【高二】人教版高中物理选修3-2第五章交变电流作业题及答案解析 第5章 第3节电感和电容对交变电流的影响.docx

第3节　电感和电容对交变电流的影响

1．如图1所示，电键接直流上灯泡的亮度______(填大于、小于或等于)接到交流上灯泡亮度，说明线圈对直流电和交变电流的阻碍作用不同．

图1
电感对交变电流阻碍作用的大小，用__________来表示，线圈的自感系数越大，自感作用就越大，感抗就______；交变电流的频率越高，电流变化越快，自感作用越大，感抗______，电感有______________________________的作用．
2．如图2所示，开关S接到直流电源上，观察的现象是灯泡______；接通交变电流源，观察的现象是灯泡____，说明了直流电__________电容器，交变电流能够“______”电容器．
电容对交变电流的阻碍作用的大小用______来表示，电容越大，容抗就______；交变电流的频率越高，容抗______，电容器有“________________”的作用．

图2
3．电感和电容对交流电的阻碍作用的大小不但跟电感、电容本身有关，还跟交流电的频率有关，下列说法中正确的是(　　)
A．电感是通直流、阻交流，通高频、阻低频
B．电容是通直流、阻交流，通高频、阻低频
C．电感是通直流、阻交流，通低频、阻高频
D．电容是通交流、隔直流，通低频、阻高频
4．如图3所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是(　　)

图3
A．等于220 V B．大于220 V
C．小于220 V D．等于零
5．如图4甲、乙两图是电子技术中的常用电路，a、b是各部分电路的输入端，其中输入的交流高频成分用“”表示，交流低频成分用“～”表示，直流成分用“－”表示．关于两图中负载电阻R上得到的电流特征是(　　)

图4
A．图甲中R得到的是交流成分
B．图甲中R得到的是直流成分
C．图乙中R得到的是低频成分
D．图乙中R得到的是高频成分

【概念规律练】
知识点一　电感对交变电流的阻碍作用

图5
1．如图5所示的电路中，L为电感线圈，R为灯泡，电流表内阻为零．电压表内阻无限大，交流电源的电压u＝220sin 10πt V．若保持电压的有效值不变，只将电源频率改为25 Hz，下列说法中正确的是(　　)
A．电流表示数增大
B．电压表示数减小
C．灯泡变暗
D．灯泡变亮
2．一个灯泡通过一个线圈与一交流电源相连接，如图6所示．一个铁块插进线圈之后，该灯泡将(　　)

图6
A．变亮 B．变暗
C．对灯泡没影响 D．无法判断
知识点二　电容器对交变电流的阻碍作用
3．如图7所示的电路，F为一交流发电机，C为平行板电容器，为使电流表A的示数增加，可行的方法是(　　)

图7
A．使发电机F的转速增加
B．使发电机F的转速减小
C．在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质
D．使电容器两极板间距离增大
4．如图8所示，(a)、(b)两电路是电容器的两种不同连接方式，它们各在什么情况下采用？应该怎样选用电容器？

图8

知识点三　电阻、电感、电容器在电路中的不同特点
5．在图9所示的电路中，a、b两端连接的交流电源既含高频交流，又含低频交流；L是一个25 mH的高频扼流圈，C是一个100 pF的电容器，R是负载电阻．下列说法正确的是

图9
A．L的作用是“通低频，阻高频”
B．C的作用是“通交流，隔直流”
C．C的作用是“通高频，阻低频”
D．通过R的电流中，低频交流所占的百分比远远大于高频交流所占的百分比
6．如图10所示的电路中，A、B、C三灯亮度相同，电源为220 V,50 Hz的交流电源，以下叙述中正确的是(　　)

图10
A．改接220 V,100 Hz的交流电源时，A灯变亮，B灯变暗，C灯亮度不变
B．改接220 V,100 Hz的交流电源时，A灯变暗，B灯变亮，C灯变亮
C．改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯亮度不变
D．改接220 V的直流电源时，A灯熄灭，B灯变亮，C灯变暗
【方法技巧练】
电感、电容的处理技巧
7．如图11所示，输入端ab的输入电压既有直流成分，又有交流成分，以下说法中，正确的是(L的直流电阻不为零)(　　)

图11
A．直流成分只能从L通过
B．交流成分只能从R通过
C．通过R的既有直流成分又有交流成分
D．通过L的直流成分比通过R的直流成分要大

图12
8．如图12所示的电路中，正弦交流电源电压的有效值为220 V，则关于交流电压表的示数，以下说法中正确的是(　　)
A．等于220 V B．大于220 V
C．小于220 V D．等于零

