5.3 电感和电容对交变电流的影响 习题
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第一节 交变电流1.线圈在匀强磁场中匀速转动而产生交变电流,则( )A .当线圈位于中性面时,感应电动势为零B .当线圈位于中性面时,感应电流方向将改变C .当穿过线圈磁通量为零时,线圈中感应电流也为零D .当线圈转过一周时,感应电动势方向改变一次2.如图5-10所示,一个单匝矩形线圈abcd ,已知ab 边长为l 1,ad 边长为l 2,在磁感应强度为B 磁场中绕OO ′轴以角速度ω (从图中所示位置开始)匀速转动,则线圈两个输出端感应电动势为( )A .B .t l Bl ωωcos 21C .t l Bl ωωsin 21D .3.有一台交流发电机,其产生电动势e =10sin 2314t V 。
当发电机转速增加为原来2倍,其他条件不变时,则其电动势瞬时表达式为( )A .e =10sin 2314t VB .e =20sin 2628t VC .e =10sin 2628t VD .e =20sin 2314t V4.线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向轴匀速转动,在t =0时感应电动势为零,在t =0.3s 时,感应电动势达到最大值为6V 。
已知线圈转动周期大于0.3s ,则t =0.4s 时,感应电动势可能值为( )A .0VB .6VC .3VD .33V5.一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内固定轴转动,线圈中感应电动势e 随时间t 变化规律如图5-11所示,下列说法正确是( )A .t 1时刻通过线圈磁通量为零B .t 2时刻通过线圈磁通量绝对值最大C .t 3时刻通过线圈磁通量变化率绝对值最大D .每当e 变化方向时,通过线圈磁通量绝对值都为最大6.矩形线圈在匀强磁场中匀速转动,从中性面开始转动180°角过程中,平均感应电动势和最大感应电动势比值为( )A .π/2B .2/πC .2πD .π7.矩形线圈匝数为50匝,在匀强磁场中绕垂直于磁场轴匀速转动时,穿过线圈磁通量随时间变化规律如图5-12所示,则下列结论正确是( )A .在t =0.1s 和t =0.3s 时电动势最大B .在t =0.2s 和t =0.4s 时电动势改变方向C .电动势最大值是157VD .在t =0.4s 时磁通量变化率最大,其值为3.14Wb/s8.如图5-13矩形线圈有n 匝,转动时穿过线圈磁通量最大值为Φm 。
电感和电容对交变电流的影响知识元电感和电容对交变电流的影响知识讲解1、电感器对交变电流的阻碍作用(1)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:①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②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、电容器对交变电流的阻碍作用(1)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.疑难分析1、为什么电感器对交变电流有阻碍作用?将交变电流通入电感线圈,由于线圈中的电流大小和方向都时刻变化,根据电磁感应原理,电感线圈中必产生自感电动势,以阻碍电流的变化,因此交流电路的电感线圈对交变电流有阻碍作用.2、为什么电容器对交变电流有阻碍作用?当电源电压推动电路中形成电流的自由电荷向某一方向做定向移动的时候,电容器两极板上积累的电荷要反抗自由电荷向这个方向做定向移动,因此交流电路的电容对交变电流有阻碍作用.3、电阻、电感器、电容器对交变电流阻碍作用的区别与联系电阻电感器电容器产生的原因定向移动的自由电荷与不动的离子间的碰撞由于电感线圈的自感现象阻碍电流的变化电容器两极板上积累的电荷对向这个方向定向移动的电荷的反抗作用在电路中的特点对直流、交流均有阻碍作用只对变化的电流如交流有阻碍作用不能通直流,只能通变化的电流.对直流的阻碍作用无限大,对交流的阻碍作用随频率的降低而增大决定因素由导体本身(长短、粗细、材料)决定,由导体本身的自感系数和交流的由电容的大小和交流的频率决定例题精讲电感和电容对交变电流的影响例1.