滬科版高中物理選修(3-2)第2章《交變電流與發(fā)電機》教案4

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1、 10 / 10 學案4 探究電阻、電感和電容的作用 ［學習目標定位］1.知道電阻器對交流電的阻礙作用與對直流電的阻礙作用相同 .2.能理 解電感器、電容器對交變電流形成阻礙作用的原因 .3.知道用感抗、容抗來表示電感器、電 容器對交變電流阻礙作用的大小 .4.能夠分析簡單電路中的電容器、電感器的作用. 知識 ■儲備區(qū) 層故謂本溯源 推除方可抑新 X知識如接 1 .線圈的長度越長一,線圈的橫截面積越大，單位長度上匝數(shù)越多，線圈的自感系數(shù)越大，線 圈有鐵心比無鐵心時自感系數(shù)大得多. S _ Q 2 .平行板電容器的電容決定式 C = 4^,電容的

2、定義式C = Q. 3 .由于導體自身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象. \新知呈現(xiàn) 一、電阻器對交變電流的作用 電阻器對交變電流的阻礙作用跟對直流的阻礙作用相同. 二、電感器對交變電流的作用 1 .電感器能讓交變電流通過 ，但對交變電流有阻礙作用. 2 .電感器的電感量越大_,通過的交變電流頻率越高_,阻礙作用越大. 三、電容器對交變電流的作用 1 .電容器能讓交變電流通過 ,但對交變中流有阻礙作用. 2 .電容器的電容量越大_,通過的交變電流頻率越高—，阻礙作用越小. 基礎(chǔ)自學落實重點互動探究 學習?探究區(qū) 、電阻器對交變電流的作用 ［問題設(shè)計］

3、閱讀教材相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合圖1回答下列問題（A、B是規(guī)格相同的 燈泡)： (1)當開關(guān)S扳向交流電源時，兩只燈泡的亮度是否相同？這說明什么問題？ 答案 B比A更亮些，這說明電阻器對交流電有阻礙作用. 圖1 (2)把開關(guān)S扳向直流電源和交流電源，比較這兩種情況下燈泡 A的亮度有沒有變化，這 又說明什么問題？ 答案開關(guān)S扳向直流電源和交流電源，兩種情況下燈泡 A的亮度相同，這說明電阻器 對交流的阻礙作用跟對直流的阻礙作用相同. ［要點提煉］ 1 .電阻器對交變電流和直流電的阻礙作用是相同一 2 .在交流電路中，電阻定律和歐姆定律都成五 二、電感器對交變電流的作用 ［問題設(shè)計］

4、如圖2所示，把帶鐵心白^線圈 L與小燈泡串聯(lián)起來，先把它們接到直流電源上，再把它們 接到交流電源上，取直流電源的電壓與交流電壓的有效值相等. 圖2 (1)對比兩種情況下燈泡的亮度有什么不同？說明了什么？ (2)乙圖中換用自感系數(shù)更大的線圈或調(diào)換頻率更高的交流電源 ，燈泡的亮度有何變化？ 說明了什么？ 答案(1)甲圖中燈泡比乙圖中燈泡更亮 ，說明電感器對交變電流有阻礙作用. (2)不論是換用自感系數(shù)更大的線圈還是調(diào)換頻率更高的交流電源 ，燈泡均變得更暗，說 明線圈的自感系數(shù)越大，交流電的頻率越高，線圈對交流電的阻礙作用越大. ［要點提煉］ 1 .電感器的感抗是由變化的

5、電流在線圈中產(chǎn)生的感應電動勢引起的 ，與制成線圈導體 的電阻無關(guān). 2 .電感器對交流電的阻礙作用的大小用感抗 Xl表示,X = 2 fL.所以感抗的兩個決定因 素： (1)電感器的電感量(自感系數(shù)); (2)交變電流的頻率. 3 .電感器在電路中的作用 ⑴通，阻 (2)通低頻，阻高頻. 三、電容器對交變電流的作用 ［問題設(shè)計］ 如圖3甲、乙所示，把燈泡和電容器串聯(lián)起來，先把它們接到直流電源上，再把它們接到 交流電源上，觀察燈泡的發(fā)光情況. Hi (1)分析電容器能通交流的原因. (2)若把圖乙中的電容器去掉，變成圖丙所示電路，會發(fā)生什么現(xiàn)象？說明了什么？

