【推荐】专题17 直流电路的动态分析-2017-2018学年高二物理专题提升之电学

【推荐】专题17 直流电路的动态分析-2017-2018学年高二物理专题提升之电学

一：专题概述 直流电路的动态变化分析 根据闭合电路的欧姆定律和串、并联电路的特点来分析电路中某电阻变化引起整个电路中各部分电学量的变化情况,常见的方法有:‎ ‎1. 程序法 ‎(1) 程序法:电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路→变化支路.‎ 即遵循“局部→整体→部分”的思路，按以下步骤所示：‎ ‎(2) 判定总电阻变化情况的规律.‎ ‎① 当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小).‎ ‎② 若开关的通、断使串联的用电器增多,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多,电路的总电阻减小.‎ ‎③在如图所示分压电路中，滑动变阻器可视为由两段电阻构成，其中一段R并与用电器并联，另一段R串与并联部分串联。A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致。‎ ‎2. 直观法 任一电阻阻值增大,必引起通过该电阻的电流的减小和该电阻两端电压的增大.‎ ‎3. “并同串反”规律 所谓“并同”,即某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大,反之则减小.所谓“串反”,即某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端的电压、电功率都将减小,反之则增大.即(U串↓,I串↓,P串↓)←R↑→(U并↑,I并↑,P并↑).‎ ‎4. 极限法 即因滑动变阻器滑片滑动引起的电路变化问题，可将滑动变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论。‎ 二：典例精讲 ‎1．电压表、电流表示数变化问题 典例1：电动势为E、内阻为r的电源与定值电阻R1、R2及滑动变阻器R连接成如图所示的电路，当滑动变阻器的滑片由中点滑向a端时，下列说法正确的是( )‎ A. 电压表和电流表读数都增大 B. 电压表和电流表读数都减小 C. 电压表读数增大，电流表读数减小 D. 电压表读数减小，电流表读数增大 ‎【答案】B ‎2．小灯泡亮度变化问题 典例2：如图所示，当滑动变阻器的活动触点P向上滑动时，则( )‎ A. A灯和B灯均变亮 B. A灯和B灯均变暗 C. A灯变亮，B灯变暗 D. A灯变暗，B灯变亮 ‎【答案】C ‎3．含容电路中的电荷量变化问题 典例3：如图所示的电路，R1＝R3＝R4＝R5＝R，滑动变阻器R2的总电阻为2R，其滑片P恰处在正中，电源的内阻不计，电键S1闭合，单刀双掷开关S2合在a端，此时平行板电容器C的带电量为Q，如果将R2的触片滑到最右端 A. 电容器C的带电量变为2Q/3‎ B. 电容器C的带电量将变为Q/3‎ C. 再将S2由a合向b端，将有向右的瞬时电流流过R4‎ D. 将S2由a合向b端后，通过电阻R5的电量为2Q/3‎ ‎【答案】AC ‎【解析】开关接S2时，R3、R4断开，R1与R2串联，电容器与电阻R1并联，故电容器两端的电压等于R1两端的电压；开关滑到右端时，R1两端的电压；由Q=CU可知，；故后来的电量；故A正确，B错误；开关S2由a合向b端时，电压增大，则电容器充电；负电荷由右向左流入电容器下极板；故有向右的电流流过R4；故C正确；将S2由a合向b端后，电压变为原来的2倍，故电容器两端的电量；而电容器的下极板由原来的正电变为带负电，故通过电阻R5的电量为；故D错误；故选：AC。‎ 三 总结提升 ‎1．分析动态变化问题要注意以下三点 ‎(1)两个公式：闭合电路欧姆定律E＝U＋Ir(E、r不变)和部分电路欧姆定律U＝IR。‎ ‎(2)两个关系：外电压等于外电路上串联各部分电压之和；总电流等于各支路电流之和。‎ ‎(3)一个方法(程序法)：电路结构的变化→R的变化→R总的变化→I总的变化→U端的变化→固定支路 →支路的变化。‎ ‎2．分析电容器带电荷量的变化要注意以下两点 ‎(1)把电容器当成断路简化电路图，按照电路动态分析的基本方法来分析各部分电路电压与电流的变化。‎ ‎(2)电路稳定时，找到与电容器并联的电阻，而电容器的电压等于与之并联的电阻两端的电压。‎ 四 提升专练 ‎1. 在如图所示的电路中，电源电动势为E、内电阻为r，C为电容器，R0为定值电阻，R为滑动变阻器。开关闭合后，灯能正常发光，当滑动变阻器的滑片向右移动时，下列判断正确的是 A. 路端电压变小 B. 灯泡L将变亮 C. 