2019高考物理一輪復(fù)習(xí) 微專題系列之熱點專題突破 專題45 閉合電路的動態(tài)分析與含電容器電路問題學(xué)案.doc

突破45 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結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，某處電路變化又引起其他電路的一系列變化.直流電路的動態(tài)變化分析是電學(xué)的?？键c之一，幾乎每年都有該類試題出現(xiàn).該類試題能考查考生對閉合電路歐姆定律的理解，電路的結(jié)構(gòu)分析及對電路中并聯(lián)特點的應(yīng)用能力，兼顧考查學(xué)生的邏輯推訓(xùn)能力.1. 判定總電阻變化情況的規(guī)律(1)當(dāng)外電路的任何一個電阻增大(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：遵循“局部整體部分”的思路，按以下步驟分析：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。 (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：R4極限法因滑動變阻器滑片滑動引起電路變化的問題，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?，F(xiàn)將的滑動觸點向b端移動，則三個電表示數(shù)的變化情況是（ ）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大于電源內(nèi)阻阻值r。將滑動變阻器滑片向下滑動，理想電壓表V1、V2、V3示數(shù)變化量的絕對值分別為V1、V2、V3，理想電流表A示數(shù)變化量的絕對值I，則（ ）A. A的示數(shù)增大 B. V2的示數(shù)增大C. V與I的比值大于r D. V1大于V2【答案】ACD【解析】滑動變阻器的滑片向下滑動，導(dǎo)致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，即電流表示數(shù)變大，A正確；電壓表V1測量定值電阻R的電壓，電阻不變，總電流變大，所以電壓變大即V1示數(shù)增大。電壓表V2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V3的變化量V3=IR+r，所以V3I=R+r>r，C正確；根據(jù)閉合電路歐姆定律得V2=E-Ir，則得：V2I=r；V1I=R，由于R>r，則得V1>V2，D正確【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. 電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小B. 電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變大C. 電壓表示數(shù)變大，電流表示數(shù)變大D. 電壓表示數(shù)變小，電流表示數(shù)變小【答案】B2在如圖所示的電路中E為電源，其內(nèi)阻為r，R1為定值電阻（R1>r），R2為電阻箱，R3光敏電阻，其阻值大小隨所受照射光強度的增大面減小，V為理想電壓表，A為理想電流表，閉合開關(guān)后，下列說法正確的是（ ）A. 用光照射R3，電流表示數(shù)變大B. 用光照射R3，電壓表示數(shù)變小C. 將變阻箱R2阻值變大，電流表示數(shù)變大D. 將變阻箱R2阻值變大，電壓表示數(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，電壓表示數(shù)為U，電流表示數(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，在高考中要求我們對電路比較熟悉，對電路的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)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，簡化電路時可以去掉，求電荷量時再在相應(yīng)位置補上。2電路穩(wěn)定時電容器的處理方法電路穩(wěn)定后，與電容器串聯(lián)的電路中沒有電流，同支路的電阻相當(dāng)于導(dǎo)線，即電阻不起降低電壓的作用，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起電容器的充、放電。若電容器兩端電壓升高，電容器將充電；若電容器兩端電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電，可由QCU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)系第二步確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)律不適用，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QCU，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)阻可忽略)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.B.C. D.【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U1E，U2E，C所帶的電荷量QCU，則Q1Q235，選項C正確。【典例4】如圖所示的電路中，電源電動勢E=6. 00 V，其內(nèi)阻可忽略不計。