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第3章第3节交流电路中的电容和电感

上传时间: 2014-08-16

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第3章

新知预习·巧设计

名师课堂

·一点通

要点一

要点二

第3节

创新演练

·大冲关

随堂检测归纳小结

课下作业综合提升

要点三

1．通过实验了解电感对交变电流的阻

碍作用，知道感抗与哪些因素有关。

2．通过实验了解电容对交变电流的阻碍

作用，知道容抗与哪些因素有关。

3．掌握感抗、容抗对交流阻碍作用的

区别。

[读教材·填要点]

一、电容、电感对直流和交流的影响

1．电阻器

对直流和交流的影响是的。

2．电容器

不能让通过却能让通过，但对交流有一定的阻碍作用。

3．电感器

既能让直流通过也能让通过，但对交流有一定的阻碍作用。

相同

直流

交流

二、容抗、感抗及其应用

1．容抗、感抗的比较

阻碍作用

频率

自感系数

直流

低频

交流

高频

2．电容器、电感器的分类

按对交变电流的作用电容分为隔直电容器、；扼流圈分为低频扼流圈、

扼流圈。

高频旁路电容器

高频

[试身手·夯基础]

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′＜I

C．I′＝I D．无法比较

解析：长直导线的自感系数很小，其对交变电流的阻碍作用可以看做是纯电阻，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，对交变电流的阻碍作用不但有电阻，而且有线圈的阻碍作用(感抗)。阻碍作用增大，电流减小。答案为B。

答案：B

2．如图3－3－1所示，闭合开关灯泡________，在交流电

有效值不变的条件下，要使灯泡亮度增加，可采取的措施_____________________、____________________。

答案：亮　使交流电频率增加　增大电容器的电容

图3－3－1

3. 如图3－3－2所示是电视机电源部分的

滤波装置，当输入端输入含有直流成

分、交流低频成分的电流后，能在输

出端得到较稳定的直流电，试分析其

工作原理及各电容和电感的作用。

图3－3－2

解析：当含有多种成分的电流输入到C1两端时，由于C1具有“通交流、隔直流”的功能，电流中的交流成分被衰减；而线圈L有“通直流、阻交流”的功能，直流成分电流顺利通过L，一小部分交流通过L；到达C2两端时，由于C2具有“通交流、隔直流”的功能，C2进一步滤除电流中残余的交流成分，这样在输出端得到较稳定的直流电。

答案：见解析

1．交变电流“通过”电容器的本质

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。电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，好像是交流电“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。

[名师点睛]

当电容器与直流电源的两极相连接时，接通的瞬间因电容器充电产生瞬时电流。充电完毕后，电容器两极板间电压与电源两极间电压相等，电路中没有电流，但是当电容器与交流电源相连时，由于交流电压不断变化，所以对电容器不断充电、放电，形成充、放电电流。

图3－3－3

1．如图3－3－3所示，白炽灯和电

容器串联后接在交变电源的两端，当交

流电源的频率增加时 (　　)

A．电容器的电容增加

B．电容器电容减小

C．电灯变暗

D．电灯变亮

[审题指导]　解答本题时应把握以下两点：

(1)电容与交流电的频率无关；

(2)容抗与交流电的频率有关。

[解析]　电容器的电容是由电容器本身的特性所决定的，与外加的交流电源的频率无关，选项A和B是错误的。当交流电源的频率增加时，电容器充放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，电灯变亮。

[答案]　D

电容器对交流电的阻碍作用大小(容抗)与电容大小和交流电频率都有关。电容越大，容抗越小，频率越高，容抗越小。

1．电感线圈对交变电流的阻碍作用的本质

交变电流通过线圈时，由于电流时刻都在变化，所以自感现象就不断地发生，而自感电动势总是要阻碍电流变化的，这就是线圈的电感对交变电流的阻碍作用。因此，感抗的产生是由线圈的自感现象引起的。直流电通过线圈时，电流的大小、方向都不变，线圈中不产生自感电动势，也就没有感抗。

2．感抗

电感线圈对电流的阻碍作用。感抗用“XL”表示，

XL＝2πfL。其中f是交流电的频率，L是线圈的自感系数。

3．感抗与电感的关系

电感线圈对交变电流阻碍作用的大小用感抗来表示，线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，产生的自感

