閉合電路的動態(tài)分析和含電容器電路問題

閉合電路的動態(tài)分析與含電容器電路問題一、電路動態(tài)分析電路的動態(tài)分析問題是指由于斷開或閉合開關(guān)、滑動變阻器滑片的滑動等造成電路構(gòu)造發(fā)生了變化，某處電路變化又引發(fā)其它電路的一系列變化.直流電路的動態(tài)變化分析是電學(xué)的?？键c(diǎn)之一，幾乎每年都有該類試題出現(xiàn).該類試題能考察考生對閉合電路歐姆定律的理解，電路的構(gòu)造分析及對電路中并聯(lián)特點(diǎn)的應(yīng)用能力，兼顧考察學(xué)生的邏輯推訓(xùn)能力.1.鑒定總電阻變化狀況的規(guī)律(1)當(dāng)外電路的任何一種電阻增大(或減小)時，電路的總電阻一定增大(或減小)。(2)若開關(guān)的通、斷使串聯(lián)的用電器增多時，電路的總電阻增大；若開關(guān)的通、斷使并聯(lián)的支路增多時，電路的總電阻減小。(3)在如圖所示分壓電路中，滑動變阻器可視為由兩段電阻構(gòu)成，其中一段R并與用電器并聯(lián)，另一段R串與并聯(lián)部分串聯(lián)。A、B兩端的總電阻與R串的變化趨勢一致。2．程序法：遵照“局部－整體－部分”的思路，按下列環(huán)節(jié)分析：3．“串反并同”結(jié)論法(1)所謂“串反”，即某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、消耗的電功率都將減小，反之則增大。學(xué)科；網(wǎng)(2)所謂“并同”，即某一電阻增大時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、消耗的電功率都將增大，反之則減小。即：eq\b\lc\\rc\)(\a\vs4\al\co1(U串↓,I串↓,P串↓))←R↑→eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(U并↑,I并↑,P并↑))4．極限法因滑動變阻器滑片滑動引發(fā)電路變化的問題，可將滑動變阻器的滑片分別滑至兩個極端，讓電阻最大或電阻為零進(jìn)行討論?！镜淅?】在如圖所示的電路中，E為電源電動勢，r為電源內(nèi)阻，和均為定值電阻，為滑動變阻器。當(dāng)?shù)幕瑒佑|點(diǎn)在a端時合上開關(guān)S，此時三個電表、和V的示數(shù)分別為、和U。現(xiàn)將的滑動觸點(diǎn)向b端移動，則三個電表達(dá)數(shù)的變化狀況是（）A．增大，不變，U增大B．減小，增大，U減小C．增大，減小，U增大D．減小，不變，U減小【答案】B【典例2】如圖，電路中定值電阻阻值R不不大于電源內(nèi)阻阻值r。將滑動變阻器滑片向下滑動，抱負(fù)電壓表達(dá)數(shù)變化量的絕對值分別為，抱負(fù)電流表A示數(shù)變化量的絕對值，則（）A.A的示數(shù)增大B.的示數(shù)增大C.與的比值不不大于rD.不不大于【答案】ACD【解析】滑動變阻器的滑片向下滑動，造成滑動變阻器阻值變小，由于電壓表斷路，定值電阻和滑動變阻器為串聯(lián)，滑動變阻器阻值變小，總電阻變小，電源電動勢不變，總電流變大，即電流表達(dá)數(shù)變大，A對的；電壓表測量定值電阻R的電壓，電阻不變，總電流變大，因此電壓變大即示數(shù)增大。電壓表測量定值電阻和滑動變阻器總電壓即路端電壓，示數(shù)變小，B錯誤；電壓表的變化量，因此，C對的；根據(jù)閉合電路歐姆定律得，則得：，由于，則得，D對的．【跟蹤短訓(xùn)】1．在如圖所示電路中，當(dāng)變阻器R3的滑片向b端移動時（）A.電壓表達(dá)數(shù)變大，電流表達(dá)數(shù)變小B.電壓表達(dá)數(shù)變小，電流表達(dá)數(shù)變大C.