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高二物理上学期选修3-1试题:第二章+恒定电流+专题整合·深化提升+专题二电路

专题整合·深化提升 考点一 含有电容器的直流电路的分析与计算 1.电容器在直流电路中的特点: 在直流电路中,当电容器充、放电时,电路里有充、放电电流,一旦 电路达到稳定状态,电容器在电路中就相当于一个阻值无穷大(在电 容器理想、不漏电的情况下)的元件,有电容器的电路可看作是断路, 简化电路时可去掉它。简化后若要求电容器所带的电荷量时,可在相 应的位置补上。 2.静态分析与动态分析: (1)静态分析:稳定状态下,电容器在直流电路中起阻断电流的作用, 电容器两极间存在电势差,电容器容纳一定的电荷量,并满足 Q=CU。 (2)动态分析:当直流电路中的电流和电势分布发生变化影响到电容 器支路两端时,电容器带的电荷量将随之改变(在耐压范围内),即电 容器发生充、放电现象,并满足 Δ Q=CΔ U。 3.含有电容器电路的解题步骤: 在直流电路中,电容器相当于电阻为无穷大的电路元件,此电路是断 路。解题步骤如下: (1)先将含电容器的支路去掉(包括与它串联在同一支路上的电阻), 计算各部分的电流、电压值。 (2)电容器两极板的电压等于它所在支路两端点间的电压。 (3)利用 Q=CU、Δ Q=CΔ U 可以求出电容器所带的电荷量或电荷量的变 化量。 (4)通过电容器的电压和平行板间距离可以求出两板间电场强度,再 分析电场中带电粒子的运动。 【对点训练】 如图所示的电路中,电源电动势 E=6.0 V,其内阻可忽略不计。电阻 的阻值分别为 R1=2.4 kΩ 、R2=4.8 kΩ ,电容器的电容 C=4.7 μ F。 闭合开关 S,待电流稳定后,用电压表测 R1 两端电压,其稳定值为 1.50 V。 (1)该电压表的内阻为多大? (2)由于电压表的接入,电容器的带电量变化了多少? 【解析】(1)设电压表的内阻为 RV,测得 R1 两端电压为 U1,R1 与 RV 并联后的总电阻为 R,则有 = + ① 由串联电路的规律得: = ② 联立①②得 RV= 代入数据得 RV=4.8 kΩ (2)电压表接入前,电容器上的电压 UC 等于电阻 R2 上的电压,R1 两 端的电压为 , 则= 又 E = UC + 接入电压表后,电容器上的电压为 U′C=E-U1 由于电压表的接入,电容器带电量增加了ΔQ=C(U′C-UC) 联立以上各式得ΔQ=C( -U1) 代入数据可得ΔQ=2.35×10-6 C 答案:(1)4.8 kΩ (2)2.35×10-6 C 【补偿训练】 1.在如图所示电路中,开关 S1、S2、S3、S4 均闭合,C 是水平放置的平 行板电容器,板间悬浮着一油滴 P,断开后 P 会向下运动的开关是 () A.S1 B.S2 C.S3 D.S4 【解析】选 C。油滴悬浮在极板之间,说明油滴受到的电场力与重力 平衡。若要油滴 P 向下运动,则需要使平行板间的电场减小,也就是 降低平行板间的电压。而平行板间的电压就是 R3 两端的电压,故只有 断开 S3,使电容器与电源脱离,同时使极板的电荷通过 R1、R2 与 R3 放电,这样就达到了降低电压的要求。因此 应选 C。 2.如图所示的电路中,电源的电动势为 E,内阻忽略不计。R1、R2、 R3、R4 均为定值电阻,C 是电容器,开关 S 是断开的。现将开关 S 闭 合,则在闭合 S 后的较长时间内,通过 R4 的电荷量是多少? 【解析】S 断开时,电源与 R1、R2 串联,R3、R4 和电容器串联后与 R2 并联,由于电容器可看作断路,故 R3、R4 上电压为零,电容器上电压 等于 R2 两端的电压,且上极板电势高,带正电。 Q1= S 闭合时,R1、R2 串联后与 R3 并联,R4 和电容器串联后并联在 R1 两端,电容器上的电压等于 R1 两端的电压,且上极板电势低,带负 电。 Q2= 闭合 S 后的较长时间内,通过 R4 的电荷量为 ΔQ=Q1+Q2= + =CE。 3.如图所示,E=10 V,电源内阻不计,R1=4 Ω ,R2=6 Ω ,C1=C2=30 μ F。 先闭合开关 S,待电路稳定后再断开 S,求断开 S 后流过电阻 R1 的电 量。 【解析】当 S 闭合时,R1、R2 串联,C2 两端电压为零,C1 接在 R2 两端,电压为 = 6V 所以 Q1=30×10-6×6 C=1.8×10-4 C,Q2=0 断开 S,C1、C2 全部接在电源的两端,所以 Q1′=30×10-6×10 C=3 ×10-4 C, Q2′=30×10-6×10 C=3×10-4 C, 所以流过 R1 的电量为ΔQ=Q1′+Q2′-Q1=4.2×10-4 C 答案:4.2×10-4 C 考点二 电源 U-I 图线与电阻 U-I 图线 两种图线的比较: 图象上 物理意义 的特征 电源 U-I 图象 电阻 U-I 图象 图形 图象表述的物 电源的路端电压随电路电流 电阻中的电流随电阻两端电 理量变化关系 的变化关系 压的变化关系 图线与坐 标轴交点 图线上每 与纵轴交点表示电源电动势 E,与横轴交点表示电源短路 过坐标轴原点,表示没有电压 时电流为零 电流 一点坐标 表示电源的输出功率 表示电阻消耗的功率 的乘积 UI 图线上每 一点对应 的 U、I 比值 表示外电阻的大小,不同点 每一点对应的比值均等大,表 对应的外电阻大小不同 示此电阻的大小 图线的斜 率的大小 内电阻 r 电阻大小 【对点训练】 (多选)如图所示,直线 A 为电源的 U-I 图线,直线 B 和 C 分别为电阻 R1 和 R2 的 U-I 图线,用该电源分别与 R1、R2 组成闭合电路时,电源的 输出功率分别为 P1、P2,电源的效率分别为 η 1、η 2,则 ( ) A.P1>P2 B.P1=P2 C.η 1>η 2 D.η 1<η 2 【解析】选 B、C。电源的 U-I 与电阻的