6、 ⑶在圖乙中，改變電容器的電容和電源頻率 ，燈泡亮度會有什么變化？ 答案(1)把交流電源接到電容器兩個極板上后 ，當電源電壓升高時，電源給電容器充電 電荷向電容器極板上聚集 ，在電路中，形成充電電流；當電源電壓降低時 ，電容器放電，電荷從 極板上流出，在電路中形成放電電流.電容器交替進行充電和放電 ，電路中就有了電流，好像 是交流“通過” 了電容器，但實際上自由電荷并沒有通過電容器兩極板間的絕緣介質(zhì). (2)燈泡變得比乙中亮，說明電容器對交變電流有阻礙作用. (3)電容變大時，燈泡變亮；頻率增大時，燈泡變亮. ［要點提煉］ 1 .電容器能通交變電流，并不是電荷真的穿過了電容器.

7、 2 .電容器對交變電流的阻礙作用： 電源電壓推動自由電荷定向移動時 ，電容器極板上積累的電荷會阻礙自由電荷向此方向 做定向運動，這就產(chǎn)生了電容器對交變電流的阻礙作用. 3 .電容器對交變電流的阻礙作用的大小用容抗 Xc表示,Xc = +，所以決定容抗的兩個 2 fC 因素： 電容器的電容量和交變電流的頻是 4.電容器在電路中的作用： 通交流，阻直流，通高頻，阻低頻. X典例精析 一、對感抗的理解 ［例1 如圖4所示實驗電路中，若直流電壓和交變電壓的有效值相等 ，S為雙刀雙擲開關(guān) 卜面敘述正確的是（ ） 圖4 A.當S擲向a、b時燈較亮，擲向c、d時燈較暗

8、B.當S擲向a、b時燈較暗,擲向c、d時燈較亮 C. S擲向c、d,把電感線圈中的鐵心抽出時燈變亮 D. S擲向c、d,電源電壓不變，而使頻率減小時，燈變暗 解析 線圈對恒定電流無感抗，對交變電流有感抗，當交流電頻率減小時，感抗變小，燈 變亮，并且是有鐵心時感抗更大，故鐵心抽出時燈變亮. 答案 AC 二、對容抗的理解 【例2 如圖5所示，接在交流電源上的燈泡正常發(fā)光 ，以下說法正確 的是（ ） 一 C 一 A .把電介質(zhì)插入電容器，燈泡變亮 ： B.增大電容器兩極板間的距離 ，燈泡變亮 C.減小電容器兩極板間的正對面積 ，燈泡變暗 圖5 D.使交變電流頻率減小，燈泡

9、變暗 解析 把電介質(zhì)插入電容器，電容變大，容抗變小，電容器對交變電流阻礙作用變小 ，所以 燈泡變亮，故A正確；增大電容器兩極板間的距離 ，電容變小，電容器對交變電流阻礙作用變 大，所以燈?^變暗，故B錯誤；減小電容器兩極板間的正對面積 ，電容變小，燈泡變暗，故C正 確；使交變電流頻率減小，電容器對交變電流阻礙作用變大 ，燈泡變暗，故D正確. 答案 ACD 三、電阻、感抗、容抗的對比 【例3】如圖6所示，電路中完全相同的三只燈泡 Li、L2、L3分別與電阻R、電感L、電 容C串聯(lián),然后再并聯(lián)到220 V、50 Hz的交流電路上，三只燈泡亮度恰好相同.若保持交變 電壓不變，將交變

10、電流的頻率增大到 60 Hz,則發(fā)生的現(xiàn)象是（ ） 1 圖6 A.三燈亮度不變 B.三燈均變亮 C. Li不變、L2變亮、L3變暗 D. Li不變、L2變暗、L3變亮 解析當交變電流的頻率變大時 ，線圈的感抗變大，電容器的容抗變小，因此L3變亮,L2變 暗.又因為電阻在直流和交流電路中起相同的作用 ，故Li亮度不變，所以選D. 答案 D 課堂要點小結(jié) 「電阻器:電阻器對交變電流和直流電的阻礙作用 是相同的 探究電阻、 電感器 感抗:電感器對交變電流阻礙作用的大小 公式: 容的作用 容抗,電容器對交變電流阻礙作用的大小 電容

11、器 公式:Zu/ 自我?檢測區(qū) 檢測學習效果住驗成功快樂 1.（對感抗白^理解）在如圖7所示的電路中 ,L為電感線圈，R為燈泡 的電阻值，電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻無限大 ，交流電源的電壓 u = ，只將電源頻率改為 220版sin （100大）V.若保持電壓的有效值不變 100 Hz,下列說法正確的是（ ） A.電流表示數(shù)增大 B.電壓表示數(shù)增大 C.燈泡變暗 D.燈泡變亮 答案 BC 解析 由u=220q2sin （100油V,可得電源原來的頻率 f = 2^=與?、z = 50 Hz,當電源頻 率由原來的50 Hz增為100 Hz時，