電壓表達(dá)數(shù)變大，電流表達(dá)數(shù)變大D.電壓表達(dá)數(shù)變小，電流表達(dá)數(shù)變小【答案】B2．在如圖所示的電路中為電源，其內(nèi)阻為，為定值電阻（），為電阻箱，光敏電阻，其阻值大小隨所受照射光強(qiáng)度的增大面減小，為抱負(fù)電壓表，為抱負(fù)電流表，閉合開關(guān)后，下列說法對的的是（）A.用光照射，電流表達(dá)數(shù)變大B.用光照射，電壓表達(dá)數(shù)變小C.將變阻箱阻值變大，電流表達(dá)數(shù)變大D.將變阻箱阻值變大，電壓表達(dá)數(shù)變小【答案】ACD故選ACD。3．如圖所示的電路中，電源內(nèi)阻為r，閉合電鍵，電壓表達(dá)數(shù)為U，電流表達(dá)數(shù)為I；在滑動變阻器R1的滑片P由a端滑到b端的過程中（）A.U先變大后變小B.I先變小后變大C.U與I的比值先變大后變小D.U的變化量的大小與I的變化量的大小的比值等于r【答案】ABC【解析】由圖可知，滑動變阻器上下兩部分并聯(lián)，當(dāng)滑片在中間位置時總電阻最大，則在滑動變阻器R1的滑片P由a端滑到b端的過程中，滑動變阻器R1的電阻先增大后減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知電二、含電容器電路問題電容器在電路中有很重要的應(yīng)用，經(jīng)常牽涉到計算流過某一電阻的電荷量，在高考中規(guī)定我們對電路比較熟悉，對電路的串并聯(lián)構(gòu)造的理解也要提高到一定的高度。1．電路的簡化不分析電容器的充、放電過程時，把電容器所在的電路視為斷路，簡化電路時能夠去掉，求電荷量時再在對應(yīng)位置補(bǔ)上。2．電路穩(wěn)定時電容器的解決辦法電路穩(wěn)定后，與電容器串聯(lián)的電路中沒有電流，同支路的電阻相稱于導(dǎo)線，即電阻不起減少電壓的作用，但電容器兩端的電壓與其并聯(lián)用電器兩端電壓相等。3．電壓變化帶來的電容器變化電路中電流、電壓的變化可能會引發(fā)電容器的充、放電。若電容器兩端電壓升高，電容器將充電；若電容器兩端電壓減少，電容器將通過與它連接的電路放電，可由ΔQ＝C·ΔU計算電容器上電荷量的變化量。4.含電容器電路問題的解題思路第一步理清電路的串、并聯(lián)關(guān)系第二步擬定電容器兩極板間的電壓。在電容器充電和放電的過程中，歐姆定律等電路規(guī)律不合用，但對于充電或放電完畢的電路，電容器的存在與否不再影響原電路，電容器接在某一支路兩端，可根據(jù)歐姆定律及串、并聯(lián)規(guī)律求解該支路兩端的電壓U第三步分析電容器所帶的電荷量。針對某一狀態(tài)，由電容器兩端的電壓U求電容器所帶的電荷量Q＝CU，由電路規(guī)律分析兩極板電勢的高低，高電勢板帶正電，低電勢板帶負(fù)電【典例3】阻值相等的四個電阻、電容器C及電池E(內(nèi)阻可無視)連接成如圖所示電路。開關(guān)S斷開且電流穩(wěn)定時，C所帶的電荷量為Q1；閉合開關(guān)S，電流再次穩(wěn)定后，C所帶的電荷量為Q2。Q1與Q2的比值為()A.eq\f(2,5) B.eq\f(1,2)C.eq\f(3,5) D.eq\f(2,3)【答案】C【解析】斷開S和閉合S后等效電路分別如圖甲、乙所示。根據(jù)串聯(lián)電路的電壓與電阻成正比可得甲、乙兩圖中電容器兩極板間的電壓U1＝eq\f(1,5)E，U2＝eq\f(1,3)E，C所帶的電荷量Q＝CU，則Q1∶Q2＝3∶5，選項C對的?！镜淅?】如圖所示的電路中，電源電動勢E=6.00V，其內(nèi)阻可無視不計。電阻的阻值分別為=2.4kΩ，4.8kΩ，電容器的電容C=4.7。閉合開關(guān)S，待電流穩(wěn)定后，用電壓表測兩端的電壓，其穩(wěn)定值為1.50V。（1）該電壓表的內(nèi)阻為多大？