教科版高中物理选修32第二5电容器在交流电路中的作用电感器在交流电路中的教案教学设计.docx
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教科版高中物理选修32第二5电容器在交流电路中的作用电感器在交流电路中的教案教学设计
学案5 电容器在交流电路中的作用电感器在交流电路中的
作用
[学习目标定位]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.2.知道感抗和容抗的物理意义以及与哪些因素有关.3.能够分析简单电路中的电容器、电感器的作用．
1．线圈的横截面积越大，匝数越多，线圈的自感系数越大，线圈有铁芯比无铁芯时自感系数大得多．
2．平行板电容器的电容决定式C＝
，电容的定义式C＝
.
3．由于导体线圈自身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫自感现象．
一、电容器对交流电的导通作用
电容器接入交变电路中时，电容器反复地充电和放电，形成交变电流，表现为交流“通过”了电容器．
二、电容器对交流电的阻碍作用
1．容抗：
电容器对交流电的阻碍作用称为容抗．
2．电容越小，交流电的频率越低，容抗越大．
三、电容器在电子技术中的应用
1．隔直电容：
如图1甲，直流不能通过电容器C，只能经电阻R形成回路．
2．旁路电容：
如图乙，C的电容较小，低频信号不能通过，但高频干扰信号可以通过．
图1
四、电感器对交流电的阻碍作用
1．感抗：
电感器对交流电的阻碍作用称为感抗．
2．线圈的电感（即自感系数L）越大，交流电的频率越高，感抗越大．
五、电感器在电子技术中的应用
1．低频扼流圈：
通直流、阻交流．
2．高频扼流圈：
通低频、阻高频．
解决学生疑难点
一、电容器对交流电的阻碍作用
[问题设计]
如图2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，观察灯泡的发光情况．
图2
（1）分析电容器能通交流的原因．
（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？
答案
（1）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，电荷从极板上流出，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．
（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）电容变大时，灯泡变亮；频率增大时，灯泡变亮．
[要点提炼]
1．电容器能通交变电流，并不是电荷真的穿过了电容器．
2．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时，电容器极板上积累的电荷会阻碍自由电荷向此方向定向运动，这就产生了电容器对交变电流的阻碍作用．
3．决定容抗的两个因素：
电容器的电容和交流电的频率．
4．电容器在电路中的作用：
通交流，阻直流，通高频，阻低频．
二、电感器对交流电的阻碍作用
[问题设计]
如图3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，再把它们接到交流电源上，取直流电源的电压与交流电压的有效值相等．
图3
（1）对比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．
[要点提炼]
1．电感器的感抗是由变化的电流在线圈中产生的感应电动势引起的，与制成线圈导体的电阻无关．
2．感抗的两个决定因素：
（1）线圈的自感系数；
（2）交变电流的频率．
3．电感线圈在电路中的作用
（1）通直流，阻交流；
（2）通低频，阻高频．
一、对容抗的理解
例1
如图4所示，接在交流电源上的灯泡正常发光，以下说法正确的是（ ）
图4
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
解析 把电介质插入电容器，电容变大，容抗变小，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错误；减小电容器两极板间的正对面积，电容变小，灯泡变暗，故C正确；使交变电流频率减小，电容器对交变电流阻碍作用变大，灯泡变暗，故D正确．
答案 ACD
二、对感抗的理解
例2
如图5所示的实验电路中，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5
A．当S掷向a、b时灯较亮，掷向c、d时灯较暗
B．当S掷向a、b时灯较暗，掷向c、d时灯较亮
C．S掷向c、d，把电感线圈中的铁芯抽出时灯变亮
D．S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时，灯变暗
解析 线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，当交流电频率减小时，感抗变小，灯变亮，并且是有铁芯时感抗更大，故铁芯抽出时灯变亮．
答案 AC
三、电阻、感抗、容抗的对比
例3
如图6所示，电路中完全相同的三只灯泡L1、L2、L3分别与电阻R、电感L、电容C串联，然后再并联到220V、50Hz的交流电路上，三只灯泡亮度恰好相同．若保持交变电压不变，将交变电流的频率增大到60Hz，则发生的现象是（ ）
图6
A．三灯亮度不变
B．三灯均变亮
C．L1亮度不变、L2变亮、L3变暗
D．L1亮度不变、L2变暗、L3变亮
解析 当交变电流的频率变大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，因此L3变亮，L2变暗．又因为电阻在直流和交流电路中起相同的作用，故L1亮度不变，所以选D.
