2020学年高中物理 第五章 交变电流 课时提升作业九 电感和电容对交变电流的影响
课时提升作业 九 电感和电容对交变电流的影响
(40分钟 100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题7分,共56分)
1.(多选)关于对感抗的理解,下列说法正确的有 ( )
A.感抗是由于电流变化时在线圈中产生了自感电动势而对电流的变化产生的阻碍作用
B.感抗仅与电源的频率有关,与线圈自感系数无关
C.电感产生的感抗对交变电流有阻碍作用,但不会因此消耗电能
D.感抗和电阻等效,对任何交变电流都是一个确定值
【解析】选A、C。感抗产生的机理就是通过电感的电流发生变化,电感中会产生自感电动势阻碍原电流的变化,这种对变化电流的阻碍作用就是感抗。此过程中电感存储的电能没有消耗,交变电流频率越大,自感电动势越大,产生的阻碍作用越强;感抗越大,自感系数越大,产生的自感电动势也越大,阻碍作用也越大,所以只有A、C正确。
2.(多选)(2020·信阳高二检测)对电容器能通交变电流的原因,下列说法中正确的是 ( )
A.当电容器接到交流电源上时,因为有自由电荷通过电容器,电路中才有交变电流
B.当电容器接到交流电源上时,电容器交替进行充电和放电,电路中才有交变电流
C.在有电容器的交流电路中,没有电荷定向移动
D.在有电容器的交流电路中,没有电荷能过电容器
【解析】选B、D。电容器实质上是通过反复充、放电来实现通电的,并无电荷通过电容器,选项B、D正确,A、C错误。
3.(多选)下列关于低频扼流圈的说法正确的是 ( )
A.自感系数很小,对直流有很大的阻碍作用
B.自感系数很大,对低频交流有很大的阻碍作用
C.自感系数很大,对高频交流有很小的阻碍作用
D.自感系数很大,对直流无阻碍作用
【解析】选B、D。低频扼流圈自感系数很大,对低频交流有很大的阻碍作用,对高频交流阻碍作用更大,但对直流电除去线圈电阻的作用外,没有阻碍作用。
4.如图甲、乙所示,从某一装置中输出的电流既有交流成分又有直流成分,现要只把交流成分输送给下一级,有关甲图、乙图的说法正确的是 ( )
A.应选用甲图电路,其中C的电容要大
B.应选用甲图电路,其中C的电容要小
C.应选用乙图电路,其中C的电容要大
D.应选用乙图电路,其中C的电容要小
【解析】选C。电容器在电路中要起到“隔直流,通交流”的作用,应选乙图电路。要使交流成分都顺利通过电容器而输送到下一级,则电容器的容抗要大,故C的电容要大。
5. (2020·安庆高二检测)如图所示交流电源的电压有效值跟直流的电压相等,当将双刀双掷开关接到直流电源上时,灯泡的实际功率为P1,而当将双刀双掷开关接到交流电源上时的实际功率为P2,则( )
A.P1=P2 B.P1>P2 C.P1
P2 ,选项B正确,A、C、D错误。
6. (多选)(2020·太原高二检测)某电子电路的输入端输入的电流既有直流成分,又含交流高频、低频成分,若通过如图所示的装置,只把交流低频成分输送到下一级,那么关于该电路中各器件的作用,下列说法中正确的是 ( )
A.L“通直流、阻交流”,起到消除交流成分的作用
B.C1是隔直电容器
C.C2起到消除高频成分的作用
D.以上说法都不对
【解析】选B、C。L“通直流,阻交流”,起到消除直流成分的作用,A错误;C1 “隔直流,通交流”,B正确;频率越大,容抗越小,C2允许高频通过,再次起到过滤作用,C正确,D错误。
7.如图所示,把电阻R、电感线圈L、电容器C并联接到一个交流电源上,三个电流表示数相同,若保持电源电压大小不变,而将电源频率增大,则三个电流表示数I1、I2、I3的关系是 ( )
A.I1=I2=I3 B.I1>I2>I3
C.I2>I1>I3 D.I3>I1>I2
【解析】选D。交流电源频率增大,电阻R对电流的阻碍作用不变,所以电流表A1示数不变。频率增大,电感线圈对交变电流阻碍作用增大,所以电流变小,电流表A2示数变小。频率增大,电容器对交变电流阻碍作用变小,所以电流变大,电流表A3示数变大,故选项D正确。
