高二物理第三节 电感电容对交流电的作用、单元习题课人教版知识精讲

高二物理第三节 电感电容对交流电的作用、单元习题课人教版知识精讲

高二物理第三节 电感电容对交流电的作用、单元习题课人教版 ‎ ‎【同步教育信息】‎ 一. 本周教学内容 第三节 电感电容对交流电的作用、单元习题课 二. 知识要点 ‎1. 知道电感对交变电流有阻碍作用，知道感抗与哪些因素有关。‎ ‎2. 知道交变电流能通过电容器。知道电容器对交变电流有阻碍作用，知道容抗与哪些因素有关。‎ ‎3. 掌握有关交流电源和交流电路的分析方法。‎ 三. 疑难辨析 ‎1. 交流电通过电感线圈时，由于磁通量的变化，线圈中产生自感电动势，阻碍电流的变化，形成对电流的阻碍作用。电感对交流电的这种阻碍作用的大小用感抗表示，实验表明：线圈自感系数越大，交流电频率越高，阻碍作用越强，感抗越大。故电感线圈在电路中有“通直流、阻交流”和“通低频、阻高频”的特性。‎ ‎2. 把白炽灯和电容器串联后接通直流电源，白炽灯不亮，说明直流电不能通过电容器，若接通交流电源，灯泡就亮了，但比不接电容器时暗得多，这说明交流电可以通过电容器，但电容器对交流电有阻碍作用，电容器接在交流电路中，电容器会交替进行充电和放电，使电路中有电流，似乎交流电通过了电容器。当交流电源驱动电荷定向移动时，受到电容器极板上积聚电荷的反抗，故电容器对交流电有阻碍作用，电容器对交流电的这种阻碍作用称为容抗。实验表明：电容器的电容越大，交流电的频率越高，阻碍作用就越小，即容抗越小，故电容器在电路中有“隔直流、通交流”和“通高频、阻低频”的特性。‎ ‎3. 掌握有关交流电源和交流电路的分析方法。‎ ‎4. ‎ 处理交流电路问题与直流电路并无太大的区别，仍然是利用闭合电路的欧姆定律和串、并联电路的知识处理问题，交流发电机的内电阻即线圈电阻，但电动势E、电压U及电流I均指有效值。‎ ‎5. 交流电的功率P＝IU，通过导体产生的热量Q＝I2Rt，公式形式与直流完全相同，不同之处是这里的I、U均指有效值。‎ ‎6. 在交流电路中，常要求解通过导体的电量．可根据q＝It计算，公式中的平均电量则等于平均电动势与电阻的比值，I＝，即通常讲的在交流电路中“求热量用有效值，求电量用平均值”的意思。‎ ‎7. 对与交变电流有关的电磁感应问题，知道一个知识点是很有好处的：交流电电流随时间变化的i—t图线的斜率表示电流的变化率，由于电流越大，产生的磁场越强，故磁场变化率。据此可推知，越大，感应电动势越大。‎ ‎【典型例题】‎ ‎[例1] 如图1所示电路，U为直流电压，电路中有一个电阻和一个电容器，试分析说明在电路能够正常工作时，两个直流电流表A、读数的大小关系。‎ 解：根据电容器的性质，可以得出直流电是不能够通过电容器的，所以电路中的电流将全部通过电阻，两个电流表A、的读数相同。‎ 图1‎ 请思考：如图2所示电路中，U是有效值为220V的交变电源，C是电容器，R是电阻，V是交流电压表，分析说明交流电压表的读数与电源有效值220V的关系。（交流电压表的读数小于220V。）‎ 图2‎ ‎[例2] 请说明为什么电感线圈（电阻可忽略）对直流电无阻碍作用。‎ 解：交流电通过电感线圈时，由于磁通量的变化，线圈中产生自感电动势，阻碍电流的变化，线圈对交流电的阻碍作用即源于此，直流电通过线圈时，磁通量不变化，线圈中没有自感电动势，故电感线圈对直流电无阻碍作用。‎ ‎[例3] 如图3所示，匝数为100匝，边长为‎0.2m的正方形线圈，在磁感应强度为2T的匀强磁场中从中性面开始以10πt／s的角速度绕‎00’‎轴匀速转动．若正方形线圈自身电阻为2Ω，负载电阻R＝6Ω，则开始转动s内，电路中产生的热量为多少?通过电阻R的电量为多少?（取≈10）‎ 答案：Q＝197.2J，q＝‎‎1C 解析：线圈在磁场中匀速转动，产生正选交流电动势。交流通过电阻做功，产生热量。‎ 电动势最大值Em=NBSω=100×2×0.22×10π=80πV有效值E=0.707Em=0.707×80π 电流做功发热 ‎ 通过电阻的电量等于通过线圈的电量 图3‎ ‎[例4] 一长直导线通以如图4（a）所示的交变电流，在导线下方有一断开的线圈如图4（b）所示。