如图所示的电路,一灯泡和一可变电容器串联,下列说法正确的是()A .a 、b 端接稳恒直流电,灯泡发亮B .a 、b 端接交变电流,灯泡发亮C .a 、b 端接交变电流,灯泡发亮,且将电容器电容增大时,灯泡亮度增大D .a 、b 端接交变电流,灯泡发亮,在不改变交变电流有效值的情况下增大其频率,灯泡亮度增大例2.如图所示是研究自感现象的实验电路,A 、B 为两个完全相同的灯泡,定值电阻的阻值为R ,线圈L 的自感系数很大,直流电阻也为R .关于这个实验,下列说法中正确的是()A .闭合S 的瞬间,B 比A 先亮,电路稳定后A 和B 一样亮B .闭合S 电路稳定后再断开,A 逐渐变暗,B 闪亮一下然后逐渐变暗C .闭合S 电路稳定后再断开瞬间,B 灯中的电流方向从右向左D .闭合S 电路稳定后再断开瞬间,a 点的电势高于b 点的电势例3.如图所示的电路中,ab间接上某一交流电源,L1与线圈串联,L2与定值电阻串联,L3与电容器串联。
一.单项选择填空(10分)( )1. -_____do you get up?-At 6:00.A. henB. hereC. hat( )2.I usually go to school ___8:00. A. on B. in C. at( )3.I eat dinner at 7:00 ____the evening. A. at B. in C. on ( )4. I _____ play football. Sometimes I go hiking.A. sometimesB. oftenC. usually( )5. I eat dinner at 7:00 _______A. in the eveningB. at noonC. in the morning( )6. hat do you do ___ the weekend?A. atB. forC. on( )7. Can you tell ____ about your day?A. IB. meC. my( )8. _______. Can I ask you some questions?A. SorryB. HelloC. Excuse me( )9. hat ____ you _____? –I’m a teacher.A. are; doB. are, beC. do; do( )10. –I often go hiking. Sometimes I play football. - _______A. That’s fun.B. .C. hy?二、用所给单词的适当形式填空 (10分)1. I often go ______(hike) with my father.2. Can you go ______(shop) with me?3. Every weekend I ______(climb) mountains.4. I can _____ (clean) the classroom.5. This is _____(ike) timetable.三、连词组句 (10分)1. eat you do hen dinner?__________________________________2. at noon. get I at 12:00 up usually3. do you hat do weekend? on the____________________________________4. often football. I play________________________________5.my visit Sometimes I grandparents.________________________________四.补全单词并写出中文意思。
2019-2021北京高中物理期末汇编:电感和电容对交变电流的导通和阻碍作用选择题一、单选题1.(2020·北京·清华附中高二期末)如图所示,在电路两端接上交变电流,保持电压不变,使频率增大,发现各灯的亮暗变化情况是∶灯1变暗、灯2变亮、灯3不变,则M、N、L处所接元件可能是()A.M为电阻,N为电容器,L为电感器B.M为电阻,N为电感器,L为电容器C.M为电感器,N为电容器,L为电阻D.M为电容器,N为电感器,L为电阻2.(2020·北京·中央民族大学附属中学高二期末)如图所示,把电阻R、电感线圈L、电容器C分别串联一个灯泡后并联在电路中。