1．对于扼流圈的以下说法，正确的是(　　)
A．扼流圈是利用电感阻碍交变电流的作用制成的
B．低频扼流圈用来“通低频、阻高频”
C．高频扼流圈用来“通直流、阻交流”
D．高频扼流圈对低频交变电流阻碍作用较小，对高频交变电流的阻碍作用很大
2．对交流电通过电容器的理解正确的是(　　)
A．交变电流能够使电容器极板间的绝缘介质变成导体
B．交变电流定向移动的电荷通过电容器两板间的绝缘介质
C．交变电流能够使电容器交替进行充电、放电，电路中就有了电流，表现为交变电流通过了电容器
D．交变电流通过了电容器，实际上自由电荷并没有通过电容器极板间的绝缘介质(击穿除外)
3．如图13所示，平行板电容器与灯泡串联，接在交流电源上，灯泡正常发光，则(　　)

图13
A．把电介质插入电容器，灯泡一定变亮
B．把电容器两极板间距离增大，灯泡一定变亮
C．把电容器两极板间距离减小，灯泡一定变亮
D．使交流电频率增大，灯泡变暗
4．如图14所示，白炽灯和电容器串联后接在交变电源的两端，当交变电源的频率减小时(　　)

图14
A．电容器电容增加 B．电容器电容减小
C．电灯变暗 D．电灯变亮
5．交变电流通过一段长直导线时，电流为I，如果把这根长直导线绕成线圈，再接入原电路，通过线圈的电流为I′，则(　　)
A．I′>I B．I′<I
C．I′＝I D．无法比较
6．在频率为f的交变电流电路中，如图15所示，当开关S依次分别接通R、C、L支路，这时通过各支路的电流有效值相等．若将交变电流的频率提高到2f，维持其他条件不变，则下列几种情况不正确的是(　　)

图15
A．通过R的电流有效值不变
B．通过C的电流有效值变大
C．通过L的电流有效值变小
D．流过R、C、L的电流有效值都不变
7．如图16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，现要把交流成分输送给下一级，有关甲、乙图的说法正确的是(　　)

图16
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
8. 两个相同的灯泡L1和L2，接到如图17所示的电路中，灯L1与电容器串联，灯L2与电感线圈串联，当a、b处接电压最大值为Um、频率为f的正弦交流电源时，两灯都发光，且亮度相同．更换一个新的正弦交流电源后，灯L1的亮度高于灯L2的亮度，新电源的电压最大值和频率可能是(　　)

图17
A．最大值仍为Um，而频率大于f
B．最大值仍为Um，而频率小于f
C．最大值大于Um，而频率仍为f
D．最大值小于Um，而频率仍为f
9．如图18所示，“二分频”音箱内有两个不同口径的扬声器，它们的固有频率分别处于高音、低音频段，分别称为高音扬声器和低音扬声器，音箱要将扩音机送来的含有不同频率的混合音频电流按高、低频段分离出来，送往相应的扬声器，以便使电流所携带的音频信息按原比例还原成高、低频的机械振动．图为音箱的电路图，高、低频混合电流由a、b端输入，L1和L2是线圈，C1和C2是电容器(　　)

图18
A．甲扬声器是高频扬声器
B．C2的作用是阻碍低频电流通过乙扬声器
C．L1的作用是阻碍低频电流通过甲扬声器
D．L2的作用是减少通过乙扬声器的低频电流
10．彩色电视机的电源输入端装有电源滤波器，其电路图如图19所示，主要元件是两个线圈L1、L2，它们的自感系数很大，F是保险丝，R是压敏电阻(正常情况下阻值很大，但电压超过设定值时，阻值会迅速减小，可以保护与其并联的元件)，C1、C2是电容器，S为电视机开关，某一次用户没有先关电视机(没有断开S)就拔掉电源插头，结果烧坏了图中的电路元件，可能被烧坏的元件是(　　)

图19
A．R B．L1或L2
C．C2 D．C1
11．在收音机线路中，经天线接收下来的电信号既有高频成分又有低频成分，经放大后送给下一级，需要把低频成分和高频成分分开，只让低频成分输入给下一级，我们采用了如图20所示装置电路，其中代号a、b应选择的元件是(　　)

图20
A．a是电容较大的电容器，b是低频扼流线圈
B．a是电容较大的电容器，b是高频扼流线圈
C．a是电容较小的电容器，b是高频扼流线圈
D．a是电容较小的电容器，b是低频扼流线圈
题　号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答　案

