交变电流和电感电容对交变电流的作用
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3 电感和电容对交变电流的影响1.在交流电路中,若绕制电感器的导线的电阻忽略不计,电感器对交流有(填“有”或“没有”)阻碍作用.大,交流电的频率越高,电感对交变电流的阻碍作用越大.3.电感线圈在电路中的作用:通直流,阻交流;通低频,阻高频.二、电容器对交变电流的阻碍作用1.电容器接到交流电源两端时,交替地进行充电和放电,电路中就有了电流,表现为交流“通过”了电容器.大,交流电的频率越高,电容器对交变电流的阻碍作用越小.3.电容器在电路中的作用:通交流,隔直流;通高频,阻低频.1.判断下列说法的正误.(1)线圈的匝数越多,对同一个交变电流的阻碍作用就越大.( √)(2)线圈对交变电流的阻碍作用随着交变电流的频率的变大而减小.( ×)(3)电流“通过”电容器,并不是电荷穿过电容器两极板间的绝缘层到达另一极板,而是电容器不断地充放电的表现.( √)(4)电容器的电容越大,对同一交变电流的阻碍作用就越大.( ×)f的交变电流电路中,如图1所示,当开关S依次分别接通R、C、Lf,保持其他条件不变,则通过R的电流有效值________,通过C的电流有效值________,通过L的电流有效值________.(选填“变大”“变小”或“不变”)图1答案不变变大变小一、电感器对交变电流的阻碍作用如图所示,把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来,先把它们接到直流电源上,再把它们接到有效值等于直流电源电压的交流电源上.(1)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.交变电流通过电感器时,由于电流时刻在变化,在线圈中就会产生自感电动势,而自感电动势总是阻碍原电流的变化,故电感器对交变电流产生阻碍作用.例1(多选)如图2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2a、b时灯较亮,掷向c、d时灯较暗a、b时灯较暗,掷向c、d时灯较亮c、d,把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮c、d,电源电压不变,而使频率减小时,灯变暗答案AC解析线圈对直流无阻碍作用,对交变电流有阻碍作用,当交流电频率减小时,阻碍作用变小,灯变亮;有铁芯时阻碍作用大,故铁芯抽出时灯变亮.二、电容器对交变电流的阻碍作用如图甲、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.(1)观察灯泡的发光情况,并分析原因.(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?说明了什么?答案(1)题图甲中的灯泡不亮,题图乙中的灯泡亮.题图甲中的电源是直流电源,电容器在电路中相当于断路,电路中没有电流,灯泡不亮.题图乙中的电源是交流电源,把交流电源接到电容器两个极板上后,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,灯泡就亮了,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)电容越大,灯泡越亮;频率越高,灯泡越亮.说明了电容器的电容和交变电流的频率都对电容器对交变电流的阻碍作用有影响.1.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,而电容器两极板上积累的电荷抗拒自由电荷的定向移动,从而使电容器对交变电流有阻碍作用.2.电容器在电路中常见的作用有两种:隔直电容器:通交流,隔直流.高频旁路电容器:通高频,阻低频.例2如图3所示,电路由交流电源供电,最大电压保持不变,如果交变电流的频率升高,则下列说法中正确的是( )图3答案 C解析当交变电流的频率升高时,电容器对交变电流的阻碍作用减小,灯泡的亮度变亮,灯泡两端的电压变大,故选项C正确,选项B、D错误;由Q=CU可知,选项A错误.例3(多选)(2018·台州市高二检测)图4甲、乙两图是电子技术中的常用电路,a、bR上得到的电流特征是( )图4R得到的是交流成分R得到的是直流成分R得到的是低频成分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,电容器有“通交流、隔直流,通高频、阻低频”的特性,题图甲中电容器隔直流,R得到的是交流成分,A正确,B错误;题图乙中交流高频成分能通过电容器,电容器阻碍交流低频成分,R得到的是低频成分,C正确,D错误.三、电阻、电感、电容的对比例4(多选)如图5所示的电路中,A、B、C三灯亮度相同,电源为220V、50Hz的交流电源,以下叙述中正确的是( )图5A.改接220V、100Hz的交流电源时,A灯变亮,B灯变暗,C灯亮度不变B.改接220V、100Hz的交流电源时,A灯变暗,B灯变亮,C灯变亮C.改接220V的直流电源时,A灯熄灭,B灯变亮,C灯亮度不变D.改接220V的直流电源时,A灯熄灭,B灯变亮,C灯变暗答案AC解析增加交流电源的频率时,线圈的阻碍作用增大,电容的阻碍作用减小,电阻的阻碍作用不变,故A灯变亮,B灯变暗,C灯亮度不变,故A正确,B错误;改接直流电源时,电容器相当于断路,A灯熄灭,线圈无感抗,B灯更亮,电阻R阻碍作用不变,C灯亮度不变,故C正确,D错误.1.