答案 D
四、电感器、电容器在电路中的应用
例4
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7所示电路，其中a、b应选择的元件是（ ）
图7
A．a是电容较大的电容器，b是低频扼流圈
B．a是电容较大的电容器，b是高频扼流圈
C．a是电容较小的电容器，b是低频扼流圈
D．a是电容较小的电容器，b是高频扼流圈
解析 电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容较小，所以a处放电容较小的电容器，电感线圈在该电路中要求起到通低频、阻高频的作用，b处接一个高频扼流圈，D对．
答案 D
1．（对容抗的理解）如图8所示，白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端，当交流电源的频率增大时（ ）
图8
A．电容器电容增大B．电容器电容减小
C．灯变暗D．灯变亮
答案 D
解析 电容器的电容是由电容器本身的特性决定的，与外加的交流电源的频率无关，选项A、B错误．当交流电源的频率增大时，电容器充、放电的速度加快，电容器的容抗减小，电流增大，灯变亮．
2.（对感抗的理解）在如图9所示的电路中，L为电感线圈，灯泡的电阻为R，电流表内阻为零，电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝220
sin（100πt）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9
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
答案 BC
解析 由u＝220
sin（100πt）V，可得电源原来的频率f＝
＝
Hz＝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＝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．因电源电压的有效值保持不变，故UL＝U－UR增大，选项B正确．
3．（电阻、感抗、容抗的对比）如图10所示，三个灯泡相同，而且足够耐压，电源内阻忽略．单刀双掷开关S接A时，三个灯亮度相同，那么S接B时（ ）
图10
A．三个灯亮度相同
B．甲灯最亮，丙灯不亮
C．甲灯和乙灯亮度相同，丙灯不亮
D．只有丙灯不亮，乙灯最亮
答案 D
解析 开关S接A时，甲、乙、丙三个支路均有交流电通过，开关S接B时，电路处于直流工作状态，电容C“隔直、通交”；电感L“阻交、通直”；R对交流、直流有相同的阻抗．可判断此时电路中I丙＝0，I甲不变，I乙增大；又因为灯泡亮度与功率（P＝I2R）成正比，所以只有丙灯不亮，乙灯最亮．
题组一 对容抗的理解
1．对交变电流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极板间的绝缘介质
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）
答案 CD
解析 电流能“通过”电容器，并非自由电荷真的通过电容器两极板间的绝缘介质，而是交变电流交替对电容器充、放电，电路中有了电流，表现为交变电流通过了电容器．
2．有两个电容器的电容分别为C1＝5μF和C2＝3μF，分别加在峰值一定的正弦交流电源上，在下列各种情况下，哪一种情况通过电容器的电流最大（ ）
A．在C1上所加交变电流频率为50Hz
B．在C2上所加交变电流的频率为50Hz
C．在C1上所加交变电流的频率为100Hz
D．在C2上所加交变电流的频率为100Hz
答案 C
解析 电容越大，电流频率越大，容抗越小，电流越容易通过电容器．C1>C2,100Hz>50Hz，所以C正确．
3．如图1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1
A．使发电机F的转速增大
B．使发电机F的转速减小
C．在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质
D．使电容器两极板间的距离增大
答案 A
解析 当发电机转速增大时，交变电流的频率增大，容抗减小，电流表A的读数增大，A项正确，B项错误；在平行板电容器间换用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，容抗增大，对交变电源的阻碍作用增大，电流表A示数减小，C、D两项均错误．