12．如图21所示，是一个判定AB之间电源性质的仪器，自感系数和电容都较大．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？

图21

第3节　电感和电容对交变电流的影响 答案
课前预习练
1．大于　感抗　越大　越大　通低频，通直流，阻高频
2．不亮　亮　不能通过　通过　容抗　越小　越小　隔直流，通交流
3．C　[电感线圈的作用是“通直流、阻交流，通低频、阻高频”，电容器的作用是“通交流、隔直流，通高频、阻低频”，所以C项正确．]
4．C　[电感对交变电流有阻碍作用，线圈与灯泡串联，其电压之和等于电源电压，即UL＋UR＝U，故交流电压表的示数小于220 V，C正确．]
5．AC　[当交变电流加在电容器上时，有“通交流、隔直流，通高频、阻低频”的特性，甲图中电容器隔直流，R得到的是交流成分．A正确，B错误；乙图中电容器能通过交流高频成分，阻碍交流低频成分，R得到的是低频成分，C正确，D错误．]
课堂探究练
1．C　[根据所加的交流电u＝220sin 10πt V，可知ω＝10π，由ω＝2πf可得f＝5 Hz.若只将电源的频率改为f′＝25 Hz，则可知电感线圈对交变电流的阻碍作用变大，即感抗变大，电感线圈跟灯泡串联，由串联分压原理知，线圈两端电压变大，所以电压表示数变大，电流表示数变小，灯泡变暗．]
点评　电感线圈对交变电流的阻碍作用跟交变电流的频率有关：频率越高阻碍作用就越大．
2．B　[加入铁芯改变了电感线圈的自感系数，自感系数增大，感抗增大，降落在电感线圈上的电压增大，降落在灯上的电压减小，所以灯变暗．]
点评　电感线圈的自感系数与线圈大小、形状、圈数以及是否有铁芯等因素有关．加入铁芯后，自感系数增大，自感系数增大，对交流的阻碍作用变大．
3．A　[当发电机转速增加时，交变电流的频率增大，容抗减小，电流表A的读数增大，A项正确，B项错误；在平行板电容器间换用介电常数较小的电介质时，电容器的电容减小；使电容器两极板间距离增大时，电容也减小，当电容减小时，容抗增大，对交变电流的阻碍作用增大，电流表A示数减小，C、D两项均错误．故正确答案为A.]
点评　容抗由电容和交流电的频率来决定．电容越大，容抗越小，交流电的频率越高，容抗越小．
4．见解析
解析　(a)C1起隔直的作用，对下级输出的是交流，应选用电容较大的电容器．(b)C2起过滤高频的作用：若对下级输出直流，C2选用容量大的；若对下级输出低频，C2选用容量小的．
图中的C1串联在电路中，它的作用是“通交流、隔直流”，为了使交流成分都能顺利地通过，容抗必须较小，应选用电容较大的电容器．
图中的C2并联在电路中，如果输入端输入的电流中包含有高频和低频两种交流成分，该电容器的作用是“通高频、阻低频”，即对高频电流起旁路作用，而让需要的低频信号输入到下一级，一般取电容较小的电容器；如果输入的电流是直流和交流两种成分，该电容器的作用是滤去交流成分，把直流成分输入到下一极，这时要选用电容较大的电容器．
另外，选用电容器还须注意它的耐压值，以防被击穿．
点评　交流电路中常包含有直流成分和交流成分，电容器在电路中有“通交流、隔直流”或“通高频、阻低频”的作用．
5．ACD　[L是一个自感系数很小的高频扼流圈，其作用是“通低频，阻高频”，A正确；C是一个电容很小的电容器，在题图所示电路中，对高频交流的容抗远小于对低频交流的容抗，其作用是“通高频、阻低频”，C正确；因电路中无直流电流，B错误；由于L对高频交流的阻碍作用和C对高频交流的旁路作用，使得通过R的电流中，低频交流所占的百分比远大于高频交流的百分比，D正确．]
点评　(1)电阻对交流、直流有相同的阻碍作用，交变电流频率变化时，阻碍作用不变．
(2)电感线圈通直流阻交流，通低频阻高频．
(3)电容器通交流隔直流，通高频阻低频．
6．AC　[电源由“220 V,50 Hz”改为“220 V,100 Hz”时，由XL＝2πfL，XC＝可知XL变大，XC减小，A变亮，B变暗，C不变，A对，改接220 V直流电源时，电容器处于断路，A灯熄灭，C灯亮度不变，由于L对直流没有感抗，所以B灯变亮，C对．]