电动势就越大，感抗就越大，对交变电流的阻碍作用也就

越大。

4．线圈(扼流圈)的分类

根据不同线圈对交流电的阻碍作用不同分类：

(1)低频扼流圈：

①构造：闭合铁芯、绕在铁芯上的线圈。

②特点：匝数多、自感系数L大、电阻很小。它对低频交流会产生很大的阻碍作用，而对直流的阻碍作用则较小，故低频扼流圈的作用为“阻交流、通直流”。

(2)高频扼流圈：

①构造：它的线圈有的是绕在圆柱形的铁氧体芯上或空心。

②特点：匝数少，自感系数L小。它只对频率很高的交流产生很大的阻碍作用，而对低频交流的阻碍作用较小，故高频扼流圈的作用为“阻高频、通低频”。

图3－3－4

A．电流表示数增大

B．电压表示数减小

C．灯泡变暗

D．灯泡变亮

[思路点拨]　当交变电流通过线圈时，线圈中就要产生自感电动势，而自感电动势总是阻碍电流的变化，这种阻碍作用与交变电流的频率有关，频率越高，阻碍作用越大。

电压表与电感线圈并联，其示数为线圈两端的电压UL，设灯泡两端电压为UR，则电源电压的有效值为U＝UL＋UR，因UR＝IR，故电流I减小时，UR减小。因电源电压有效值保持不变，故UL＝U－UR，UL增大，选项B错误。

[答案]　C

电感线圈在电路中对交变电流的阻碍作用的强弱是用感抗来表示的。感抗的大小由线圈的自感系数L和交变电流的频率f共同决定，自感系数L越大，感抗越大，交变电流的频率f越大，感抗也越大。

电感、电容接到交流电源上时，电能与磁场能或电场能往复转化，所以电感、电容上不会消耗电能，而电流通过电阻时，必然会产生焦耳热，从而造成电能的损耗。

图3－3－5

3. 在频率为f的交流电路中，如图3－3－5所示，把开关S依次分别接通R、C、L所在支路，这时通过各支路的电流的有效值相等。若将交变电流的频率提高到2f，维持其他条件不变，则下列几种情况中不正确的是 (　　)

A．通过R的电流有效值不变

B．通过C的电流有效值变大

C．通过L的电流有效值变小

D．通过R、C、L的电流有效值都不变

[解析]　电阻对交变电流阻碍作用的大小与电流的频率无关，因此通过电阻的电流的有效值不变；电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示，线圈的自感系数越大，电流的频率越高，自感电动势就越大，即线圈对电流的阻碍作用就越大，感抗也就越大，因此通过电感的电流的有效值变小；电容器对交变电流阻碍作用的大小用容抗表示，电容一定时，在相同的电压下电容器容纳的电荷量一定，频率越高，充、放电的时间越短，充、放电的电流越大，容抗越小，因此通过电容器的电流的有效值变大。故正确答案为D。

[答案]　D

电阻对电流的阻碍作用与频率无关，而电容器和电感器对电流的阻碍作用与频率有关。

1. (对应要点一)在如图3－3－6所示电路

中，u是有效值为220 V的交流电源，

C是电容器，R是电阻。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

图3－3－6

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，根据串联分压原理可知电阻两端电压应小于电源电压。

答案：C

2. (对应要点二)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3－

3－7所示。将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

图3－3－7

解析：在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势，总是反抗电流变化的，正是这种反抗变化的特性，使线圈产生了感抗。加入铁芯改变了线圈的自感系数，自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，降落在灯上的电压减小，所以灯变暗。

答案：B

3．(对应要点三)直流电源的电压与交流电源电压的有效

值相同，自感线圈的直流电阻不计，则灯泡发光最亮的是图3－3－8中的 (　　)

图3－3－8

解析：电容C、电感L都对交流电有阻碍作用，故A、B两图中灯不是最亮的；C图中灯被短路，不亮；D图中电容C有隔直流作用。所以D中灯泡最亮。

答案：D

(1)当交流电“通过”电容器时，电容器不断充、放电，使电容器两极形成跟原电压相反的电压，从而阻碍电流形成容抗。频率越高，电容越大，容抗越小。

(2)电容器在电路中的常见作用：

①隔直电容器——隔直流、通交流。

②高频旁路电容器——阻低频、通高频。

(3)电感对交变电流的阻碍作用称为感抗，线圈的自感系数越大，交变电流的频率越高，感抗越大。

(4)常见电感器：

①低频扼流圈——阻交流、通直流。

②高频扼流圈——阻高频、通低频。

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