B为电感、C为电容器 C、A为电容器、B为电感、C为电阻
D、A为电感、B为电容器、C为电阻 A B C a 1 2 3 b
解析:感抗表示电感对交流阻碍作用的大小,线圈的自感系数和交变电流的频率越大,感抗也就越大。灯1随频率增加而变暗,可见A随交流的频率增加阻碍增大,所以为电感
容抗表示电容器对交流阻碍作用的大小。电容器的电容越大,交流频率越高,容抗就越小。灯2随频率增加而变亮,可见B随交流的频率增加阻碍减小,所以为电容器
电阻对电流的阻碍作用不会随交流电的频率变化而发生改变。灯3随频率增加亮度不变,所以为电阻。故答案为D.
点评:本题考察的是电感,电容,电阻对交变电流的阻碍作用与交流频率的关系
补充扩展:
电感线圈和电容器在交流电路中相当于一个电阻,表示它们对交流阻碍作用大小的感抗和容抗的单位都是欧姆.但感抗和容抗与导体的电阻有很大的不同.导体的电阻由导体本身性质决定,与接在导体上的电源无关.而感抗和容抗则不然,它们不仅与线圈和电容器本身性质有关,还与电源的频率有关.对于同一个电感线圈或电容器来说,它们的感抗和容抗都不是固定不变的,而是随电源频率的变化而变化.
同步检测:
A组:
1.关于电感对交变电流的影响,下列说法正确的是( ) A.电感不能通直流电流,只能通交流电流
B.电感对各种不同频率的交变电流阻碍作用相同
C.同一只电感线圈对频率低的交变电流的阻碍作用较小 D.同一只电感线圈对频率高的交变电流的阻碍作用较小 2.在交流电流的频率一定的条件下( ) A.电感越大,感抗越小 B.电感越大,感抗越大 C.电容越大,容抗越小 D.电容越大,容抗越大
3.对于低频扼流线圈说法正确( ) A.自感系数较大,为十几亨 B.线圈匝数要多
C.只对高频交变电流有很大的阻碍作用 D.线圈没有铁心
4.灯泡和线圈串联后,接在交流电源两端正常发光,当电源电压不变,频率增大时( )
A.线圈自感系数增加 B.灯泡变亮 C.灯泡变暗
D.线圈对电流的阻碍作用增强
5.用测试电笔接触通有交变电流的电器设备的金属外壳时,发现电笔的氖管发光,其原因是( )
A.一定是与电源相连的机芯与金属外壳间绝缘不良漏电所致 B.一定是与电源相连的机芯与金属外壳间所构成的电容充电所致 C.一定是有电源接到了金属外壳上 D.可能是该设备的金属外壳没有接地
6.关于电感的感抗和电容器的容抗,下列说法正确的是( ) A.交变电流的频率越高,感抗越大,容抗越大 B.交变电流的频率越高,感抗越大,容抗越小 C.交变电流的频率越低,感抗越小,容抗越大 D.交变电流的频率越低,感抗越大,容抗越小 7. 低频扼流圈构造:线圈绕在闭合铁芯上,线圈匝数 ,自感系数 。 高频扼流圈构造:线圈绕在铁氧体芯上,线圈匝数 ,自感系数 。 8.如图所示,交变电流电压的瞬时表达式u=311sin157t V时,三个电流表的示数相同,若电源电压改为u′=311sin314t V时,则
LCA2RA3
A1