若规定电流从左向右为正，则相对b来说，a点电势最高的时刻在（ ）‎ A. t1时刻 B. t2时刻 C. t3时刻 D. t4时刻 答案：D 解析：a点电势最高，感应电流方向为逆时针方向，感应电流的磁场方向向外。‎ 从直导线电流的看感应电流，t1时刻直导线电流变化率为零，磁通量的变化率为零，在a、b中的无感应电流。t2时刻直导线电流是由减小到反向增大，在电流减小时，a、b中感应电流的磁场与原磁场方向相同，b点电势高；电流反向时为负值， a、b中电流与直导线电流反向也是b点电势高。t3时刻a、b中无电流。选D 图4‎ ‎[例5] 在图5中，单匝正方形线框abcd边长L＝‎0.1m，每边电阻ｒ＝lΩ，在磁感应强度B＝0.3T的匀强磁场中绕cd边匀速转动，角速度 ‎，c、d两点与外电路相连，外电阻R＝1Ω，求：‎ ‎（1）S断开时，交流电压表的示数；‎ ‎（2）S闭合时，外电路R消耗的电功率；‎ 图5‎ 答案：（1）0.52V；（2）0.09W 解析：‎ ‎（1）线圈绕cd轴转动，是由于ab边切割磁感线而产生感应电动势Em=BLv=BL2ω=0.3×0.01×700=2.1 ，E=，‎ Ucd=E—i（rbc+rab+rad）= E / 4= 0.52V ‎（2）S闭合的等效电路如图所示 R外=rcdR/（rcd+R）=0.5Ω r内=3Ω，，PR=‎ ‎【模拟试题】‎ ‎（答题时间：30分钟）‎ ‎1. 下列关于电感线圈的性质分析中，正确的是（ ）‎ A. 电感线圈对交变电流的阻碍作用是由线圈电阻产生的 B. 由于电感线圈的阻碍，所有交变电流都不能够通过线圈 C. 电感线圈对频率大的交变电流阻碍作用大 D. 电感线圈对周期大的交变电流阻碍作用大 ‎2. 下列关于电容器的说法中，正确的是（ ）‎ A. 由于电容器的两个极板是断开的，所以所有的直流电都不能够通过电容器 B. 交变电流能够通过电容器，电容器对交变电流无阻碍作用 C. 电压相同的交变电流若周期不同，通过电容器受到的阻碍作用不同，周期越大阻碍越小 D. 对于确定的电容器，交变电流通过时产生的容抗越小，说明交变电流的频率越大 ‎3. 如图1所示，一灯泡和一电感线圈串联，用交流电供电，若提高交流电的频率，则（ ）A. 电感线圈的感抗增大 B. 电感线圈的感抗减小 C. 电灯泡变亮 D. 电灯泡变暗 图1‎ ‎4. 如图2所示电路，电容器C与灯泡并联后再与电阻串联，电路采用交变电流供电，并且电压保持不变，当交流电流的频率增高时（ ）‎ A. 电容器的容抗增大 B. 电容器电容减小 C. 电灯泡变暗 D. 电灯泡变亮 图2‎ ‎5. 下列关于交变电流最大值的说法中，正确的是（ ）‎ A. 当发电机中线圈平面转动到与磁场方向平行时，线圈输出的电压具有最大值 B. 发电机输出电流为最大值时，穿过发电机线圈的磁通量具有最大值 C. 发电机线圈转动到中性面时，交变电流具有最大值 D. 计算发电机交变电动势最大值的公式为E＝NBSω ‎6. 一个固定电阻接在10V的直流电压上，电阻消耗的功率是P，当把它接到一个正弦式交变电流电压上时，消耗的功率是，则该交变电流电压的最大值是（ ）‎ A. 5V B. 7.1V C. l0V D. 12V ‎7. 一交流电压的瞬时值表达式为u＝15sinl00πtV，将该交流电压加在一电阻上时，产生的电功率为25W。那么这个电阻的阻值是 。‎ ‎8. 交变电流发电机在发电时，发电机的线圈平面与磁感线成60°角，如图3所示，在这一时刻交变电流的瞬时值为‎0.5A，试求：‎ ‎（1）该交变电流的最大值；‎ ‎（2）该交变电流的有效值。‎ 图3‎ ‎9. 两个完全相同的电热器，若分别通过如图4中（a）和（b）所示的电流峰值相等的方波式电流和正弦式电流，试求两个电热器的电功率之比Pa：Pb。‎ 图4‎ 试题答案 ‎1. C 2. A、D 3. A、D 4. C 5. A、D 6. B 7. ‎ ‎8.（1）Im＝‎1.0A （2）A ‎9. Pa : Pb＝2:1‎