接入交流电源后,三盏灯亮度相同。
若保持交流电源的电压不变,使交变电流的频率减小,则下列判断正确的是()A.灯泡L1将变暗B.灯泡L2将变暗C.灯泡L3将变暗D.灯泡亮度都不变3.(2020·北京·中央民族大学附属中学高二期末)如图所示,A1和A2是两个规格完全相同的灯泡,A1与自感线圈L串联后接到电路中,A2与可变电阻串联后接到电路中。
先闭合开关S,缓慢调节电阻R,使两个灯泡的亮度相同,再调节电阻R1,使两个灯泡都正常发光,然后断开开关S。
对于这个电路,下列说法中正确的是()A.再闭合开关S时,A1先亮,A2后亮B.再闭合开关S时,A1和A2同时亮C.再闭合开关S,待电路稳定后,重新断开开关S,A2先亮一下,过一会儿熄灭D.再闭合开关S,待电路稳定后,重新断开开关S,A1和A2都要过一会才熄灭4.(2020·北京市第二中学朝阳学校高二期末)为研究电阻、电容和电感对交变电流的影响,李老师设计了一个演示实验,装置如图所示.两个电路接在完全相同的交流电源上.a、b、c、d、e、f为6只完全相同的小灯泡,a、b 各串联一个电阻,c、d各串联一个电容器,e、f各串联一个相同铁芯匝数不同的线圈.电阻、电容、线圈匝数的值如图所示.老师进行演示时,接上交流电源,进行正确的操作.下列对实验现象的描述及分析正确的是A.a、b灯相比,a灯更亮,说明串联电阻不同,对交流电的阻碍作用不同B.c、d灯均不发光,说明电容器对交流电产生阻隔作用C.c、d灯均能发光,但c灯更亮,说明电容越大,对交流电的阻碍作用越小D.e、f灯均能发光,但f灯更亮,说明自感系数越大,对交流电的阻碍作用越小5.(2019·北京·和平街第一中学高二期末)如图是教材中演示通电自感现象的电路图,L为电感线圈。
高二物理电感电容对交流电的影响试题答案及解析1.某电源输出的电流中既有交流又有直流成分,如果需要在R上得到直流成分,应在如图所示电路中的A、B两处连接合适的元件.合理的连接方式是()A.A、B处均接电感线圈B.A、B处均接电容器C.A处接电感线圈,B处接电容器D.A处接电容器,B处接电感线圈【答案】C【解析】由电路图可知,电感线圈能通直流,阻挡住高频交流电,使低频交流电通过电阻R;电容器能使高频交流电通过,直流电不能通过;而题中需要在R上得到直流成分,应在A处接电感,B处接电容,从而使直流通过R,符合要求,故C正确;【考点】考查了电感电容对交流电的阻碍作用2.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,可以采用如图所示电路,则a处应放置(填“A或B”),b处应放置(填“C或D”)。
(分别填入下列用电器前方的字母:A.电容较小的电容器B.电容较大的电容器C.低频扼流圈D.高频扼流圈)【答案】A;D【解析】根据交流电路中电容的通高频阻低频和电感线圈的通低频阻高频作用可知,元件a要让高频信号通过,阻止低频信号通过,故元件a是电容较小的电容器,故选A;元件b要让低频信号通过,阻止高频信号通过,故元件b是高频扼流圈,故选D。
【考点】感抗和容抗。
3.在如图所示的电路中,a、b、c为三盏完全相同的灯泡, L是一个自感系数很大、直流电阻为零的自感线圈,E为电源,S为开关.关于三盏灯泡,下列说法正确的是A.合上开关, c先亮,a、b后亮B.合上开关一会后, a、b一样亮C.断开开关, b、c同时熄灭,a缓慢熄灭D.断开开关,c马上熄灭, b闪一下后和a一起缓慢熄灭【答案】B【解析】合上开关,自感线圈相当于一个很大的电阻,b灯先亮,a灯后亮,A错;电路稳定后,线圈相当于一个定值电阻,a、b灯一样亮;开关断开,c灯马上熄灭,此时线圈相当于一个电容器放电,a、b灯构成一个串联电路,缓慢熄灭,D错。
3电感和电容对交流电的影响第三节电感和电容对交流电的影响★预习引导1. 决定感抗⼤⼩的因素有哪些?2. 交变电流“通过”电容器的实质是什么?3. 决定容抗⼤⼩的因素有哪些?★读书⾃检1.电感对交变电流的阻碍作⽤(1)感抗:表⽰电感对____作⽤的⼤⼩;(2)线圈的____越⼤,交变电流的____越⾼,线圈的阻碍作⽤越⼤,感抗也越⼤.即:“通_____流,阻____流;通____频,阻____频”.2.低频扼流圈的⾃感系数很⼤,它有_______________的作⽤;⾼频扼流圈的⾃感系数较⼩,它有_______________的作⽤.3.