2019-2020学年度最新高中物理第五章交变电流3电感和电容对交变电流的影响学案新人教版选修3_2

图8
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.减小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
答案 ACD
解析 电容器的电容与介电常数成正比，与正对面积成正比，与两板间距离成反比.而容抗与电容成反比，与频率成反比.把电介质插入电容器，电容变大，容抗减小，灯泡变亮，A正确；电容器两板间的距离增大，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，B错误；减小电容器两板间的正对面积，电容减小，容抗增大，灯泡变暗，C正确；交流电的频率减小，容抗增大，灯泡变暗，D正确.
例3 如图5甲、乙两图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上得到的电流特征是( )
图5
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
D.改接220 V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，感抗增大，容抗减小，电阻的阻碍不变.故A灯变亮，B灯变暗，C灯不变，故A正确，B错误；改为直流电源时，电容断路，A灯熄灭，电感L无感抗，B灯更亮，电阻R阻碍不变，C灯亮度不变.
9.如图7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( )
题组三 电阻、感抗和容抗的区别
7.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，如图所示电路中可行的是( )
答案 D
解析 A图放大器得到所有成分.B图放大器可得到直流成分，若为高频扼流圈也能得到低频成分.C图既可得高频成分也可得低频成分.D图通过C1的是高、低频成分都有，通过C2的旁路电容将高频成分滤去，故只有D合适.
5.如图4所示，白炽灯和电容器串联后接在交流电源的两端，当交流电的频率增加时( )
图4
A.电容器电容增加B.电容器电容减小
C.灯变暗D.灯变亮
答案 D
解析 由C＝可知，C与f无关，故C不变，A、B错误.交变电流的频率增加，容抗变小，电流变大，故D正确.
6.如图5所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表的示数增加，可行的方法是( )
图7
3.(感抗、容抗的区别)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，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用了如图9所示的装置电路，其中代号a、b应选择的元件是( )
图9
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
图5
A.使发电机F的转速增加
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.使电容器两极板间距离增大
答案 A
解析 当发电机转速增加时，交变电流的频率增大，电容器容抗减小，电流表的示数增大，A项正确，B项错误；换用介电常数较小的电介质，电容C减小，增大两极板间距离时，电容C也减小，容抗增大，对交变电流的阻碍作用增大，电流表的示数减小，C、D项错误.
8.(多选)如图6所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220 V、50 Hz的交流电源，以下叙述中正确的是( )
图6
A.改接220 V、100 Hz的交流电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变
B.改接220 V、100 Hz的交流电源时，A灯变暗，B灯变亮，C灯变亮
C.改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变
1.容抗的大小除了与电容自身的性质有关外，还与交变电流的频率有关.若用XC表示容抗，则XC＝.
2.感抗的大小除了与电感线圈自身的性质有关外，还与交变电流的频率有关，若用XL表示感抗，则XL＝2πfL.
3.电阻无论对直流还是交流，阻碍作用相同，只取决于电阻本身.
例4 如图6所示，当交流电源电压恒为220 V，频率为50 Hz 时，三只灯泡A、B、D的亮度相同，若将交流电的频率改为100 Hz，则( )
题组一 感抗及其应用
1.如图1所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是( )
图1
A.等于220 VB.大于220 V
C.小于220 VD.等于零
答案 C
解析 电感线圈对交变电流产生感抗，具有“通直流、阻交流，通低频、阻高频”的作用，故C正确.
2.一个灯泡通过一个线圈与一交流电源相连接，如图2所示.一块铁插进线圈之后，该灯将( )
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
答案 D
解析 a应该将高频成分旁路掉，所以应该用电容较小的电容器；b应该让低频成分通过，所以应该用高频扼流圈.故选项D正确.
4.(电阻、感抗、容抗的区别)如图10所示，把电阻R、电感线圈L、电容器C并联到一交流电源上，三个电流表的示数相同.若保持电源电压大小不变，而将频率降低，则三个电流表的示数I1、I2、I3的关系是( )
答案 BC
线圈对交变电流感抗的大小不仅与线圈自身自感系数有关，还与交变电流的频率有关.交流电的频率越大，感抗越大.
