5.3　电感和电容对交变电流的影响-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义（人教版选修3-2）

5.3　电感和电容对交变电流的影响 【基础知识梳理】 知识点01 电感器对交变电流的阻碍作用 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．是表征电感器对交变电流的阻碍作用的大小的物理量． 2．线圈的自感系数越大，交流的频率越高，电感线圈对交变电流的阻碍作用越大． 知识点02 电容器对交变电流的阻碍作用 1．电容器接到交流电源两端时，交替地进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器． 2．电容器在电路中的作用：通交流，隔直流；通高频，阻低频． 3．电容器的电容越大，交流的频率越高，电容器对交流的阻碍作用越小． 【实例1】 如图2甲、乙所示，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，再把它们接到有效值等于直流电源电压的交流电源上． 图2 (1)两种情况下灯泡的亮度有什么不同？说明了什么？ (2)图乙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)图甲中灯泡比图乙中灯泡更亮，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，说明线圈感抗增大了． 【总结】 1．交变电流通过电感器时，由于电流时刻在变化，在线圈中就会产生自感电动势，而自感电动势总是阻碍原电流的变化，故电感器对交变电流产生阻碍作用． 2．线圈的自感系数越大，交流电的频率越高，线圈的感抗就越大． 【实例2】如图4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． 图4 (1)观察灯泡的发光情况，并分析原因． (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？说明了什么？ 答案　(1)题图甲中的灯泡不亮，题图乙中的灯泡亮．题图甲中的电源是直流电源，电容器在电路中相当于断路，电路中没有电流，灯泡不亮．题图乙中的电源是交流电源，把交流电源接到电容器两个极板上后，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，灯泡就亮了，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)电容越大，灯泡越亮；频率越高，灯泡越亮．电容器的电容和交变电流的频率都对电容器对交变电流的阻碍作用有影响． 【总结】 1．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，而电容器两极板上积累的电荷抗拒自由电荷的定向移动，从而使电容器对交变电流有阻碍作用． 2．电容器的电容越大，交流电的频率越高，容抗越小． 3．电容器在电路中常见的作用有两种： 隔直电容器：通交流，隔直流． 高频旁路电容器：通高频，阻低频． 知识点03 电阻、感抗、容抗的对比 1．容抗的大小除了与电容器自身的性质有关外，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． 【例题讲解】 1、 电感对交变电流的阻碍作用 1．如图所示，灯泡A与带铁芯的电感器L串联，另一个完全相同的灯泡B与滑动变阻器串联，两路并联接在以正弦交流信号发生器为电源的两端。通过调节交流信号发生器上的旋钮，可以改变输出电压和信号的频率。实验开始前将滑动变阻器滑片P置于最右侧，电源内阻可忽略。闭合开关S，A、B两灯均发光。关于该实验，下列说法中错误的是（　　） A．保持交流信号频率不变，适当提高输出电压，发现A灯始终比B灯暗 B．保持输出电压不变，提高交流信号频率，发现A灯变暗，B灯亮度不变 C．保持输出电压和信号频率不变，将滑片P向左滑动，B灯变暗，A灯亮度不变 D．断开开关S，发现B灯立即熄灭，A灯闪亮一下然后熄灭 【答案】D 【详解】A．电感线圈对交流电有阻碍作用，所以流经A的电流始终小于流过B的电流，则保持交流信号频率不变，适当提高输出电压，发现A灯始终比B灯暗，故A正确，但不符合题意；B．保持输出电压不变，提高交流信号频率，发现B灯亮度不变，提高交流信号频率，电感线圈对交流电的阻碍作用增大，则A等变暗，B灯亮度不变，故B正确，不符合题意； C．保持输出电压和信号频率不变，将滑片P向左滑动，滑动变阻器有效阻值变大，则电流增大，故B灯变暗，A灯支路不发生变化，故C正确，不符合题意；D．电路稳定后断开开关，L中产生自感电动势，相当于电源，A灯和B灯串联，同时逐渐变暗，故D错误，符合题意。故选D。 2．如图所示，输入端的输入电压既有直流成分，又有交变电流成分（L的直流电阻等于R），以下说法中正确的是