电容器对交变电流的阻碍作⽤(1)容抗:表⽰电容对交变电流__作⽤的⼤⼩;(2)_____越⼤,交变电流的__越⾼,电容器的阻碍作⽤越⼩,容抗也越⼩,即:“通____流,阻_____流;通____频,阻____频”.★要点精析1. 电感对交变电流的阻碍作⽤.电感是由导线绕制成的线圈.由于电感线圈中通过交流电时,产⽣⾃感电动势,阻碍电流的变化,对交变电流有阻碍作⽤.描述电感对交变电流阻碍作⽤的⼤⼩的物理量叫感抗.感抗的⼤⼩跟以下因素有关:线圈的⾃感系数 L,交变电流的频率f. 线圈的⾃感系数L越⼤,交变电流的频率f越⾼,阻碍作⽤越⼤,感抗就越⼤.因此电感有“通直流,阻交流”、“通低频,阻⾼频”的特性.交变电流与恒定电流通过线圈时,受到的阻碍作⽤不同.交变电流通过线圈时,除受电阻的阻碍作⽤外,更⼤的阻碍作⽤是线圈的感抗,线圈的⾃感系数越⼤,交流的频率越⾼,则阻碍电流变化的⾃感电动势越⼤,感抗也就越⼤.⽽恒定电流⼤⼩、⽅向都不变,感抗为零,只有电阻起阻碍作⽤.在实际应⽤中,电感线圈起着“阻交流、通直流”或“阻⾼频、通低频”的作⽤.2.交变电流能够通过电容器.交变电流通过电容器是由于对电容器不断地充电过程与放电过程来实现的;电荷并没有通过电容器.由于电容器两极板上积累的电荷反抗电路中⾃由电荷做定向移动,对交流电有阻碍作⽤.描述电容对交变电流阻碍作⽤的⼤⼩的物理量叫容抗.交流电是怎样“通过”电容器: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;当电源电压降低时,电容器放电,原来极板上聚集的电荷⼜放出,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.3. 电容器对交变电流的阻碍作⽤容抗的⼤⼩跟以下因素有关:电容器的电容C,交变电流的频率f. 电容器的电容C 越⼤,交变电流的频率f越⾼,电容器对交流的阻碍作⽤越⼩,容抗就越⼩,因此电容器在电路中有“通交流,隔直流”、“通⾼频、阻低频”的特性.电容器对交变电流的阻碍作⽤是怎样形成的?我们知道,恒定电流不能通过电容器,原因是电容器的两个极板被绝缘介质隔开了.当接到交流电源上时,电源使导线中⾃由电荷向某⼀⽅向定向移动,对电容器进⾏“充放电”,电容器两极板在此过程中由于电荷积累(或减少)⽽产⽣电动势,因⽽反抗电荷的继续运动,就形成了电容对交变电流的阻碍作⽤.电容器的电容越⼤,交流的频率越⾼,容抗就越⼩,因此电容具有“通交流、隔直流,通⾼频、阻低频”的作⽤.4.导体电阻对电流的阻碍作⽤,来⾃于定向运动的⾃由电荷与固定的⾦属正离⼦的碰撞.在纯电阻电路中,电流的最⼤值、有效值、瞬时值均可根据欧姆定律来求得.同⼀电阻对直流电和交流电的阻碍作⽤相同,且对交流电的阻碍作⽤与交流电的频率⽆关,⽽电感和电容对交流电和直流电有完全不同的作⽤,且它们对交流电的阻碍作⽤⼤⼩还与交流电的频率有关.5.电阻、容抗、感抗的区别★应⽤演练【例1】有⼀电阻极⼩的导线烧制⽽成的线圈接在交变电源上,如果电源电压的峰值保持⼀定,下⾯哪种情况下,通过线圈的电流最⼩ ( )A. 所加电源的频率为50HzB .所加电源的频率为100HzC .所加电源的频率为50Hz ,减少线圈的匝数D .在线圈中加⼊铁芯,所加电源的频率为100Hz[解析] 线圈的⾃感系数L 越⼤,交变电流的频率f 越⾼,阻碍作⽤越⼤,感抗就越⼤.⾃感系数L ⼜由线圈的匝数、线圈内是否存在铁芯有关.线圈的匝数多,有铁芯,⾃感系数L 越⼤.由此可以判定的选项是D .[答案] D〖点评〗应⽤电磁感应知识分析可起到复习重点,且明⽩知识的来龙去脉.【例2】有两个电容器的电容分别为C 1=5µF 和C 2=3µF ,分别加在峰值⼀定的交变电源上,在下列各种情况下,哪⼀种情况下通过电容器的电流最⼤( ).A .在C 1上所加交变电流的频率为50赫兹B .在C 2上所加交变电流的频率为50赫兹C .在C 1上所加交变电流的频率为60赫兹D .在C 2上所加交变电流的频率为60赫兹解析:电容器对电流的阻碍作⽤的⼤⼩,即为容抗.容抗的⼤⼩是由电容器C 和交变电流的频率共同决定的.交变电流的频率越⾼,电容器的电容越⼤,电容器的容抗就越⼩,电流就越⼤.因此要使通过电容器的电流最⼤则必须频率最⼤,电容最⼤.[答案] C【例3】交变电流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,再接⼊电路,通过线圈的电流强度为I′,则( ).A .I′>IB .I′C .I′=ID .