电阻对交流、直流有相同的阻碍作用,交流频率变化时,阻碍作用不变.2.电感器通直流、阻交流,通低频、阻高频.3.电容器通交流、隔直流,通高频、阻低频.4.在分析电流变化时,把电感、电容的阻碍作用类比于导体的电阻,再用欧姆定律分析. 1.(电感器对交变电流的影响)(多选)(2017·温州中学高二上学期期中)在如图6所示的电路中,L为电感线圈,灯泡的电阻值为R,电流表内阻为零,电压表内阻无限大,交流电源的电压u=2202sin100πt(V).若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为100Hz,下列说法正确的是( )图6答案BC解析由u=2202sin100πt (V),可得电源原来的频率f=ω2π=100π2πHz=50Hz,当电源频率由原来的50Hz增为100Hz时,线圈对交流电的阻碍作用变大,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U L,设灯泡两端电压为U R,则电源电压的有效值为U=U L+U R,因U R=IR,电流I减小,故U R减小,因电源电压的有效值保持不变,故U L=U-U R增大,电压表示数增大,选项B 正确.2.(电感器对交变电流的影响)(2017·衢州市高二检测)电感对交变电流影响的说法中,正确的是( )L有关D.线圈的自感系数越大,交变电流的频率越高,电感对交变电流的阻碍作用就越小答案 B解析电感对交流电有影响,其阻碍作用的大小和线圈的自感系数L、交流电的频率f有关,L越大,f越高,阻碍作用越大,故选项B正确,A、C、D均错误.3.(电容器对交变电流的影响)如图7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7答案 A解析当发电机转速增大时,交变电流的频率增大,电容器对交变电流的阻碍作用减小,电流表A的示数增大,A项正确,B项错误;在平行板电容器间换用相对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,对交变电流的阻碍作用增大,电流表A的示数减小,C、D项错误.4.(电阻、电感、电容的对比)(多选)如图8所示的电路中,a、b两端连接的交流电源中既含高频交流,又含低频交流,L是一个高频扼流圈,C是一个100pF的电容器,R是负载电阻,下列说法正确的是( )图8A.L的作用是“通低频,阻高频”B.C的作用是“通低频,隔高频”C.C的作用是“通高频,阻低频”R的电流中,低频交流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比答案ACD解析因为L是一个高频扼流圈,“通低频,阻高频”,A选项正确;C是一个电容较小的电容器,所以对低频交流的阻碍作用较大,故选项C正确,B错误;根据分析可知通过电阻R 的电流中,低频交流所占百分比远远大于高频交流所占的百分比,选项D正确.考点一电感器对交变电流的阻碍作用1.(2017·绍兴市高二检测)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答案 B2.如图2所示的电路中,正弦交流电源的电压有效值为220V,则关于交流电压表的示数,以下说法中正确的是( )图2答案 C3.如图3所示,交流电源的电压有效值与直流电源的电压相等,当将双刀双掷开关接到直流电源上时,稳定后灯泡的实际功率为P1,而将双刀双掷开关接在交流电源上时,稳定后灯泡的实际功率为P2,则( )图3A.P1=P2B.P1>P2C.P1<P2答案 B解析接在直流电源上,稳定后线圈对直流没有阻碍作用,电能全部转化为灯泡的内能和光能,而当接至交流电源上时,线圈对电流有阻碍作用,因此电能除转化成灯泡的内能和光能外,还有一部分电能转化为磁场能,故P1>P2.4.(多选)如图4所示,图甲、乙中电源为交流电源,图丙中电源为直流电源,各电路中线圈自感系数相同且直流电阻不计,各电压表示数相同,下列说法正确的是( )图41比灯L2亮3比灯L1亮2与灯L3一样亮1与灯L3一样亮答案BC解析题图甲中电压表示数U=U1+U L1,线圈对交流有阻碍作用,相当于串联了一个电阻,根据电阻的分压作用可知U1≠0,灯泡两端电压U L1<U;题图乙中线圈与灯泡并联,相当于灯泡与一个电阻并联,并联电路中各支路的电压相同,灯泡两端电压U L2=U;题图丙中,线圈对直流电没有阻碍作用,线圈相当于一根没有电阻的导线,灯泡两端电压U L3=U,故U L1<U L2=U L3,即L2与L3一样亮且都比L1亮,B、C正确,A、D错误.考点二电容器对交变电流的阻碍作用C1=5μF和C2=3μF的电容器,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( )C1上所加交变电流的频率为50HzC2上所加交变电流的频率为50HzC1上所加交变电流的频率为100HzC2上所加交变电流的频率为100Hz答案 C解析电容越大,电流频率越高,阻碍作用越小,电流越容易“通过”电容器.C1>C2,100Hz>50Hz,所以C正确.6.在如图5所示电路中,u是有效值为220V的交流电源,C是电容器,R是电阻.