8.如图所示,L甲、L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,L甲灯均能正常发光,L乙灯都完全不亮。当a、b接电压的有效值为U的交流电源时,L甲灯发出微弱的光,L乙灯能正常发光,则下列判断正确的是 ( )
A.与L甲灯串联的元件x是电容器,与L乙灯串联的元件y是电感线圈
B.与L甲灯串联的元件x是电感线圈,与L乙灯串联的元件y是电容器
C.与L甲灯串联的元件x是二极管,与L乙灯串联的元件y是电容器
D.与L甲灯串联的元件x是电感线圈,与L乙灯串联的元件y是二极管
【解题指南】解答此题应明确以下三点:
(1)电源的正、负极交换,对电路没有影响,故电路中没有二极管。
(2)电感线圈对交变电流有阻碍作用。
(3)电容器能“隔直流、通交流”。
【解析】选B。由于接直流电源时,对换电源正、负极,对电路无影响,故电路中没有二极管,C、D错误。再根据电路中接直流电源和交流电源时灯泡的发光情况,可知x是电感线圈,y是电容器,A错,B正确。
二、非选择题(本题共2小题,共44分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
9. (16分)如图所示,线圈L的自感系数和电容器的电容C都很小(如L=
100 μH,C=100 pF),此电路的主要作用是__________________。
【解析】由于线圈L的自感系数很小,线圈L对直流和低频交流的阻碍作用较小,又因为电容器的电容C也很小,所以电容器对低频和直流的阻碍作用较大,而对高频的阻碍作用很小,此处对高频电流相当于短路,所以输出的才是低频和直流电流。
答案:阻高频、通直流和交流,输出的低频和直流电流
10. (28分)如图所示,从AO输入的信号中,有直流和交流两种成分。现在要求信号到达BO两端只有交流,没有直流,需要在AB端接一个什么元件?该元件的作用是什么?
【解题指南】解答本题要根据电容对直流和交流的作用原理进行分析。
【解析】因为BO端不需要直流,只需要交流,故根据电容C有“通交流,隔直流”作用,应在AB端接入一个电容器C。该电容器对直流有阻隔作用,对交流有通过作用。
答案:电容器 通交流,隔直流
【互动探究】若要求信号到达BO端只有直流,而没有交流,则应在AB端接入一个什么元件?该元件的作用是什么?
【解析】因为BO端不需要交流,只需要直流,故根据电感L有“通直流,阻交流”的作用,应在AB端接入一个低频扼流圈。该元件的作用是通直流、阻交流。
答案:低频扼流圈 通直流,阻交流
【能力挑战区】
1.如图所示,三个灯泡是相同的,额定功率足够大,直流电源E1内阻可以忽略,交流电源E2的电动势有效值与E1相等,自感线圈电阻不计,当开关S接点A时,三灯亮度相同,当开关S接点B时 ( )
A.甲、乙、丙三灯亮度相同
B.甲灯变亮,丙灯不亮
C.甲灯和乙灯亮度相同,丙灯不亮
D.乙灯变亮,丙灯不亮
【解析】选D。当开关S接点A时,三个相同的灯泡亮度相同,说明通过三个灯泡的电流大小相等,三个支路对所加频率的交流电的阻碍作用相同。当开关S接点B时,由于所加的是直流电,含电阻支路的阻碍作用不变,含电感线圈支路的阻碍作用减小(线圈有“阻交流,通直流”的作用),含电容支路的阻碍作用变为无穷大(电容有“通交流,阻直流”的作用)。所以甲灯亮度不变,乙灯变亮,丙灯不亮。
2.如图所示是一个判定AB之间电源性质的仪器。若接通电源后只有绿灯亮,则AB
之间是什么电源?若只有红灯亮或黄灯亮,AB之间电源又如何?
【解析】由于电容器C具有隔直流的特性,故绿灯亮时AB之间必是交流电源,至于此时为什么红灯和黄灯不亮,则是由于线圈L具有阻交流的作用。当AB之间接入直流电时,绿灯不亮是显见的,此时红灯亮还是黄灯亮,则必须考虑二极管D1和D2的单向导电性。
答案:AB间接交变电流时,绿灯亮;AB间接直流电且A端是正极时红灯亮;AB间接直流电且B端是正极时黄灯亮。
【总结提升】交流电路中电感器和电容器的解题方法
(1)明确交流电源的特点及电路中电感器和电容器的连接方式。
(2)利用电感器和电容器的特点,结合电路图及电学知识分析电流和电压的变化情况。
(3)按照题意要求设计电路,确定电感器或电容器在电路中的具体位置。