⽆法⽐较解析:当把这长直导线绕成线圈,再接⼊交流电路中,因为电流变化,所以,线圈具有感抗作⽤,阻碍电流的变化,因⽽通过线圈的电流I′要变⼩.〖点评〗电阻对交流有阻碍作⽤, 电感对交变电流也有阻碍作⽤.【例4】在右图所⽰电路中,L 为电感线圈,R 为灯泡,电流表内阻为零,电压表内阻⽆限⼤,交流电源的电压u=2202sinl00πt(V).若保持电压的有效值不变,只将电源频率改为100Hz ,下列说法正确的有( ).A .电流表⽰数增⼤B .电压表⽰数增⼤C .灯光变暗D .灯泡变亮解析由u=2202sinl00πt ,可得电源原来的频率为 f=πω2=ππ2100Hz=50Hz .当电源频率由原来的50Hz 增为100Hz 时,线圈的感抗增⼤;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R 是⼀定的,电流减⼩时,实际消耗的电功率(P=I 2R)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 ,故电流I 减⼩时,U R 减⼩.因电源电压有效值保持不变.故U L =(U-U R )增⼤,选项B 正确.[答案] B 、C【例5】如图所⽰,从ab 端输⼊的交流含有⾼频与低频成分,为了使R 上尽可能少的含有⾼频成分,采⽤图⽰电路,其中L 的作⽤是_____________________,C 的作⽤是______________.解析:因为L 有“通低频、阻⾼频”的特点,因此L 的作⽤是阻挡⾼频成分;⽽通过L 后还有少量的⾼频成分,利⽤C “通⾼频、阻低频”的特点,使绝⼤部分⾼频成分从C 流过.因此C 在此叫做⾼频旁路电容.【例6】如图所⽰交流电源的电压有效值跟直流电的电压相等,当将双⼑双掷开关接到直流电源上时,灯泡的实际功率为P 1,⽽将双⼑双掷开关接在交流电源上时,灯泡的实际功率为 P 2,则( ).A .P 1=P 2B .P l >P 2C .P lD .不能⽐较解析:接在直流电源上,线圈对直流没有阻碍作⽤,电能全部转化为⼩灯泡的内能.⽽当双⼑双掷开关接在交流电源上时,线圈对电流有阻碍作⽤,因此电能除转化成灯泡的内能外,还有⼀部分电能在与磁场能往复转化.因此P 1>P 2,故B 正确.[答案] B★同步练习1. 关于电感对交变电流的影响,下述说法中正确的是( ).C~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 .同⼀个电感线圈对频率低的交变电流的阻碍⼩D .同⼀个电感线圈对频率⾼的交变电流的阻碍较⼩2. 对电容器能通交变电流的原因,下列说法中正确的是( ).BDA .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3. ⼀电灯和⼀电感线圈串联,⽤交流电供电,若提⾼交流电的频率,则( ).DA .电感器电感增加B .电感器电感减⼩C .电灯变亮D .灯变暗4. 如右图所⽰电路,⽤交流电供电,C 为电容器,当交流电频率增加时,则( ).DA .电容器电容增加B .电容器电容减⼩C .电灯变暗D .电灯变亮5. 如右图,所⽰电路由交变电源供电,如果交变电流的频率降低,则 ( ) BCA .线圈⾃感系数变⼩B .线圈感抗变⼩C .电路中电流增⼤D .电路中电流变⼩6.如右图所⽰,平⾏板电容器与灯泡串联,接在交流电源上灯泡正常发光,则( ).A .把电介质插⼊电容器,灯泡⼀定变亮B .把电容器两极板间距离增⼤,灯泡⼀定变亮C .把电容器两极板间距离增⼤,灯泡⼀定变暗D .使交流电频率增⼤,灯泡变暗解析:在电容器中插⼊电介质,电容器C 增⼤,容抗减⼩,电流增⼤,电灯变亮;同理,当频率增加时,容抗减⼩,电灯也变亮,⽽ B 、C 两种做法中,将使电容量C 减⼩,容抗增加,电灯将变暗. 故选项A 、C 正确.B 组1. 如图所⽰,开关S 与直流恒定电源接通时,L 1、L 2两灯泡的亮度相同.若将S 与交变电源接通 ( ) B A .L 1和L 2两灯泡亮度仍相同 B .L 1⽐L 2更亮些 C L 1C .L 1⽐L 2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2. 