教科版高中物理选修2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

教科版高中物理必修高考必刷知识点及题库 学案学案 5 5电容器在交流电路中的作用电容器在交流电路中的作用 电感器在交流电路中电感器在交流电路中 的的 作用作用 [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． ε rS Q 2．平行板电容器的电容决定式C＝，电容的定义式 C＝ . 4π kdU 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． 教科版高中物理必修高考必刷知识点及题库 教科版高中物理必修高考必刷知识点及题库 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 教科版高中物理必修高考必刷知识点及题库 教科版高中物理必修高考必刷知识点及题库 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 教科版高中物理必修高考必刷知识点及题库 教科版高中物理必修高考必刷知识点及题库 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 220 V、50 Hz 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60 Hz，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 教科版高中物理必修高考必刷知识点及题库 教科版高中物理必修高考必刷知识点及题库 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