关于理想交流电压表的示数,下列说法正确的是( )图5答案 C解析交变电流“通过”电容器,电阻R中有电流,电压表的示数不为零;电容器与电阻串联,电容器对交流电有阻碍作用,根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压,而电压表测量的是电阻两端的电压,故选项C正确.7.(多选)如图6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61比灯L2亮3也能发光,但亮度最暗2和L4亮度相同4比灯L1亮答案CD1串联,电容器对电流有阻碍作用;题图乙中电容器与灯L2并联,电压表的示数为灯L2两端的电压;题图丙中电容器与灯L3串联且是直流电源,电容器“隔直流,通交流”,所以没有电流流过灯L3,灯L3不亮;题图丁中电容器与灯L4并联,电压表的示数为灯L4两端的电压.综合以上分析,C、D两项正确.考点三电阻、电感、电容的对比a、b间接电压最大值为U m、频率1和L2接到如图7所示的电路中,灯L1与电容器串联,灯L2为f的正弦交流电源时,两灯都发光,且亮度相同.更换一个新的正弦交流电源后,灯L1的亮度低于灯L2的亮度,新电源两极的电压最大值和频率可能是( )图7U m,而频率大于fU m,而频率小于fU m,而频率仍为fU m,而频率仍为f答案 B解析当将a、b接在电压最大值为U m、频率为f的正弦交流电源两极之间时,两只灯泡都发光,且亮度相同.而更换一个新电源后,灯L1的亮度低于灯L2的亮度,说明线圈的阻碍作用比电容器的小,则新电源的频率小,B项正确,A、C、D项错误.9.(2017·台州市高二检测)如图8所示的电路,有直流和交流成分的电流通过,为了尽量减少R2上的交流成分,应( )图8答案 D10.(多选)如图9所示,当交流电源的电压(有效值)U=220V、频率f=100Hz时,三只灯泡L1、L2、L3的亮度相同(L无直流电阻),若将交流电源的频率变为50Hz,则( )图91灯比原来亮2灯比原来亮3灯和原来一样亮3灯比原来亮答案BC解析电容器对交流电的阻碍作用与交变电流的频率有关,电容器对低频交变电流的阻碍作用大,所以选项A错误;电感器对交变电流的阻碍作用随频率的降低而减小,所以选项B正确;电阻R对交变电流的阻碍作用与电源的频率无关,所以选项C正确,D错误.11.“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,如图10所示为音箱的电路图,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10B.C2的作用是阻碍高频电流通过乙扬声器C.L1的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器D.L2的作用是减弱乙扬声器的低频电流答案 D解析高频和低频交流电通入该电路,由于线圈通低频,阻高频,电容器通高频,阻低频,所以低频交流电通过甲扬声器,高频交流电通过乙扬声器,故甲扬声器是低音扬声器,A错误;C2的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器,B错误;L1的作用是阻碍高频电流通过甲扬声器,C错误;L2的作用是让低频交流电通过,减弱乙扬声器的低频电流,D正确.12.如图11所示电路中,L是一个不计直流电阻的电感线圈,直流电源1的电压值与交流电源2的电压有效值相等,S是单刀双掷开关,C是电容器,A、B是完全相同的小灯泡,则下列叙述正确的有( )图11A.开关S与1接通时,灯B逐渐变亮B.开关S与2接通时,灯B的亮度比开关与1接通稳定后灯B的亮度高C.开关S与2接通后,灯B发光,而灯A不发光D.若将电源2换成一个既含有高频信号又含有低频信号的信号源,则当开关与2接通时,通过灯B的主要是高频信号答案 A解析开关S与1接通时,线圈阻碍电流的增大,所以灯B逐渐变亮,A项正确;开关S与2接通后,由于线圈L对交流电的阻碍始终存在,所以灯B的亮度比开关与1接通稳定后灯B 的亮度暗,B项错误;开关S与2接通后,交流电也可以“通过”电容器,所以灯A也发光,C项错误;线圈对交流电有通低频阻高频的作用,所以若将电源2换成一个既含有高频信号又含有低频信号的信号源,则当开关与2接通时,通过灯B的主要是低频信号,D项错误.。
电感和电容对交变电流的作用、理想变压器编稿:张晓羽审稿:唐挈主要内容1、电感和电容对交变电流的作用2、理想变压器知识要点一、电感和电容对交变电流的作用在直流电流电路中,电压U、电流I和电阻R的关系遵从欧姆定律,在交流电路中,如果电路中只有电阻,例如白炽灯、电炉等,实验和理论分析都表明,欧姆定律仍适用。
但是如果电路中包括电感、电容,情况就要复杂了。
1、电感对交变电流的作用把一线圈与小灯泡串联后先后接到直流电源和交流电源上;现象:接直流的亮些,接交流的暗些。
结论:接交流的电路中电流小,间接表明电感对交流有阻碍作用。
原因:交流通过线圈时,电流时刻在改变。
由于线圈的自感作用,必然要产生感应电动势,阻碍电流的变化,这样就形成了对电流的阻碍作用。
感抗:电感对交变电流阻碍作用的大小,用感抗来表示;实验表明:线圈的自感系数越大、交流的频率越高,线圈对交流的阻碍作用就越大,感抗也就越大。
应用:(1)日光灯镇流器是绕在铁芯上的线圈,自感系数很大。
日光灯起动后灯管两端所需的电压低于220V,灯管和镇流器串联起来接到电源上,得用镇流器对交流的阻碍作用,就能保护灯管不致因电压过高而损坏。