如图所⽰电路,L 1、L 2为两个相同的灯泡,开关S 接通恒定直流电源时,灯泡L 1发光,L 2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 ( ) D A .L 2⽐L l 更亮些 B .L 2⽐L 1更暗些C .L 2仍然不亮D .L 2可能和L 1⼀样亮3. 关于对感抗的理解,下列说法正确的有( ) AA .感抗是由于电流变化时线圈产⽣了⾃感电动势⽽对电流的变化产⽣的阻碍作⽤B .感抗仅与电源频率有关,与线圈⾃感系数⽆关C .电感产⽣感抗对交变电流有阻碍作⽤,但不会因此消耗电能D .感抗和电阻等效,对任何交变电流都是⼀个确定的值4. 如图所⽰电路,⼀电感线圈和⼀个“220 V 40 W ”的灯泡串联,电路两端接在220 V 的交变电路中.如果将电感线圈的铁芯抽去,则灯泡的发光情况是________________.(变亮)5.如图所⽰电路,⼀电容器和⼀个灯泡串联,接在交变电路中,灯泡恰能正常发光.若将电容器两板间距离增⼤些,则灯泡的发光情况是____.(变暗)~1L C。
第三节电感和电容对交变电流的影响白景曦(西北师范大学第一附属中学甘肃兰州 730070)摘要在直流电路中,影响电流跟电压关系的因素只有电阻。
在交流电路中,影响电流跟电压关系的因素除了电阻外,还有电感和电容。
电感和电容对交变电流的阻碍规律概括.................为:电感,通直流,阻交流;通低频,阻高频。
电容,通交流,隔直流;通高频,阻低......................................频。
..关键词:电感感抗电容容抗引言如图所示,电路中的电流与电压的关系与哪些因素有关?分析:根据闭合电路欧姆定律,电路中电流与电压的关系只与电路中的总电阻有关。
如果把电源换成交变电源,电阻换成线圈或电容,电流和电压的关系又与哪些因素有关呢?本节课我们通过实验来研究这个问题。
课题:电感和电容对交变电流的影响新课教学:实验:看录像,电感对交变电流有阻碍作用。
电路图:线圈和灯泡串联现象:直流,灯泡亮;交流,灯泡暗。
结论:电感对交变电流有阻碍作用。
一、电感对交变电流的阻碍作用提出问题:电感对交变电流的阻碍作用与哪些因素有关呢?猜想:与线圈的自感系数和交变电流的频率有关。
分析:因为交变电流通过电感,由于自感会产生阻碍电流变化的自感电动势,自感电动势I E L t ∆=∆,L 越大,自感电动势越大,阻碍作用越大;I t∆∆越大,自感电动势越大,阻碍作用越大,所以电感对交变电流的阻碍作用,可能与线圈的自感系数和交变电流的频率有关。
实验设计:探究影响感抗的因素。
改变线圈的自感系数,拔出铁芯,插入铁芯,观察灯泡的亮度变化;改变交变电流的频率,观察灯泡的亮度变化。
现象:线圈的自感系数越大,阻碍作用越大;交变电流的频率越高,阻碍作用也越大。
结论:线圈的自感系数越大,交变电流的频率越高,线圈对交变电流的阻碍作用越大。
1.感抗:描述线圈对交变电流的阻碍作用大小的物理量。
理论研究发现,2L Z fL π=2.应用:提出问题:如果要将直流信号与低频交流信号分开,需要设计什么样的线圈和电路?如果要将低频信号与高频信号分开,需要设计什么样的线圈和电路呢?(1)低频扼流圈设计,自感系数很大,几十亨,匝数多,几千甚至超过一万匝,有闭合铁芯;(2)高频扼流圈设计,自感系数较小,几十毫亨,匝数少,几百匝,无铁芯或铁芯为铁氧体。
1 5.3 电感和电容对交变电流的影响 习题 【教学目标】 1.知道为什么电感对交变电流有阻碍作用. 2.知道用感抗来表示电感对交变电流阻碍作用的大小,知道感抗与哪些因素有关. 3.知道交变电流能通过电容,知道为什么电容器对交变电流有阻碍作用. 4.知道用容抗来表示电容对交变电流阻碍作用的大小,知道容抗与哪些因素有关. 重点:电感和电容对交变电流的影响 难点:电感和电容对交变电流的影响 【自主预习】 一、感抗 1.定义: 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 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 的变化,故线圈对交变电流有阻碍作用,这就是感抗. 3.决定因素: 研究可得出线圈的感抗XL与它的自感系数L及交变电流的频率f间有如下的关系: XL=2πfL 二、低频扼流圈和高频扼流圈 1.低频扼流圈:自感系数 的线圈(约几十亨),线圈电阻较 ,对直流的阻碍作用较小,这种线圈可以“通 ,阻 ”。 