（2）由于電壓表的接入，電容器的電荷量變化了多少？【答案】（1）4.8kΩ（2）聯(lián)立①②得：代入數(shù)據(jù)得4.8kΩ（2）電壓表接入前，電容器上的電壓等于電阻上的電壓，兩端的電壓為，則又接入電壓表后，電容器上的電壓為由于電壓表的接入，電容器帶電荷量增加了代入數(shù)據(jù)，可得。【跟蹤短訓(xùn)】1.如圖所示的電路中，電源電動勢E=6V，內(nèi)阻r=1Ω，電阻R1=6Ω，R2=5Ω，R3=3Ω，電容器的電容C=2×10-5F。若將開關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定時通過R2的電流為I；斷開開關(guān)S后，通過R1的電荷量為q。則（）A.I=0.25AB.I=0.5AC.q=1×10-5CD.q=2×10-5C【答案】C2．電源電動勢為內(nèi)阻為的電源和一種水平放置的電容為的平行板電容器及三個電阻阻值分別為的電阻構(gòu)成如圖所示的電路.當(dāng)開關(guān)閉合后，電容器中有一種帶電液滴正好處在靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)將開關(guān)斷開，則下列判斷對的的是（）學(xué)；科網(wǎng)A.液滴帶正電B.液滴將向下運(yùn)動C.斷開前電容器上的帶電荷量為D.斷開穩(wěn)定后電容器上的帶電量為【答案】C3．如圖所示電路，水平放置的平行板電容器的一種極板與滑動變阻器的滑動端C相連接，電子以速度vo沿垂直于電場線方向射人并穿過平行板間的電場．在確保電子還能穿出平行板間電場的狀況下，若使滑動變阻器的滑動端C上移，則電容器極板上所帶電荷量q和電子穿越平行板所需的時間t()A.電荷量q增大，時間t不變B.電荷量q不變，時間t增大C.電荷量q增大，時間t減小D.電荷量q不變，時間t不變【答案】A【解析】當(dāng)滑動變阻器的滑動端C上移時，跟電容器并聯(lián)的阻值增大，因此電容器的電壓U增大，根據(jù)q=UC得：電量q增大；電子在平行板電容器中做類平拋運(yùn)動，沿極板方向做勻速直線運(yùn)動，因此運(yùn)動時間t=l/v0與電壓的變化無關(guān)，因此時間t不變。故A對的，BCD錯誤；故選A。課后作業(yè)1．(多選)在如圖所示的電路中，電源的內(nèi)阻為r，現(xiàn)閉合開關(guān)S，將滑動變阻器的滑片P向左移動一段距離后，下列結(jié)論對的的是()A．燈泡L變亮B．電壓表讀數(shù)變小C．電流表讀數(shù)變小D．電容器C上的電荷量增加【答案】CD2．如圖所示，R1＝R2＝R3＝R4＝R，開關(guān)S閉合時，間距為d的平行板電容器C的正中間有一質(zhì)量為m、電荷量為q的小球正好處在靜止?fàn)顟B(tài)；則開關(guān)S斷開時，小球的運(yùn)動狀況為()A．不動 B．向上運(yùn)動C．向下運(yùn)動 D．不能擬定【答案】C【解析】開關(guān)S斷開，電路的總電阻變大，干路電流減小，R4兩端電壓減小，則電容器兩端的電壓也減小，勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)減小，小球受到的電場力減小，因此小球所受合力向下，即小球向下運(yùn)動，C對的。3.如圖所示，接通開關(guān)S，在滑動觸頭由a端滑向b端的過程中，下列表述對的的是()A．路端電壓變小B．電流表的示數(shù)變大C．電源內(nèi)阻消耗的功率變小D．電路的總電阻變大【答案】A4.如圖所示的電路中，電源內(nèi)阻不可無視，開關(guān)S閉合前燈泡A、B、C均已發(fā)光。那么，當(dāng)開關(guān)S閉合時，A、B、C三個燈泡的亮度變化狀況是()A．A亮度不變，B變亮，C變暗B．A變暗，B變亮，C變暗C．A變亮，B變暗，C變亮D．