(2)扼流圈:A.低频扼流圈:自感系数很大,对低频交流电就有很大的阻碍作用,可以“通直流,阻交流”。
B.高频扼流圈:自感系数很小,只对高频交变电流有较大的阻碍作用,可用来“通低频,阻高频”。
特点:通直流,阻交流;通低频,阻高频。
2、交变电流能够通过电容实验:把白炽灯和电容器串联起来分别接在交流和直流电路里。
现象:接通直流电源,灯泡不亮,接通交流电源,灯泡能够发光。
结论:直流不能通过电容器。
交流能通过电容器。
原因:直流不能通过电容器,是因为电容器的两个极板被绝缘介质隔开了。
电容器接到交流电源时,实际上自由电荷也没有通过两极间的绝缘介质,只是由于两极板间的电压在变化,当电压升高时,电荷向电容器的极板上聚集,形成充电电流;当电压降低时,电荷离开极板,形成放电电流。
【学习目标】1。
通过实验了解电感器对交变电流的阻碍作用,能够运用所学知识分析含有电感的简单交变电路。
2. 通过实验了解电容器对交变电流的阻碍作用,能够分析简单交变电路中电容器的作用。
3. 简单了解电感器和电容器在电工和电子技术中的应用。
重点难点:1。
交变电流“通过”电容器的原理。
2。
影响容抗、感抗大小的因素。
【自主学习】一、电感器对交变电流的阻碍作用实验现象:(1)如图所示,把线圈L与灯泡串联起来,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,接通直流电源时,灯泡亮些;接通交流电源时,灯泡暗些。
(2)在图乙中,保持交流电源不变,而改用自感系数大的线圈,或保持电感线圈不变,而改用频率更高的交流电源,灯泡比原来更暗。
1. 感抗(1)物理意义:表示电感线圈对_________电流__________作用的大小。
(2)影响感抗大小的因素:线圈的___________越大,交流的________越高,感抗越大。
2。
感抗的应用类型区别低频扼流圈高频扼流圈自感系数较大较小感抗大小较大较小作用通直流、阻交流通直流、通低频、阻高频二、交变电流能够通过电容器实验现象:如图所示,把电容器C与灯泡串联起来,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.接通直流电源时,灯泡不亮;接通交流电源时,灯泡亮。
以上现象说明_______电流能够通过电容器,____________不能通过电容器。
三、电容器对交变电流的阻碍作用实验现象:(1)如图所示,把电容器C与灯泡串联起来,先把它们接到交流电源上,再把电容器取下来,使灯泡直接接到交流电源上,灯泡要比有电容器时更亮.(2)在甲图中,若保持交流电源不变,而改用电容大的电容器,或保持电容器的电容不变,而改用频率更高的交流电源,灯泡比原来更亮。
1。
容抗:(1)物理意义:表示电容器对_________电流________作用的大小.(2) 影响容抗大小的因素:电容器的_______越大,交流的_________越高,容抗越小。
电感和电容对交变电流的影响目标导航思维脉图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。
(物理观念)2。
知道感抗和容抗的物理意义以及与哪些因素有关。
(科学思维)3.能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用.(科学探究)必备知识·自主学习一、电感器对交变电流的阻碍作用为什么电感器对交变电流有阻碍作用?提示:交变电流通过线圈(电感器)时,电流时刻在变化,由于线圈的自感现象,必然产生感应电动势阻碍电流的变化,就形成了电感器对交变电流的阻碍作用。
1。
实验探究:如图所示,取直流电源电压与交流电源电压有效值相等.(1)实验目的:了解并验证电感线圈对交变电流的阻碍作用.(2)实验现象:接通直流电源时,灯泡亮些;接通交流电源时,灯泡暗些。
(3)实验结论:电感线圈对交变电流有阻碍作用。
2.感抗:(1)物理意义:表示电感对电流的阻碍作用的大小.(2)影响感抗大小的因素:线圈的自感系数,交流的频率。
线圈的自感系数越大,交流的频率越高,感抗越大。
3.感抗的应用:4.关于电感器对交变电流的阻碍作用:解释符合科学实际的有:①④⑤①电感线圈对交变电流有阻碍作用。
②同一个线圈对直流和对交流的阻碍作用是相同的.③低频扼流圈只能阻碍低频交变电流,不能阻碍高频交变电流。
④电感线圈中通入交变电流后,交变电流的瞬时值为0的瞬间,线圈仍然对交变电流有阻碍作用。
⑤线圈的匝数越多,对同一个交变电流的阻碍作用就越大。
⑥线圈对交变电流的阻碍作用随着交变电流的频率的变大而减小。
二、电容器对交变电流的阻碍作用电容器两极板之间是绝缘介质,它阻隔导体中自由电子的通过,为什么交变电流能通过电容器呢?提示:电流是由电荷的定向移动形成的,把交流电源接到电容器的两个极板上后,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,原来聚集在极板上的电荷又放出,在电路中形成放电电流.电容器交替地进行充电和放电,电路中就形成了电流,好像是交流“通过”了电容器(实际上自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质)。
电感和电容对交变电流作用引言电感和电容是电路中常见的两种元件。
它们对交变电流具有不同的作用。