電阻的阻值分別為=2.4 k，4.8 k，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1.50 V。（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）4.8 k （2）聯(lián)立得：代入數(shù)據(jù)得4.8 k（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?！靖櫠逃?xùn)】1. 如圖所示的電路中，電源電動勢E=6V，內(nèi)阻r=1，電阻R1=6，R2=5，R3=3，電容器的電容C=210-5F。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=0.25A B. I=0.5AC. q=110-5C D. q=210-5C【答案】C2電源電動勢為E內(nèi)阻為r的電源和一個水平放置的電容為C的平行板電容器及三個電阻阻值分別為R1、R2、R3的電阻組成如圖所示的電路.當(dāng)開關(guān)S閉合后，電容器中有一個帶電液滴正好處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)將開關(guān)S斷開，則以下判斷正確的是（ ）A. 液滴帶正電B. 液滴將向下運動C. S斷開前電容器上的帶電荷量為CR2Er+R2+R3D. S斷開穩(wěn)定后電容器上的帶電量為CR1Er+R1+R3【答案】C3如圖所示電路，水平放置的平行板電容器的一個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保證電子還能穿出平行板間電場的情況下，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，所以電容器的電壓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動，沿極板方向做勻速直線運動，所以運動時間t=l/ v0與電壓的變化無關(guān)，所以時間t不變。故A正確，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)論正確的是()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，R1R2R3R4R，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的小球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)；則開關(guān)S斷開時，小球的運動情況為()A不動 B向上運動C向下運動 D不能確定【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，勻強電場的場強減小，小球受到的電場力減小，所以小球所受合力向下，即小球向下運動，C正確。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，下列表述正確的是()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)阻不可忽略，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情況是()AA亮度不變，B變亮，C變暗BA變暗，B變亮，C變暗CA變亮，B變暗，C變亮DA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UAEIr減小，電流IA減小，A變暗。B的電流IBIIA，增大，電壓UB增大，B變亮。C的電壓UCUAUB，UA減小，UB增大，則UC減小，C變暗。故B正確。5.如圖所示電路中，電源內(nèi)阻不能忽略，兩個電壓表均為理想電表。當(dāng)滑動變阻器R2的滑動觸頭P移動時，關(guān)于兩個電壓表V1與V2的示數(shù)，下列判斷正確的是()AP向a移動，V1示數(shù)增大、V2示數(shù)減小BP向b移動，V1示數(shù)增大、V2示數(shù)減小 CP向a移動，V1示數(shù)改變量的絕對值小于V2示數(shù)改變量的絕對值DP向b移動，V1示數(shù)改變量的絕對值大于V2示數(shù)改變量的絕對值【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正確；同理，B錯誤；由EU內(nèi)U外U內(nèi)UV1UV2，且電源電動勢不變，可得：U內(nèi)示數(shù)改變量的絕對值與V1示數(shù)改變量的絕對值之和等于V2示數(shù)改變量的絕對值，C正確；同理，D錯誤。6.在某控制電路中，需要連成如圖所示的電路，主要由電動勢為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、綠兩個指示燈，當(dāng)電位器的觸頭由弧形碳膜的中點逆時針滑向a端時，下列說法中正確的是()AL1、L2兩個指示燈都變亮BL1、L2兩個指示燈都變暗CL1變亮，L2變暗DR1兩端電壓增大【答案】BD7在如圖所示的電路中，R0為定值電阻，R為光敏電阻(光照減弱時阻值增大)，C為電容器，現(xiàn)減弱對光敏電阻R光照的強度，下列說法正確的是（ ）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，即電壓表示數(shù)增大，總電流減小，即電流表示數(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，所以P減小，故AB正確8如圖所示，電源電動勢E12V，內(nèi)阻r1.0，電阻R14.0，R27.5，R35.0，電容器的電容C10 F.閉合開關(guān)S，電路達到穩(wěn)定后電容器的電荷量為A. 