高中物理 第二章 交变电流 第五节 电容器对交变电流的作用素材 粤教版选修3-2（通用）

高中物理 第二章 交变电流 第五节 电容器对交变电流的作用素材 粤教版选修3-2（通用）

第五节 电容器对交变电流的作用 ‎ ‎【思维激活】‎ ‎1.从电容器的构造看，它是由两个彼此绝缘的导体组成，在直流电路中它是不导通的，那么交变电流能使电容器通电吗？‎ 提示：交变电流能“通过”电容器，原理就是电容器的充电放电作用。‎ ‎【自主整理】‎ ‎1.恒定电流不能通过电容器，是因为电容器的两个极板被绝缘介质隔开了，交变电流能通过电容器，是由于两极板间的电压在变化，当电压升高时，电荷向电容器聚集，电路上形成了变电电流；当电压降低时，电荷离开极板，电路上形成放电电流，这样电路中就有了电流。‎ ‎2.电容对交变电流的阻碍作用：‎ ‎（1）通过实验可以看到交变电流能够通过电容器，其实自由电荷并未通过极板间的绝缘介质，只是 在交变电压的作用下，电容器交替进行充电放电，电路中就有电流。‎ ‎（2）电容对交变电流的阻碍作用的大小用电容来表示，电容器的电容越大，交变电流的频率越高，电容器对交变电流的阻碍作用就越小，对直流的阻碍作用也就越大。‎ ‎【高手笔记】‎ 要理解电容器对交变电流的影响。‎ ‎（1）直流电不能通过电容器是因为电容器的两个极板间是绝缘的。‎ ‎（2）交变电流加到电容器上后，电荷也不能通过电容器间的绝缘介质。但是由于交变电流的电压的大小和方向不断变化，使电容器不断地充电和放电，电路上就产生了电流。‎ 交流电能够通过电容器，但电容器对交变电流也有阻碍作用，这个阻碍作用叫容抗。‎ 交变电流频率越高，电容器容抗越小。电容器有“通交流、隔直流”“通高频、阻低频”的作用。‎ 容抗是表示电容对交变电流阻碍作用大小的物理量，容抗的大小与自身的电容、交变电流的频率有关，可用表示，单位是欧姆。‎ 交变电流能够通过电容器，电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器。‎ 直流不能通过电容器是很容易理解的，因为电容器两个极板被绝缘介质隔开了，当电容器接到交流电源上时，实际上自由电荷也没有通过电容器的两极板间的绝缘电介质，只不过在交变电压的作用下，电容器交替进行充电和放电，电路中就有了电流，表现为交流“通过”了电容器。简言之：电流“通过”电容器，电荷没有穿越电容器。‎ ‎【名师解惑】‎ 交变电流是怎样通过电容器的？‎ 剖析：将电容器的两极接在电压恒定的直流电源两端，电路中没有持续的电流，这是由于电容器两极间充有绝缘的电介质.但如果把电容器接在交变电流两端，则电路里会有持续的电流，好像交变电流“通过”了电容器.这里特别要注意，在这种情况下电路中的自由电荷也并没有通过电容器两极间的绝缘电介质，而是在交变电压的作用下，当电源电压升高时，电容器充电，电路中形成充电电流，当电源电压降低时，电容器放电，电路中形成放电电流，在交变电源的一周期内，电容器要交替进行充电、放电，反向充电、反向放电，电路中就有了持续的交变电流，就好像电流通过了电容器。‎ ‎1.对容抗的理解应注意以下三点：‎ ‎（1）容抗是表示电容器对交流电阻碍作用大小的物理量。‎ ‎（2）容抗的大小由电容器的电容和交变电流的频率共同决定。‎ 电容器的电容越大，同样电压下电容器容纳的电荷越多，充电和放电电流越大，因而容抗越小；交变电流频率越高，充电和放电进行越快，充电和放电电流就越大，容抗越小。‎ 容抗，表示容抗与f和C都成反比。‎ ‎（3）容抗XC的单位是欧姆，在交变电流中类似于一个电阻。‎ ‎2.电容器在电路中的作用 ‎（1）“通交流、隔直流”的作用 直流电不能通过电容器，交流电能够通过电容器，起这样作用的电容器的电容要大些。‎ ‎（2）“通高频、阻低频”作用 对频率不同的交流电，频率越高，容抗越小，频率越低，容抗越大，因此对高频交变电流的阻碍作用小，对低频交变电流的阻碍作用大，起这样作用的电容器电容要小些。‎ ‎【讲练互动】‎ 例1.在交变电路中，如果电源电动势的最大值不变，频率可以改变，在如图所示的电路a、b两点间逐次将图‎2-5-1‎中的电路元件（1）～（3）单独接入，当使交变电流的频率增加时，可以观察到下面所述的哪种情况（ ）‎ 图‎2-5-1‎ A.A1读数不变，A2增大，A3减小 B.A1读数减小，A2不变，A3增大 C.A1读数增大 ，A2不变，A3减小 D.A1，A2，A3的读数均不变 解析：分清三种元件对交流电的作用，将电容接入a、b两点间，频率增加，变流电更容易通过，即容抗就越小，故A1读数增大；接入电阻，只要交流电的有效值不变，A2的示数就不变，与交流电的频率无关；接入电感线圈，频率增加，感抗增大，A3示数减小，故C选项正确。‎ 答案：C ‎【变式训练】‎ ‎1.在右图‎2-5-2‎所示电路中，电阻R、电感线圈L、电容器C并联接在某一交流电源上，三个相同的交流电流表的示数相同。若保持电源的电压不变，而将其频率增大 ，而三个电流表的示数I1、I2、I3的大小关系是（ ）‎ 图‎2-5-2‎ A.I1=I2=I3‎ B.I1>I2=>I3‎ C.I2>I1>I3‎ D.I3>I1>I2‎ 答案：D ‎【体验探究】‎ ‎【问题】探究交变电流如何通过电容器？‎ ‎【导思】交变电流的方向周期性改变，使电容器两极板上所带电荷电性周期性改变，极板不断充电放电，在电路中有同期性改变的电流。‎ ‎【探究】（1）观察交变电流通过电容器 如图‎2-5-3‎所示，把白炽灯和电容器串联在电路里，利用双刀双掷开关S把它接通直流电源，灯泡不亮。说明直流不能通过电容器，把它接通交流电源，灯泡亮了，说明交流电能够“通过”电容器。‎ 图2-5-3‎