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 而对高频交变电流的阻碍作用很 ,可以用来“通 ,阻 ”。 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 ,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 ,电荷向电容器的极板上集聚,形成 ;当电源电压降低时,电容器 ,电荷从电容器的极板上放出,形成 .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: 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XC = 1/2πfC,即交流电的频率越大,电容越 ,电容器对交变电流的阻碍作用越小,容抗越 . 五、电感和电容在电路中的作用 1.电感的作用是:“通 、阻 、通 、阻 ”. 2.电容的作用是:“通 、 直流、通 、阻 ”. 【典型例题】 一、电感对交变电流的影响 2
【例1】 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′C.I′=I D.无法比较
【例2】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
二、交变电流“通过”电容器 【例3】 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)
三、电容对交变电流的影响 【例4】 如图1所示,某输电线路横穿公路时,要在地下埋线通过.为了保护输电线不至于被压坏,可预先铺设结实的过路钢管,再让输电线从钢管中穿过.电线穿管的方案有两种,甲方案是铺设两根钢管,两条输电线分别从两根钢管中穿过,乙方案是只铺设一根钢管,两条输电线都从这一根钢管中穿过,如果输电导线输送的电流很强大,那么,以下说法正确的是( )
A.无论输送的电流是恒定电流还是交变电流.甲、乙两方案都是可行的 B.若输送的电流是恒定电流,甲、乙两方案都是可行的 C.若输送的电流是交变电流,乙方案是可行的,甲方案是不可行的 D.若输送的电流是交变电流,甲方案是可行的,乙方案是不可行的 思维步步高 恒定电流和交变电流的区别是什么?钢管与电流间形成什么电器元件?怎样才能消除影响? .
四、电容、电感在电路中的综合应用 【例5】 如图3所示,从AO输入的信号中,有直流电和交流电两种成分.(1)现在要求信号到达BO两端只有交流电,没有直流电,需要在AB端接一个什么元件?该元件的作用是什么? (2)若要求信号到达BO端只有直流电而没有交流电,则应在AB端接入一个什么元件?该元件的作用是什么? 3
【课后练习】 1. 如图4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
2.如图5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=I3 B、I1>I2>I3 C、I2>I1>I3 D、I3>I1>I2
3.如图5-3-6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(L的直流电阻不为零)( ) 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
4.如图5-3-7所示电路中,U为220 V交流电源,C为电容器,R是电阻,这一交流电路电压有效值关系是U2=U2R+U2C.关于交流电压表的示数,下列说法正确的是( ) A.等于220 V B.大于220 V C.小于220 V D.等于零
5.如图5-3-8所示,交流电源的电压为220 V,频率f=50 Hz,三只灯L1、L2、L3的亮度相同,线圈L无直流电阻,若将交流电源的频率变为f=100 Hz,则( ) A.L1灯比原来亮 B.L2灯比原来亮 C.L3灯和原来一样亮 D.L3灯比原来亮 6.如图5所示,L1、L2和L3是相同型号的白炽灯,L1与电容器C串联,L2与带铁芯的线圈L串联,L3与一个定值电阻R串联.当a、b间接电压有效值为U、频率为f的正弦交流电源时,三只灯泡的亮度相同.现将a、b间接另一正弦交流电源时,发现灯泡L1变亮、L2变暗、L3亮度不变.由此可知,另一正弦交流电源可能是( ) A.电压有效值仍为U,而频率大于f B.电压有效值大于U,而频率大于f C.电压有效值仍为U,而频率小于f D.电压有效值小于U,而频率大于f 4