二、电容器对交变电流的影响
1.交变电流能够通过电容器：
(1)实验电路(如图3)：
图3
(2)实验现象：电路中串有电容器时，接通直流电源，灯泡不亮；接通交流电源，灯泡亮.
(3)实验结论：交变电流能够通过电容器，直流不能通过电容器.
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；乙图中电容器能通过交流高频成分，阻碍交流低频成分，R得到的是低频成分，C正确，D错误.
答案 AC
电容器对交流Leabharlann 的阻碍作用概括为“通交流、隔直流；通高频，阻低频”.
三、电阻、感抗、容抗的作用及区别
图10
A.I1＝I2＝I3B.I1>I2>I3
C.I2>I1>I3D.I3>I1>I2
答案 C
解析 在交流电路中，当频率减小时，电阻对交流的阻碍作用不变，电感线圈对交流的阻碍作用(感抗)减小，电容器对交流的阻碍作用(容抗)增大.电流与电压、电阻(感抗、容抗)的关系符合欧姆定律.所以R支路电流I1不变，L支路电流I2增大，C支路电流I3减小，选项C正确.
图7
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来时灯变亮
D.S掷向c、d，电源电压不变，而使频率减小时灯变暗
答案 AC
解析 线圈对恒定电流无感抗，对交变电流有感抗，并且有铁芯时感抗变大.故选项A、C正确.
2.(容抗及其应用)(多选)如图8所示，接在交流电源上的灯泡正常发光，以下说法正确的是( )
2.容抗：
(1)定义：电容器对交变电流阻碍作用的大小.
(2)影响因素：电容器的电容越大，交流的频率越高，容抗越小.
(3)作用：“通交流，隔直流；通高频，阻低频”.
深度思考
(1)交变电流为什么能“通过”电容器？
(2)电容器为什么会对交变电流有阻碍作用？
答案 (1)把交流电源接到电容器两个极板，电容器交替进行充电和放电，于是电路中就有了电流，好像是交变电流“通过”了电容器，但实际自由电荷并没有通过电容器两极板间的绝缘介质.
(2)对于在导线中形成电流的自由电子来说，当电源的电动势推动它们向某一方向做定向运动时，电容器两极板上积聚的电荷就阻碍它们向这个方向运动，这就产生了电容器对交变电流的阻碍作用.
例2 如图4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4
A.电容器上的电荷量最大值增大
图6
A.A灯最暗B.B灯最暗
C.D灯最暗D.三只灯泡的亮度依然相同
解析 当交变电流的频率增大时，线圈的感抗变大，电容器的容抗变小，所以A灯变暗，B灯变亮，D灯亮度不变，故A正确.
答案 A
电感器、电容器对交变电流的阻碍作用与交变电流的频率有关，而电阻对交变电流的阻碍作用和交变电流的频率无关.
1.(感抗及其应用)(多选)如图7所示的实验电路中，若交流电压的有效值与直流电压相等，S为双刀双掷开关，下列叙述中正确的是( )
B.电容器的容抗增大
C.电路中灯泡的亮度变亮
D.电路中灯泡的亮度变暗
解析 当交变电流的频率升高时，电容器的容抗减小，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.
答案 C
交变电流不同于直流，交变电流能“通过”电容器，所以灯泡会亮.交变电流的频率改变，电容器的容抗改变，电容器两端的电压变化，灯泡两端的电压也随着变化.
图2
A.电流表的示数增大B.电压表的示数增大
C.灯泡变暗D.灯泡变亮
解析 由u＝220sin(100πt)V，可得电源原来的频率为f＝＝ Hz＝50 Hz，当电源的频率由原来的50 Hz增大为100 Hz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D的电阻是一定的，电流减小时，灯泡D实际消耗的电功率P＝I2R减小，灯泡D变暗，选项C正确，选项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D两端的电压为UD，则电源电压的有效值为U＝UL＋UD，因UD＝IR，故电流I减小时，UD减小，因电源电压的有效值保持不变，故UL＝U－UD增大，选项B正确.