电感在电路中具有储能、滤波和抗干扰等作用,而电容则具有导电、储能、滤波和抗干扰等作用。
本文将介绍电感和电容对交变电流的作用原理和特点。
电感对交变电流的作用1. 电感的基本原理电感是一种储能元件,它通过线圈中的电流产生磁场,并由磁场作用于线圈自身产生感应电动势。
其大小与线圈的匝数和电流的变化速率有关。
当交变电流通过电感时,电感会产生阻碍电流变化的作用。
2. 电感的储能作用当交变电流经过电感时,由于电感的阻碍作用,电流无法瞬间达到最大值或最小值。
因此,电感会储存一定的能量,并在电流方向变化时释放出能量。
这种储能作用可以应用于电路中的电源电压变化平滑、起到稳压作用。
3. 电感的滤波作用电感的阻碍作用还可以用于滤除交变电路中的高频成分。
通过合理选择电感的参数,可以将高频成分阻隔,并使得电路中只有低频部分的信号通过。
因此,电感可以用于滤波电路的设计,消除电路中的噪声干扰。
4. 电感的抗干扰作用电感对交变电流的阻碍作用使其具有一定的抗干扰能力。
当电路受到外界干扰电磁场时,电感会起到屏蔽作用,减少干扰信号的传输。
这种抗干扰能力可以应用于电路设计中,提高系统的抗干扰能力。
电容对交变电流的作用1. 电容的基本原理电容是一种储能元件,由两片电极和介质组成。
电场能存储于电容器中,在电容器两端产生电势差。
电容的大小与电容器的尺寸、电介质的性质以及两片电极之间的距离有关。
2. 电容的导电作用当交变电流通过电容时,电容器中的电场会产生电流,这种电流被称为位移电流。
位移电流的流动导致电容器内的能量损耗,并降低电容器对电流的储能能力。
因此,电容对交变电流的导电作用可以用于阻断交流电路中的直流成分。
3. 电容的储能作用电容可以储存电场能量,当交变电流通过电容时,电场能量会在电容器的两端存储。
与电感不同,电容不会将电能储存为磁场能量,而是以电场能量的形式储存。
电感和电容对交变电流的影响1.电感对交变电流的阻碍作用⑴电感器对交变电流有阻碍作用,阻碍作用的大小用感抗来表示。
影响电感器对交变电流阻碍作用大小的因素:线圈的自感系数和交流电的频率。
线圈的自感系数越大、交流电的频率越高,电感对交变电流的阻碍作用越大。
即线圈的感抗就越大。
(2) 电感器在电路中的作用:通直流,阻交流;通低频,阻高频。
“通直流,阻交流”这是对两种不同类型的电流而言的,因为(恒定)直流电的电流不变化,不能引起自感现象,交流电的电流时刻改变,必有自感电动势产生来阻碍电流的变化。
“通低频,阻高频”这是对不同频率的交流而言的,因为交变电流的频率越高,电流变化越快,自感作用越强,感抗也就越大。
(3)电感器的应用扼流圈:扼流圈是利用电感阻碍交变电流的作用制成的电感线圈。
分低频扼流圈和高频扼流圈两类:低频扼流圈构造:线圈绕在铁芯上,匝数多,自感系数大,电阻较小作用:通直流,阻交流高频扼流圈构造:线圈绕在铁氧体上,匝数少,自感系数小(铁芯易磁化使自感系数增大,铁氧体不易磁化,自感系数很小)作用:通低频,阻高频2.电容对交变电流的阻碍作用⑴电容器对交变电流有阻碍作用,阻碍作用的大小用容抗来表示。
影响电容器对交变电流阻碍作用大小的因素有电容器的电容与交流电的频率,电容器的电容越大、交流电的频率越高,电容器对交变电流的阻碍作用越小。
即线圈的容抗就越大。
(2)电容器在电路中的作用:通交流,隔直流;通高频,阻低频。
信号和交流信号,如图1所示,该电路中的电容就起到“隔直流,通交流”的作用,其电容器叫耦合(或隔直)电容器。
在电子技术中,从某一装置输出的电流常常既有高频成分,又有低频成分,若在下一级电路的输入端并联一个电容器,就可只把低频成分的交流信号输送到下一级装置,如图2所示,具有这种“通高频,阻低频”用途的电容器叫高频旁路电容器。
3.交变电流“通过”电容器的原因分析原因:直流电不能通过电容器是因为电容器两极板被绝缘介质隔开,自由电荷不能通过绝缘介质。
3 电感和电容对交变电流的影响一、感抗1.定义:电感对电流阻碍作用的大小,用感抗表示.2.感抗的成因:因为交变电流的大小和方向随时间周期性变化,这个变化的电流通过线圈时产生一个自感电动势,自感电动势总是阻碍交流电的变化变化,故线圈对交变电流有阻碍作用,这就是感抗.3.决定因素:线圈的感抗X L与它的自感系数L及交变电流的频率f间有如下的关系: X L=2πfL 即线圈的自感系数越大,交流电的频率越高,感抗越大二、低频扼流圈和高频扼流圈1.低频扼流圈:自感系数大的线圈(约几十亨),线圈电阻较小,对直流的阻碍作用较小,这种线圈可以“通直流、阻交流”。
2.高频扼流圈:自感系数较小的线圈(约几个毫亨),对低频交变电流的阻碍作用较小,而对高频交变电流的阻碍作用很大,可以用来“通低频、阻高频”。