4.5105 C B. 6.0105 CC. 7.5105 C D. 1.2104 C【答案】B點睛：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，電容器相當(dāng)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)阻不能忽略，R1、R2、R3均是可變電阻，將S1、S2都閉合，下列說法正確的是( )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，所以電容器C1、C2兩端電壓減小，所以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，平行金屬板中帶點質(zhì)點P原來處于靜止?fàn)顟B(tài)，不考慮電流表和電壓表對電路的影響，R1的阻值和電源內(nèi)阻r相等。當(dāng)滑動變阻器R4的滑片向b端移動時，則（ ）A. R1上消耗的電功率逐漸減小B. 電流表讀數(shù)減小，電壓表度數(shù)增大C. 電源的輸出功率逐漸增大D. 質(zhì)點P將向上運動【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，R1上消耗的電功率逐漸增大，故A錯誤；B R3的電壓U3=EI(R1+r)減小，流過R3的電流I3減小，流過電流表的電流IA=II3，I增大，I3減小，則IA增大，所以電流表讀數(shù)增大。R4的電壓U4=U3U2，U3減小，U2增大，則U4減小，所以電壓表讀數(shù)減小。故B錯誤；C由于R1的阻值和電源內(nèi)阻r相等，則外電路總電阻大于電源的內(nèi)阻r，當(dāng)外電阻減小時，電源的輸出功率逐漸增大。故C正確；D電容器板間電壓等于R3的電壓，減小，電容器板間場強減小，質(zhì)點P所受的電場力減小，所以質(zhì)點P將向下運動。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處于靜止，現(xiàn)將滑動變阻器 R 的滑動片 P 向下滑動一些（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，下列說法正確的是 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，帶電粒子恰處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)將滑動變阻器的滑片向下滑動，理想電壓表V1，V2，V3示數(shù)變化量的絕對值分別為U1、U2、U3，理想電流表A示數(shù)變化量的絕對值為I，則()A. V1示數(shù)減小， V2和V3示數(shù)增大 B. 帶電粒子將向上運動C. U3U1 D. 此過程中U2I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U=U1+U3，可知，V3示數(shù)U3減小。R2兩端電壓增大，所以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，板間場強增大，帶電粒子所受的電場力增大，因此帶電粒子將向上運動，故B正確；因為U=U1+U3，U3減小，U1增大，而U減小，所以U3U1 故C正確；根據(jù)閉合電路歐姆定律知：U2=E-I(R1+R2+r) 得 U2I=R1+R2+r，保持不變，故D正確。綜上分析，BCD正確。 【點睛】本題是電路的動態(tài)分析問題，關(guān)鍵要搞清電路的結(jié)構(gòu)，明確電表各測量哪部分電路的電壓或電流，理想電壓表內(nèi)阻無窮大，相當(dāng)于斷路理想電流表內(nèi)阻為零，相當(dāng)短路分析電路的連接關(guān)系，根據(jù)歐姆定律進行分析13A、B兩塊正對的金屬板豎直放置，在金屬板A的內(nèi)側(cè)表面系一絕緣細線，細線下端系一帶電小球（可視為點電荷）。兩塊金屬板接在如圖所示的電路中，電路中的R1為光敏電阻（其阻值隨所受光照強度的增大而減?。?，R2為滑動變阻器，R3為定值電阻。當(dāng)R2的滑片P在中間時閉合電鍵S，此時電流表和電壓表的示數(shù)分別為I和U，帶電小球靜止時絕緣細線與金屬板A的夾角為。電源電動勢E和內(nèi)阻r一定，下列說法中正確的是（ ）A. 若將R2的滑動觸頭P向a端移動，則變小B. 保持滑動觸頭P不動，用較強的光照射R1，則小球重新達到穩(wěn)定后變小C. 若將R2的滑動觸頭P向b端移動，則I減小，U減小D. 保持滑動觸頭P不動，用較強的光照射R1，則U變化量的絕對值與I變化量的絕對值的比值不變【答案】BD故B正確；D、保持滑動觸頭P不動，逐漸增加照射R1的光強，總電阻減小，電流I增大，外電壓U減小，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：U=E-Ir,UI=r，可見|UI|保持不變，故D正確；故選BD。14如圖所示，電源的電動勢為10 V，內(nèi)阻為1 ，R1=3 ，R2=6 ，C=30 F求：（1）閉合電鍵S，穩(wěn)定后通過電阻R2的電流（2）再將電鍵S斷開，再次穩(wěn)定后通過電阻R1的電荷量【答案】（1）1 A （2）1.2104C15如圖所示的電路中，兩平行金屬板A、B水平放置，兩板間距離d40 cm，電源電動勢E10 V，內(nèi)電阻r1 ，定值電阻R8。閉合開關(guān)S，待電路穩(wěn)定后，將一帶負電的小球從B板小孔以初速度v03 m/s豎直向上射入板間已知小球帶電荷量q1102 C，質(zhì)量為m2102 kg，不考慮空氣阻力。(g取10 m/s2)（1）要使小球在A、B板間向上勻速運動，則滑動變阻器接入電路的阻值為多大？（2）若小球帶正電，只改變滑動變阻器劃片位置，其它量不變，那么，A、B板間電壓為多大時，小球恰能到達A板？此時電源輸出功率是多大？【答案】(1)39 （2）UAB1 V. P=9 W【解析】（1）由mg=qUAB/d