点评　交流电频率变大时，感抗变大，容抗变小，电阻不受影响；电感对直流的阻碍作用几乎为零，电容不通直流．
7．CD　[由于线圈直流电阻不为零，所以有直流通过R，而线圈对交流有阻碍作用，因此也有交流成分通过R，B错，C正确；由于R对交流也有阻碍作用，所以也有交流成分通过L，A错；因为一般导线的直流电阻都很小，所以通过线圈的直流要比通过R的要大，D正确．]
方法总结　当电感线圈对直流电阻很小时，在直流电路中可做为一个小电阻来理解，当电感线圈对直流电阻为零时，在直流电路中可做为一根导线来理解．
8．C　[虽然交变电流能通过电容器，但也受到阻碍作用，电容器与电阻串联，根据分压原理可知电阻两端的电压小于电源电压，电压表测的是电阻两端的电压，C正确．]
方法总结　电容对直流有“隔断”作用，对交流有阻碍作用，当交流电“通过”时，电容器两端也有电压．
课后巩固练
1．AD　[低频扼流圈用来“通直流、阻交流”，对低频电流阻碍作用也很大，而高频扼流圈是对高频阻碍作用很大，对低频阻碍作用较小，用来“通低频，通直流，阻高频”．高频扼流圈的自感系数较小，低频扼流圈的自感系数较大．]
2．CD　[电流能“通过”电容器，并非电荷真的通过电容器两板间的电介质，而是交变电流交替对电容器充放电，电容器中并未有电荷通过，但电路中有了电流，表现为交变电流通过了电容器．]
3．AC　[在电容器中插入电介质或把电容器两极间距离减小，电容C增大，容抗减小，电流增加，灯泡变亮；当频率增加时，容抗减小，灯泡也变亮；把电容器两板间的距离增大，将使电容器C减小，容抗增加，灯泡将变暗．]
4．C　[电容器的电容是由电容器本身的特性所决定的，与外加的交变电源的频率无关，故选项A和B是错误的，当交变电源的频率减小时，电容器充放电的速度减慢，电容器的容抗增大，电流减小，电灯变暗，故C对，D错．]
5．B　[当交变电流通过长直导线时，对交变电流的阻碍作用相当于一个电阻器，当导线绕成线圈后，就成了一个电感器，电流除受电阻的阻碍作用外，还受到电感器的阻碍作用，电流减小．]
6．D　[电阻对交变电流阻碍作用的大小与电流的频率无关，因此，通过电阻的电流的有效值不变．电感对交变电流阻碍作用的大小用感抗表示，线圈的自感系数越大，电流的频率越高，自感电动势就越大，即线圈对电流的阻碍作用就越大，感抗也就越大，因此，通过电感的电流有效值变小．电容器对交变电流阻碍作用的大小用容抗表示，电容一定时，在相同的电压下电容器容纳的电荷一定，频率越高，充、放电的时间越短，充、放电的电流越大，容抗越小，因此，通过电容器的电流有效值变大．]
7．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，则电容器的容抗要小，容抗与电容成反比，故C的电容要大．]
8．A　[电压最大值不变，则其有效值也不变，当频率变大时，容抗变小，感抗变大，故L1变亮，L2变暗，即灯L1的亮度高于灯L2的亮度，A项正确，B项错误；若最大值大于Um，频率不变，容抗、感抗均不变，故L1、L2的亮度都增大，但亮度相同，C项错误，同理知D项错误．]
9．BD　[这是一个实际应用问题，考查对电感、电容在高频、低频同时存在的电路中的综合作用．只要抓住基础知识点，就可进行综合分析．电路中的电感和电容作用可以简单概括为：电感——通直流，阻交流，通低频，阻高频；电容——通交流，隔直流，通高频，阻低频．]
10．BC　[由于L1和L2的自感作用，R，C2，L2，L1所构成的闭合回路中产生较大的电流，C2，L1，L2可能烧坏，而C1与R元件并联，由于R的保护C1不会烧坏，选B、C.]
11．C　[电容器具有通高频、阻低频的作用，这样的电容器电容应较小．电感线圈在该电路中要求做到通低频、阻高频，所以它是一个高频扼流圈(自感系数较小的电感线圈)．]
12．绿灯亮AB间接交流；红灯亮AB间接直流且A端为正极，黄灯亮AB间接直流且B端为正极．
解析　由于电容器C具有隔直流的特性，故只有绿灯亮时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．故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．