三、交变电流能够“通过”电容器.1.电流实际上并没有通过电容器的内部,也就是说,自由电荷定向移动,不会从一个极板经极板间的电介质到达另一个极板.2.电容器“通交流”,只不过是在交变电压的作用下,当电源电压升高时,电容器充电,电荷向电容器的极板上集聚,形成电流;当电源电压降低时,电容器放电,电荷从电容器的极板上放出,形成电流.电容器交替进行充电和放电,电路中就有了电流,表现为交流“通过”了电容器.四、容抗1.定义:电容器对交流的阻碍作用的大小,用容抗来表示.2.成因:电容器接入交流电路中后,极板上的电荷形成了二极板间的电压,这电压和电源电压相反,从而产生了对交变电流的阻碍作用,即形成了容抗.3.决定因素:交流电路中的容抗和交变电流的频率、电容器的电容成反比.容抗与交变电流的频率和电容的关系为X C = 1/2πfC,即交流电的频率越大,电容越大,容抗越小.五、电感和电容在电路中的作用1.电感的作用是: “通直流、阻交流”、“通低频、阻高频”.2.电容的作用是: “通交流、隔直流”、 “通高频、阻低频”.练习题1.一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接,如图所示.一块铁插进线圈之后,该灯将A.变亮 B.变暗 C.对灯没影响D.无法判断2.如图所示,接在交流电源上的电灯泡正常发光,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D.使交变电流频率减小,灯泡变暗 3.如图所示,把电阻R,电感线圈L,电容C并联,接到一个交流电源上,三个电流表示数相同,若保持电源电压大小不变,而将电源频率增大,则三个电流表示数I1、I2、I3的关系是A、I1=I2=I3B、I1>I2>I3C、I2>I1>I3D、I3>I1>I2 4. 对交流电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.交变电流定向移动的电荷通过电容器两板间的绝缘介质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)5.关于电感对交变电流的影响,下列说法中正确的是A.电感不能通直流电流,只能通交变电流B.电感对各种不同频率的交变电流的阻碍作用相同C.同一只电感线圈对频率低的交变电流的阻碍较小D.同一只电感线圈对频率高的交变电流的阻碍较小.6.交变电流通过一段长直导线时,电流为I,如果把这根长直导线绕成线圈,再接入原电路,通过线圈的电流为I′,则A.I′>I B.I′<I C.I′=I D.无法比较7.两个相同的灯泡L1和L2,分别与两个相同的电容器C1和C2连接,如图所示.图中甲电路两端加恒定电压U1,乙电路两端加最大值1.2U1的正弦交变电压U2,则此两灯的发光情况是A.L1灯比L2灯亮B.L1灯发光,L2灯不发光C.L1灯不发光,L2灯发光D.两灯亮度相同8.如图所示的交流电路中,如果电源电动势的最大值不变,交流电的频率增大时,可以观察到三盏电灯亮度的变化情况是A.L1、L2、L3亮度都不变B.L2变暗,L2不变、L3变亮C.L1变暗、L2变亮、L3不变D.L1变亮、L2变暗、L3不变9.下列关于低频扼流圈和高频扼流圈对交流电的阻碍作用的说法中,正确的有A.低频扼流圈对低频交流电有很大的阻碍作用,对高频交流电的阻碍作用就更大B.低频扼流圈对低频交流电有很大的阻碍作用,对高频交流电的阻碍作用就较小C.高频扼流圈对高频交流电有很大的阻碍作用,对低频交流电的阻碍作用就更大D.高频扼流圈对高频交流电有很大的阻碍作用,对低频交流电的阻碍作用就较小10.如图所示,某电子电路的输入端输入电流既有直流成分,又有交流低频成分和交流高频成分.若通过该电路只把交流的低频成分输送到下一级,那么关于该电路中各器件的作用,下列说法中正确的有A.L在此的功能为通直流,阻交流,叫高频扼流圈B.C1在此的功能为通交流,隔直流,叫隔直电容C.C2在此的功能为通高频、阻低频,叫做高频旁路电容D.上述说法都不对11.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12.如图所示为某电器中电路的一部分,当输入有直流成分、交流低频成分和交流高频成分的电流后,在其输出端得到可调大小的交流低频成分,那么有关各元器件的作用的说法中,正确的有A.C1为高频旁路电容器,交流高频成分被该电容器短路B.R为滑动变阻器,它的滑动片上下移动可以改变输出端电压的大小C.C2为隔直电容器,交流低频成分通过该电容输出D.C1的电容较大、C2的电容较小13.如图所示,开关S与直流恒定电源接通时,L1、L2两灯泡的亮度相同,若将S与交变电源接通A.L1和L2两灯泡亮度仍相同B.L1比L2更亮些C.L1比L2更暗些D.若交变电源电压的有效值与直流电压相同,两灯与原来一样亮14.如图所示,L1、L2为两个相同的灯泡,开关S接通恒定直流电源时,灯泡L1发光,L2不亮,后将S与有效值和直流电压相同的交变电源接通,这时A,L2比L1更亮些B.L2比L1更暗些C.L2仍然不亮D.L2可能和L1一样亮15.两只完全相同的灯泡L1和L2分别与相同的电感串联,组成如图所示的甲、乙两个相同的部分电路.现在甲电路两端加恒定电压U,L1灯发光;而在乙电路两端加最大电压为U的正弦交变电压,L2灯也发光.比较两灯的明暗程度,是L1灯的亮度________L2灯亮度.(填“大于”、“等于”、“小于”)16.如图所示电路,当在a、b两端加上直流电压时,L1正常发光,L2不亮;当a、b两端加上同样电压的交变电流时,L1发光亮度变暗,而L2正常发光.则A、B分别为_ _和__ 。
a b c d
ψ
O B t
t 2 t 4 E m 0 t 1 t 3 e t 4 2
0 0.01 -3 2 0.02 0.03 0.04 i/A 交变电流 电感电容对交变电流的作用
[学习目标]
1、理解交变电流的产生原理及变化规律;
2、理解描述交变电流几个物理量以及它们之间的关系;
3、理解电感、电容器对交变电流有阻碍作用的原因
[自主学习]
一、交变电流的产生 1、什么是中性面?