12、線圈的感抗增大，在電壓不變的情況下，電路中的電流減小, 選項A錯誤；燈泡的電阻值 R是一定的，電流減小時，實際消耗的電功率（P=I2R）減小,燈泡變 暗,選項C正確，D錯誤；電壓表與電感線圈并聯(lián) ，其示數(shù)為線圈兩端的電壓 Ul,設(shè)燈泡兩端電 壓為Ur,則電源電壓的有效值為 U = Ul + Ur,因Ur=IR,故電流I減小時，Ur減小.因電源電 壓的有效值保持不變，故Ul=U —Ur增大，選項B正確. 2 .（對容抗白^理解）如圖8所示，白熾燈和電容器串聯(lián)后接在交流電源 的兩端，當交流電源的頻率增大時 （ ） -C A.電容器電容增大 B.電容器電容減小 C.燈變暗 D.燈變亮

13、答案 D 圖8 解析 電容器的電容是由電容器本身的特性決定的 ，與外加的交流電源的頻率無關(guān) ，選項 A、B錯誤.當交流電源的頻率增大時 ，電容器充、放電的速度加快 ，電容器的容抗減小，電流 增大，燈變亮. 3 .（電阻、感抗、容抗的對比 ）如圖9所示，三個燈泡相同，而且足夠耐壓，電源內(nèi)阻忽 略.單刀雙擲開關(guān) S接A時，三個燈亮度相同，那么S接8時（ ） 圖9 A.三個燈亮度相同 8 .甲燈最鳧，丙燈不鳧 C.甲燈和乙燈亮度相同，丙燈不亮 D.只有丙燈不鳧，乙燈最鳧 答案 D 解析 開關(guān)S接A時，甲、乙、丙三個支路均有交流電通過 ，開關(guān)S接B時，電路處于直 流工作狀

14、態(tài)，電容C “隔直、通交"；電感L “阻交、通直” ；R對交流、直流有相同的阻 抗.可判斷此時電路中I丙= 0,1甲不變,1乙增大；又因為燈泡亮度與功率 （P=I2R）成正比，所以 只有丙燈不亮，乙燈最亮. 40分鐘課時作業(yè) 題組一對感抗的理解 ，如圖i所示.一鐵棒插進線 1. 一個燈泡通過一個粗導線的線圈與一交流電源相連接 圈后該燈將（ ） 圖i A.變亮B.變暗 C.對燈的亮度沒影響 D.無法判斷 答案 B 解析 在線圈內(nèi)由于磁場變化而產(chǎn)生的感應電動勢 ，總是阻礙電流變化，正是這種阻礙變 化的特性，使線圈產(chǎn)生了感抗.加入鐵心改變了電感線圈的自感系數(shù) ，使自感系數(shù)增大

15、，感抗 增大，降落的電壓增大，燈泡兩端的電壓減小，所以燈變暗. 2 .如圖2所示,輸入端ab的輸入電壓既有直流成分，又有交流成分，以下 | 說法中正確的是（L的直流電阻不為零）（） 郎!］無一 A.直流成分只能從 L通過 B.交流成分只能從 R通過 圖2 C.通過R的既有直流成分又有交流成分 D.通過L的直流成分比通過 R的直流成分要大 答案 CD 解析 由于線圈L直流電阻不為零，所以有直流通過 R,而線圈對交流有阻礙作用，因此 也有交流成分通過 R,B錯,C正確；由于R對交流也有阻礙作用，所以也有交流成分通過 L,A 錯；因為線圈的直流電阻一般都很小，所以通過線圈的

16、直流成分比通過 R的要大，D正確. 題組二 對容抗的理解 3 .對交變電流通過電容器的理解正確的是 （ ） A.交變電流能夠使電容器極板間的絕緣介質(zhì)變成導體 B.交變電流定向移動的電荷通過電容器兩極板間的絕緣介質(zhì) C.交變電流能夠使電容器交替進行充電、放電 ，電路中就有了電流，表現(xiàn)為交變電流通 過了電容器 D.交變電流通過了電容器，實際上自由電荷并沒有通過電容器極板間的絕緣介質(zhì) （擊穿 除外） 答案 CD 解析 電流能“通過”電容器，并非自由電荷真的通過電容器兩極板間的絕緣介質(zhì) ，而是 交變電流交替對電容器充、放電 ，電路中有了電流，表現(xiàn)為交變電流通過了電容器. 4 .有

