《2025年步步高精准讲练物理选择性必修第二册》

【例 5】
如图，交流电源的输出电压为 u，频率为 f，A、B、C 灯亮度相同。回答下列问题：

（1）拔出电感线圈 L 中的铁芯后，B 灯亮度将如何变化？
（2）在电容器$C_{1}$中插入电介质之后，C 灯亮度如何变化？
（3）仅将交流电源的频率提高为$2f$时，三个灯的亮度如何变化？
（4）改接输出电压为 u 的直流电源时，三个灯的亮度如何变化？
（1）变亮　（2）变亮　（3）A灯亮度不变，B灯变暗，C灯变亮　（4）A灯亮度不变，B灯变亮，C灯熄灭

答案： （1）变亮　（2）变亮　（3）A灯亮度不变，B灯变暗，C灯变亮　（4）A灯亮度不变，B灯变亮，C灯熄灭
解析　
(1)根据感抗$X_{L}=2\pi fL$可知，拔出电感线圈中的铁芯后，$L$变小，感抗变小，B灯将变亮；
(2)根据电容的决定式$C=\frac{\varepsilon_{r}S}{4\pi kd}$，在电容器$C_{1}$中插入电介质后，电容$C_{1}$变大，根据容抗$X_{C}=\frac{1}{2\pi fC}$可知，容抗变小，C灯将变亮；
(3)仅将交流电源的频率提高为$2f$时，电阻$R$的阻值不变，故A灯亮度不变，根据感抗$X_{L}=2\pi fL$可知感抗变大，B灯变暗，根据容抗$X_{C}=\frac{1}{2\pi fC}$可知容抗变小，C灯变亮；
(4)改接输出电压为$u$的直流电源时，电阻$R$的阻值不变，A灯亮度不变；感抗减小到零，B灯变亮；直流电流不能通过电容器，C灯熄灭。