2、当线圈处于中性面时,穿过线圈的磁通量 ,感应电流为 ,而当线圈垂直于中性面时,穿过线圈的磁通量为 ,感应电流 。
3、线圈每转动一周,电流方向改变 次,电流方向改变时,线圈处于什么位置?我国日常生活中使用的交变电流一秒中电流方向改变 次。
二、交变电流的描述
1、写出正弦式交变电流电动势的最大值、瞬时值、有效值以及平均值表达式?
2、对于正弦式交变电流其有效值与最大值得关系是: ,是不是对一切交变电流都是如此?
3、在我们经常遇到的问题中,那些地方应用有效值?那些地方应用最大值?那些地方应用平均值?
三、电感、电容
1、试分析电感电容器对交变电流有阻碍作用的原因?感抗与容抗与那些因素有关?有什么关系?
2、扼流圈分为低频扼流圈和高频扼流圈:那低频扼流圈的作用是: ,高频扼流圈的作用是: 。
[典型例题]
例1:一矩形线圈,绕垂直匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴转动,线圈中的感应电动势e 随时间t 的变化如图所示,下列说法中正确的是: A 、t 1时刻通过线圈的磁通量为零; B 、t 2时刻通过线圈的磁通量的绝对值最大;
C 、t 3时刻通过线圈的磁通量变化率的绝对值最大;
D 、每当e 改变方向时,通过线圈的磁通量的绝对值都为最大
例2、如图表示一交变电流的电流随时间而变化的图象, 此交变电流的有效值:
A 、5 2 A
B 、5A
C 、3.5 2 A
D 、3.5A 例3:如图,矩形线圈面积为s ,匝数为N ,线圈电阻为r ,在磁
感强度为B 的匀强磁场中绕OO`轴以角速度ω匀速转动,外电路
t/S i/A 0 2 0.2 -2 0.4 0.6 t
T/2 T E m
0 -E m
e 10 i/A a
~ E 1
E 2 1 2 A
B C b c S 电阻为R 。
求:
⑴、写出线圈在转动中产生的电动势的最大值表达式;
⑵、如果线圈从图示位置开始计时,写出电动势的瞬时表达式; ⑶、当线圈由图示位置转过900的过程中,电阻R 上所产生的热量; ⑷、当线圈由图示位置转过900的过程中,通过电阻R 的电荷量。
[针对训练]
1、交流发电机在工作时电动势为e= E m sin ωt ,若将发电机的转速提高一倍,同时将电枢所围面积减少一半,其它条件不变,则电动势为( )
A 、e= E m sin (ωt/2)
B 、e= 2E m sin (ωt/2)
C 、e= E m sin2ωt
D 、e=
E m /2sin2ωt
2、一电热器接在10v 的电源上,产生的热功率为P ,把它改接到另一正弦交变电路中,要使产生的热功率为原来的一半,如果忽略电阻值随温度的变化,则该交变电流的电压的最大值为等于( )
A 、5v
B 、14v
C 、7.1v
D 、10v
3、如图是一个正弦交变电流的i —t 图象,根据这一图象,该交流电的瞬时值表达式为
A,它的有效值为 A 。
4、如图所示,A 、B 、C 为三个相同的灯泡,a 、b 、c 为与之串联的三个元件,E 1为直流电源,E 2为交流电源。
当开关S 接“1”时,A 、B 两灯均正常发光,C 灯不亮。
S 接
“2”时,A 灯仍正常发光,B 灯变暗,C 灯正常发光。
由此可知,a 元件应是 b 元件应是 c 元件应是 。
5、一个面积为S 的矩形线圈在匀强磁场中以某一边为轴做
匀速转动,磁场方向与轴垂直,线圈中感应电动势e 与时间t
的关系如图所示,则磁感应强度B= ,在t=T/12时刻 ,线圈平面与磁感线的夹角等于 。
ψ
a
b c
d
O` O R
B V ~U
V
A L
a
b c d t i t 1 t 2 t 3 t 4 0
6、如图所示,表示一交流电的电流随时间的变化图象, 其中电流正值为正弦曲线的正半周,则该交流电的 有效值为多少?