17、兩個電容器的電容分別為 Ci=5 和C2=3 口分別加在峰值一定的交流電源上 在下列各種情況下，哪一種情況通過電容器的電流最大 （ ） A.在Ci上所加交變電流頻率為 50 Hz B.在C2上所加交變電流的頻率為 50 Hz C,在C1上所加交變電流的頻率為 100 Hz D,在C2上所加交變電流的頻率為 100 Hz 答案 C 解析 電容越大，電流頻率越大，容抗越小，電流越容易通過電容器. Ci>C2,100 Hz>50 Hz, 所以C正確. 5 .如圖3所示的電路，F(xiàn)為一交流發(fā)電機，C為平行板電容器，為使電 流表A的示數(shù)增大，可行的辦法是（ ） A.使發(fā)電機F的轉(zhuǎn)速增

18、大 B.使發(fā)電機F的轉(zhuǎn)速減小 C.在平行板電容器間換用介電常數(shù)較小的電介質(zhì) D.使電容器兩極板間的距離增大 答案 A 解析 當發(fā)電機轉(zhuǎn)速增加時，交變電流的頻率增大，容抗減小，電流表A的讀數(shù)增大,A項 正確，B項錯誤；在平行板電容器間換用介電常數(shù)較小的電介質(zhì)時 ，電容器的電容減小，電容 器兩極板間距離增大時電容也減小 ，當電容減小時，容抗增大，對交變電源的阻礙作用增大 ，電 流表A示數(shù)減小，C、D兩項均錯誤. 題組三 電阻、感抗、容抗的對比 A.與甲燈串聯(lián)的元件 x是電容器，與乙燈串聯(lián)的元件 y是電感線圈 B.與甲燈串聯(lián)的元件 x是電感線圈，與乙燈串聯(lián)的元件 y是電容器

19、 C.與甲燈串聯(lián)的元件 x是二極管，與乙燈串聯(lián)的元件y是電容器 D.與甲燈串聯(lián)的元件 x是電感線圈，與乙燈串聯(lián)的元件y是二極管 答案 B 解析 由a、b接直流電流時的現(xiàn)象可知，元件x “通直流”，元件y “隔直流”，由a、b 接交流電源時的現(xiàn)象可知，元件x “阻交流”，元件y “通交流”，根據(jù)電容器和電感線圈的特 點，元件x是電感線圈，元件y是電容器，選項B正確. 7.如圖5所示，在電路兩端加上正弦交流電，保持電壓有效值不變，使 頻率增大 發(fā)現(xiàn)各燈的亮暗情況是：燈 Li變亮，燈L2變暗，燈L3不變，則 M、N、L中所接元件可能是（ ） A. M為電阻，N為電容器，L為電感線圈

20、 圖5 B. M為電感線圈。為電容器，L為電阻 C. M為電容器，N為電感線圈，L為電阻 D. M為電阻，N為電感線圈人為電容器 答案 C 解析 M N 6 .如圖4所示，甲、乙是規(guī)格相同的燈泡，接線柱a、b接電壓為U 的直流電源時，無論電源的正極與哪一個接線柱相連 ，甲燈均能正常發(fā)光， 乙燈完全不亮.當 a、b接電壓的有效值為 U的交流電源時，甲燈發(fā)出微 弱的光，乙燈能正常發(fā)光，則下列判斷正確的是（ ） 8.如圖6甲、乙所示是電子技術(shù)中的常用電路 ，a、b是各部分電路的輸入端，其中輸入 的交流高頻成分用“ 表示，交流低頻成分用“?”表示 ，直流成分用“―”表示.關(guān) 于兩圖中負載電阻 R上得到的電流特征，下列判斷正確的是（ ） 甲 圖 A.圖甲中R得到的是交流成分 B.圖甲中R得到的是直流成分 C.圖乙中R得到的是低頻成分 D.圖乙中R得到的是高頻成分 答案 AC 解析 當交變電流加在電容器上時 ，有“通交流、隔直流，通高頻、阻低頻”的特性，甲 圖中電容器隔直流，R得到的是交流成分，A正確,B錯誤；乙圖中電容器通過交流高頻成分 ， 阻礙交流低頻成分,R得到的是低頻成分，C正確,D錯誤.