A變暗，B變亮，C亮度不變【答案】B【解析】當(dāng)開關(guān)S閉合時，C、D并聯(lián)，電阻減小，外電路總電阻R減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，總電流I增大，A的電壓UA＝E－Ir減小，電流IA減小，A變暗。B的電流IB＝I－IA，增大，電壓UB增大，B變亮。C的電壓UC＝UA－UB，UA減小，UB增大，則UC減小，C變暗。故B對的。5.如圖所示電路中，電源內(nèi)阻不能無視，兩個電壓表均為抱負(fù)電表。當(dāng)滑動變阻器R2的滑動觸頭P移動時，有關(guān)兩個電壓表V1與V2的示數(shù)，下列判斷對的的是()A．P向a移動，V1示數(shù)增大、V2示數(shù)減小B．P向b移動，V1示數(shù)增大、V2示數(shù)減小學(xué)/科網(wǎng)C．P向a移動，V1示數(shù)變化量的絕對值不大于V2示數(shù)變化量的絕對值D．P向b移動，V1示數(shù)變化量的絕對值不不大于V2示數(shù)變化量的絕對值【答案】AC【解析】P向a移動，R2連入電路的電阻減小，根據(jù)“并同串反”可知V2示數(shù)減小，V1示數(shù)增大，U內(nèi)增大，A對的；同理，B錯誤；由E＝U內(nèi)＋U外＝U內(nèi)＋UV1＋UV2，且電源電動勢不變，可得：U內(nèi)示數(shù)變化量的絕對值與V1示數(shù)變化量的絕對值之和等于V2示數(shù)變化量的絕對值，C對的；同理，D錯誤。6.在某控制電路中，需要連成如圖所示的電路，重要由電動勢為E、內(nèi)阻為r的電源與定值定阻R1、R2及電位器(滑動變阻器)R連接而成，L1、L2是紅、綠兩個批示燈，當(dāng)電位器的觸頭由弧形碳膜的中點(diǎn)逆時針滑向a端時，下列說法中對的的是()A．L1、L2兩個批示燈都變亮B．L1、L2兩個批示燈都變暗C．L1變亮，L2變暗D．R1兩端電壓增大【答案】BD7．在如圖所示的電路中，R0為定值電阻，R為光敏電阻(光照削弱時阻值增大)，C為電容器，現(xiàn)削弱對光敏電阻R光照的強(qiáng)度，下列說法對的的是（）A.電流表的示數(shù)減小B.電容器C的電荷量增大C.電壓表的示數(shù)變小D.電源內(nèi)部消耗的功率變大【答案】AB【解析】弱對光敏電阻R光照的強(qiáng)度，R增大，根據(jù)閉合回路歐姆定律可得路端電壓增大，即電壓表達(dá)數(shù)增大，總電流減小，即電流表達(dá)數(shù)減小，電容器兩端的電壓增大，根據(jù)以及C不變，U增大可得Q增大，電源內(nèi)部消耗的電功率，I減小，內(nèi)阻不變，因此P減小，故AB對的．8．如圖所示，電源電動勢E＝12V，內(nèi)阻r＝1.0Ω，電阻R1＝4.0Ω，R2＝7.5Ω，R3＝5.0Ω，電容器的電容C＝10μF.閉合開關(guān)S，電路達(dá)成穩(wěn)定后電容器的電荷量為A.4.5×10－5CB.6.0×10－5CC.7.5×10－5CD.1.2×10－4C【答案】B點(diǎn)睛：本題是含有電容器的電路，分析電路時要抓住電路穩(wěn)定時，電容器相稱于開關(guān)斷開，所在電路沒有電流，其電壓等于所在支路兩端的電壓。9．如圖所示的電路中，電源內(nèi)阻不能無視，R1、R2、R3均是可變電阻，將S1、S2都閉合，下列說法對的的是()A.只將R1阻值調(diào)大，C1、C2的帶電量都增大B.只將R2或R3的阻值調(diào)大，C1、C2的帶電量都減小C.只斷開開關(guān)S2，C1、C2的帶電量都增大D.只斷開開關(guān)S1，C1、C2的帶電量均不變【答案】C【解析】A項：當(dāng)開關(guān)都閉合時，只將R1阻值調(diào)大，外電路總電阻增大，干路中總電流減小，路端電壓增大，流過電阻箱R2、R3的電流增大，因此電容器C1、C2兩端電壓減小，因此C1、C2的帶電量都減小，D項：只斷開開關(guān)S1，C1、C2放電，電量將減小，故D錯誤。