7、如图所示,一交流发电机的线圈在匀强磁场中 匀速转动,线圈匝数N=100,线圈电阻r=3Ω, ab=cd=0.5m ,bc=ad=0.4m ,磁感应强度B=0.5T , 电阻R=311Ω,当线圈以n=300r/min 的转速匀速转动时,求: ⑴、感应电动势的最大值;
⑵、t=0时刻,线圈在图示位置,写出此交变电流 电动势的瞬时值表达式; ⑶、此电压表的示数是多少?
[能力训练]
1、如图甲中所示,一矩形线圈abcd 在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动,线圈所围面积的磁通量Φ随时间t 变化的规律如图乙所示,下列论述正确的是( )
A 、t 1时刻线圈中感应电动势最大;
B 、t 2时刻导线ad 的速度方向 跟磁感线垂直;
C 、t 3时刻线圈平面与中性面重合;
D 、t 4 、t 5时刻线圈中感应
电流方向相同
2、已知交变电流i=I m sin ωt,线圈从中性面开始转动,转动了多长时间,其瞬时值等于有效值( )
A 、 2 π/ω
B 、π/ 2ω
C 、π/ 4ω
D 、π/ 2ω
3、如图,[ 形金属导轨水平放置,导轨上跨接一 金属棒ab ,与导轨构成闭合电路,并能在导轨上 自由滑动,在导轨左侧与ab 平行放置的导线cd 中。
通有如图所示的交变电流。
规定电流方向自c 向d 为正,则ab 棒受到向左的安培力的时间是( )
A 、0—t 1
B 、t 1—t 2
C 、t 2—t 3
D 、t 3—t 4
4、在如图所示电路图中,L 为电感线圈,R 为灯泡,电流表内阻为零,电压表内阻无穷大,交流电源的电压u=220 2 sin100πt V ,若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为100Hz ,下列说法正确的是( ) ψ
c
b
a d B
甲 t/S
Φ 0
Φm t 1 -Φm t 4 t 2 t 3 t 5 乙
~U
C
O
O`
t/10-2S
Φ/*10-2Wb 0
1.0 -1.0
3.14
1.57 ψ
a
b c
d
O` O R
B V 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
5、如图所示,接在交流电源上的电灯泡正常发光,以下说法正确的是( )
A 、把电介质插入电容器,灯泡变亮;
B 、增大电容器两板间的距离,灯泡变亮;
C 、减少电容器两板间的正对面积,灯泡变暗;
D 、使交变电流频率减小,灯泡变暗
6、如图所示,有一闭合的正方形线圈,匝数N=100,边长为10cm ,线圈总电阻为10Ω,线圈绕OO ’轴在B=0.5T 的匀强磁场中转动,每分钟转1500转,则线圈平面从图示位置转过30度时,感应电动势 的值是 V 。
7、一交流电压的瞬时值表达式为U=15 sin100πt ,将该交流电压加在一电阻上,产生的电功率为25W ,那么这个电阻的阻值 Ω。
8、有一交流电压的变化规律为U=311 sin314t ,若将辉光电压是220V 的氖管接上此交流电压,则在1s 内氖管发光的时间为多少?
9、一小型发电机内的矩形线圈在匀速磁场中以恒定的角速度 ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动,线圈匝数n=100,穿过每 匝的磁通量Φ随时间按正弦规律变化,如图所示,发电机内阻 r=5.0Ω,外电路电阻R=95Ω。
已知感应电动势的最大值 E m =n ωΦm 。
其中Φm 为穿过每匝线圈磁通量的最大值。
求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数?
10、如图所示,边长为a=10cm 的正方形线圈绕垂直于磁感线的 OO`轴以n=10r/s 的转速匀速转动,磁场的磁感应强度B=0.1T , 线圈的匝数N=100匝,电阻r=1Ω。
线圈两端分别接在两个固定 于OO`轴上且彼此绝缘的金属滑环上,外电路接有R=9Ω的电阻 ,并接有一只理想交流电压表。
求: ⑴、电压表的读数;
⑵、若从线圈通过中性面开始计时,转过900过程中,
通过电阻R 的电荷量;
⑶、在1min 内,作用在线圈上的外力所做的功是多少?
L a b
[学后反思]
答案
典型例题:例1、D 例2、B 例3、⑴ Em=NBS ω, ⑵ e=NBS ωcos ωt, ⑶ Q=πR ωN 2B 2S 2/[4( R+r)] , ⑷ q=NBS/R
针对训练:1 C, 2 D, 3 i=2sin5πt , 2 , 4 电阻、电感、电容器 ,5 E m T/2πs 、300 ,6 8.7A ,7 ⑴ 314v 、⑵ e=314sin10πt 、⑶ 220v
能力训练:1、BC 2、C 3、AC 4、BC 5、ACD 6、39.3 7、4.5 8、0.5s 9、1.4A 10、 ⑴、4.0v ⑵、4.0v ⑶、120J。