7.如图6所示交流电源的电压有效值跟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,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,灯泡的实际功率为P2,则( ) A.P1=P2 B.P1>P2 C.P1
8.如图8所示,白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端,当交变电源的频率减小时( ) A.电容器电容增加 B.电容器电容减小 C.电灯变暗 D.电灯变亮
9.如图9所示,两位同学利用图示装置做实验,第一位同学使ab在导轨上匀速运动,第二位同学使ab在导轨上做变速运动,但两位同学对ab杆做的功一样多,第一位同学的方法使小灯泡消耗电能为W1,第二位同学的方法使小灯泡消耗的电能为W2,它们相比较( ) A.W1=W2 B.W1>W2 C.W1
10.某信号源中有直流成分、交流高频成分和交流低频成分,为使放大器仅得到交流低频成分,下图所示电路中可行的是( )
11.在图5-3-12电路中,L为电感线圈,R为灯泡的电阻,电流表和电压表均为理想电表,交流电源的电压u=2202sin100πt V,若保持其有效值不变,只将电源频率改为100 Hz,下列说法正确的有( ) 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
12.如图5-3-16所示的电路中,当a、b端加直流电压时,L1灯发光,L2灯不亮,当加同样电压的交流电源时,L1发光但较暗,L2灯发光较亮,则以下各项正确的是( ) A.A中接的是电感线圈,B中接的是电容器 B.A中接的是电容器,B中接的是电感线圈 C.A中是电阻,B中接的是电容器 D.若加的交流电频率增大,电压不变,则L1灯变得更暗,L2
灯变得更亮 5
答案: 例1.解析 长直导线的自感系数很小,感抗可忽略不计,其对交变电流的阻碍作用可以看作是纯电阻,流经它的交变电流只受到导线电阻的阻碍作用.当导线绕成线圈后,电阻值未变,但自感系数增大,对交变电流不但有电阻,而且有感抗,阻碍作用增大,电流减小. 答案 B 例2.解析 线圈和灯泡是串联的,当铁插进线圈后,电感线圈的自感系数增大,所以电感器对交变电流阻碍作用增大,因此电路中的电流变小,则灯变暗。 答案B
例3. 解析 电流能“通过”电容器,并非电荷真的通过电容器两板间的电介质,而是交变电流交替对电容器充放电,电容器中并未有电荷通过,电路中有了电流,表现为交变电流通过了电容器. 答案 CD 例4.答案 BC
解析 恒定电流对于一根还是两根钢管毫无影响,但交变电流通过的导线和钢管之间形成电
容器,对交变电流有阻碍作用,而两根线从一根钢管中穿过,并且任一时刻电流的方向都等大反向,产生的影响抵消 例5. 答案 根据电容和电感对直流电和交流电的作用原理进行分析. (1)因为BO端不需要直流电,只需要交流电.故根据电容C有“通交流,隔直流”作用,应在AB端接入一个电容器C,该电容器对直流电有阻碍作用,能通过交流电. (2)因为BO端不需要交流电,只需要直流电.故根据电感L有“通直流,阻交流”的作用,应在AB端接入一个电感线圈,该线圈对交流电有阻碍作用,能通过直流电. 课后练习 1. 【解析】把电介质插入电容器,电容增大,电容器对交变电流阻碍作用变小,所以灯泡变亮,故A正确。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。减小电容器两极板间的正对面积,电容变小灯泡变暗正确,故C正确。交变电流频率减小,电容器对交变电流阻碍作用增大,灯泡变暗,故D正确。 【答案】ACD 2. 【解析】交流电频率增大,电阻R对电流的阻碍作用不变所以A1表读数不变。频率增大,电感线圈对交变电流阻碍作用增大,对电流的阻碍作用变大,所以电流变小,A2表读数变小。频率增大,电容器对交变电流阻碍作用变小,对电流的阻碍作用变小,所以电流变大,A3表读数变大故答案为D。 3. 答案 CD 解析 由于线圈直流电阻不为零,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,因为导线的一般直流电阻都很小,所以通过线圈的直流要比通过R的要大,D正确.