10．如圖所示，平行金屬板中帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)原來處在靜止?fàn)顟B(tài)，不考慮電流表和電壓表對電路的影響，的阻值和電源內(nèi)阻相等。當(dāng)滑動變阻器的滑片向端移動時，則（）A.上消耗的電功率逐步減小B.電流表讀數(shù)減小，電壓表度數(shù)增大C.電源的輸出功率逐步增大D.質(zhì)點(diǎn)將向上運(yùn)動【答案】C【解析】A．當(dāng)滑動變阻器R4的滑片向b端移動時，其接入電路的電阻減小，外電路總電阻減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律分析得知干路電流I增大，上消耗的電功率逐步增大，故A錯誤；B．R3的電壓U3=E?I(R1+r)減小，流過R3的電流I3減小，流過電流表的電流IA=I?I3，I增大，I3減小，則IA增大，因此電流表讀數(shù)增大。R4的電壓U4=U3?U2，U3減小，U2增大，則U4減小，因此電壓表讀數(shù)減小。故B錯誤；學(xué)=科網(wǎng)C．由于R1的阻值和電源內(nèi)阻r相等，則外電路總電阻不不大于電源的內(nèi)阻r，當(dāng)外電阻減小時，電源的輸出功率逐步增大。故C對的；D．電容器板間電壓等于R3的電壓，減小，電容器板間場強(qiáng)減小，質(zhì)點(diǎn)P所受的電場力減小，因此質(zhì)點(diǎn)P將向下運(yùn)動。故D錯誤。故選：C.11．如圖所示，開關(guān)S閉合后，豎直放置的平行板電容器C兩板間有一帶電微粒m處在靜止，現(xiàn)將滑動變阻器R的滑動片P向下滑動某些（A燈與B燈均未被燒壞），待電路穩(wěn)定后，與滑動片P滑動前相比，下列說法對的的是A.A燈變暗，B燈變亮B.內(nèi)阻r消耗的熱功率減小C.帶電微粒m將加速向上運(yùn)動D.通過滑動變阻器R的電流增大【答案】D12．在如圖所示電路中，R1、R2為定值電阻，閉合電鍵S后，帶電粒子恰處在靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)將滑動變阻器的滑片向下滑動，抱負(fù)電壓表V1，V2，V3示數(shù)變化量的絕對值分別為ΔU1、ΔU2、ΔU3，抱負(fù)電流表A示數(shù)變化量的絕對值為ΔI，則()A.V1示數(shù)減小，V2和V3示數(shù)增大B.帶電粒子將向上運(yùn)動C.ΔU3＞ΔU1D.此過程中保持不變【答案】BCD【解析】將滑動變阻器的滑片向下滑動，滑動變阻器的阻值減小，電路的總電阻減小，由閉合電路歐姆定律知，總電流增大，則V1示數(shù)U1增大。內(nèi)電壓增大，路端電壓U減小，而路端電壓，可知，V3示數(shù)U3減小。R2兩端電壓增大，因此V2示數(shù)減小，故A錯誤；R2兩端電壓增大，則電容器板間電壓增大，板間場強(qiáng)增大，帶電粒子所受的電場力增大，因此帶電粒子將向上運(yùn)動，故B對的；由于，U3減小，U1增大，而U減小，因此．故C對的；根據(jù)閉合電路歐姆定律知：得，保持不變，故D對的。綜上分析，BCD對的?！军c(diǎn)睛】本題是電路的動態(tài)分析問題，核心要搞清電路的構(gòu)造，明確電表各測量哪部分電路的電壓或電流，抱負(fù)電壓表內(nèi)阻無窮大，相稱于斷路．抱負(fù)電流表內(nèi)阻為零，相稱短路．分析電路的連接關(guān)系，根據(jù)歐姆定律進(jìn)行分析．13．A、B兩塊正對的金屬板豎直放置，在金屬板A的內(nèi)側(cè)表面系一絕緣細(xì)線，細(xì)線下端系一帶電小球（可視為點(diǎn)電荷）。兩塊金屬板接在如圖所示的電路中，電路中的為光敏