题组二 对感抗的理解
4．一个灯泡通过一个粗导线的线圈与一交流电源相连接，如图2所示．一铁棒插进线圈后，该灯将（ ）
图2
A．变亮B．变暗
C．对灯的亮度没影响D．无法判断
答案 B
解析 在线圈内由于磁场变化而产生的感应电动势，总是阻碍电流变化，正是这种阻碍变化的特性，使线圈产生了感抗．加入铁芯改变了电感线圈的自感系数，使自感系数增大，感抗增大，降落的电压增大，灯泡两端的电压减小，所以灯变暗．
5．如图3所示，输入端a、b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）（ ）
图3
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
答案 CD
解析 由于线圈L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；因为线圈的直流电阻一般都很小，所以通过线圈的直流成分比通过R的要大，D正确．
题组三 电阻、感抗、容抗的对比
6．如图4所示，甲、乙是规格相同的灯泡，接线柱a、b接电压为U的直流电源时，无论电源的正极与哪一个接线柱相连，甲灯均能正常发光，乙灯完全不亮．当a、b接电压的有效值为U的交流电源时，甲灯发出微弱的光，乙灯能正常发光，则下列判断正确的是（ ）
图4
A．与甲灯串联的元件x是电容器，与乙灯串联的元件y是电感线圈
B．与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是电容器
C．与甲灯串联的元件x是二极管，与乙灯串联的元件y是电容器
D．与甲灯串联的元件x是电感线圈，与乙灯串联的元件y是二极管
答案 B
解析 由a、b接直流电流时的现象可知，元件x“通直流”，元件y“隔直流”，由a、b接交流电源时的现象可知，元件x“阻交流”，元件y“通交流”，根据电容器和电感线圈的特点，元件x是电感线圈，元件y是电容器，选项B正确．
7.如图5所示，在电路两端加上正弦交流电，保持电压有效值不变，使频率增大，发现各灯的亮暗情况是：
灯L1变亮，灯L2变暗，灯L3不变，则M、N、L中所接元件可能是（ ）
图5
A．M为电阻，N为电容器，L为电感线圈
B．M为电感线圈，N为电容器，L为电阻
C．M为电容器，N为电感线圈，L为电阻
D．M为电阻，N为电感线圈，L为电容器
答案 C
题组四 电感器、电容器在电路中的应用
8.在电子技术中，从某一装置输出的电流既有高频成分又有低频成分，如果只需把低频成分输送到下一级装置，如图6所示，则下列做法合理的是（ ）
图6
A．在ab间接入一个电容器
B．在ab间接入一个低频扼流圈
C．在ab间接入一个高频扼流圈
D．在ab间接入一个电容器或高频或低频扼流圈都可以
答案 C
解析 电容器是“通高频，阻低频”，低频扼流圈“通直流，阻交流”，而高频扼流圈“通直流，通低频，阻高频”，C对．
9．如图7甲、乙所示是电子技术中的常用电路，a、b是各部分电路的输入端，其中输入的交流高频成分用“
”表示，交流低频成分用“～”表示，直流成分用“－”表示．关于两图中负载电阻R上得到的电流特征，下列判断正确的是（ ）
图7
A．图甲中R得到的是交流成分
B．图甲中R得到的是直流成分
C．图乙中R得到的是低频成分
D．图乙中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，有“通交流、隔直流，通高频、阻低频”的特性，甲图中电容器隔直流，R得到的是交流成分，A正确，B错误；乙图中电容器通过交流高频成分，阻碍交流低频成分，R得到的是低频成分，C正确，D错误．
10.“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．图8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8
A．甲扬声器是高音扬声器
B．C2的作用是阻碍低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 BD
解析 由于L1会“阻高、通低”，C1又“通高、阻低”，因此低频成分通过甲扬声器，故A、C错；C2的作用是“通高、阻低”，L2的作用是“通低、阻高”，故B、D对．
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