电容器C的电量将减小 D. 电容器C的电量将增大 ‎【答案】D ‎2. 在图所示电路中，电源的电动势为ε，内阻为r，当滑动变阻器的滑片向上滑动时，通过电阻R1的电流I1和通过滑动变阻器R2的电流I2的变化是（ ）‎ A. I1变大，I2变小 B. I1变大，I2变大 C. I1变小，I2变大 D. I1变小，I2变小 ‎【答案】A ‎3.(多选)如图所示的电路中， 、是两个不同的小灯泡，a、b间有恒定的电压，它们都正常发光，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，发生的现象是（ ）‎ A. 亮度不变， 变暗 B. 变暗， 变亮 C. 电路消耗的总功率变小 D. 流过滑动变阻器的电流变小 ‎【答案】BCD ‎【解析】由电路图可知，当滑动变阻器的滑片向右移动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，电路的总电阻变大，由部分电路欧姆定律可知，干路电流I变小，灯电阻不变，由可知，灯的实际功率变小，因此灯变暗；干路电流I变小，灯电阻不变，则并联电压变大，灯电阻不变，由可知，灯的实际功率变大，则灯变亮，A错误，B正确；干路电流变小，根据，电路消耗的总功率变小，C正确；干路电流I变小，灯电流变大，故流过变阻器的电流变小，D正确；选BCD.‎ ‎4．(多选)在如图所示的电路中，E为电源的电动势，r为电源的内阻，R1、R2为可变电阻．在下列操作中，可以使灯泡L变暗的是(　　)．‎ A．仅使R1的阻值增大 B．仅使R1的阻值减小 C．仅使R2的阻值增大 D．仅使R2的阻值减小 ‎【答案】AD ‎5.(多选)如图所示，电路中RT为热敏电阻，R1和R2为定值电阻。当环境温度升高时，RT阻值变小。开关S闭合后，若环境温度降低，则（）‎ A. 通过 R1 的电流变小 B. 通过R2的电流变小 C. RT两端的电压增大 D. 电容器两极板间的电场强度不变 ‎【答案】AC ‎【解析】环境温度降低, RT阻值变大，电路的总电阻变大，总电流减小，即通过 R1 的电流变小，选项A正确；路端电压变大，R1上的电压减小，则R2及RT上的电压变大，通过R2‎ 的电流变大，选项B错误，C正确；R1上的电压减小，则电容器两端电压减小，电容器两极板间的电场强度减小，选项D错误；故选AC.‎ ‎6.在如图所示电路中，闭关开关S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，三个理想电表的示数都发生了变化，电表的示数分别用I、U1、U2表示，下列判断正确的是(　 　)‎ A. I减小，U2增大 B. I减小，U1增大 C. I增大，U1增大 D. I增大，U2增大 ‎【答案】A ‎7.(多选如图所示的电路，L1、L2、L3是3只小电灯，R是滑动变阻器，开始时，它的滑片P位于中点位置。当S闭合时，3只小电灯都发光。现使滑动变阻器的滑片P向右移动时，则小电灯L1、L2、L3的变化情况(　　)‎ A．L1变亮 B．L2变亮 ‎ C．L3变暗 D．L1、L2、L3均变亮 ‎【答案】BC ‎【解析】当滑动变阻器的滑片向右移动时，变阻器的有效电阻变大，导致外电路的总电阻增大，由闭合电路的欧姆定律I＝知，总电流I总减小，路端电压U路＝E－I总r将增大，因此，通过L1灯的电流IL1变小，L1灯变暗；U路＝UL1＋UL2，得L2灯两端的电压变大，L2灯变亮。而IL1＝IL2＋IL3，通过L1灯的电流IL1变小，通过L2灯的电流IL2变大，则通过L3灯的电流IL3变小，L3灯变暗。由以上分析可知，选项B、C正确。‎ ‎8．在如图所示的电路中，E为电源，其内阻为r，L为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变)，R1、R2为定值电阻，R3为光敏电阻，其阻值大小随所受照射光强度的增大而减小，V为理想电压表．若将照射R3的光的强度减弱，则(　　)．‎ A．电压表的示数变大　　 B．小灯泡消耗的功率变小 C．通过R2的电流变小　　 D．电源内阻的电压变大 ‎【答案】B ‎9.(多选)如图所示，图中的四个电表均为理想电表，当滑动变阻器滑片P向右端移动时，下面说法中正确的是(　　)‎ A．电压表V1的读数减小，电流表A1的读数增大 B．电压表V1的读数增大，电流表A1的读数减小 C．电压表V2的读数减小，电流表A2的读数增大 D．电压表V2的读数增大，电流表A2的读数减小 ‎【答案】AD ‎【解析】滑动变阻器滑片P向右端移动，使得RP变小，总电阻变小，总电流变大，即电流表A1的读数增大。内电压变大，R1两端电压变大，并联电路的电压即电压表V1的读数变小，即R3两端电压变小，通过R3的电流变小即电流表A2的读数减小，由于总电流增大，所以经过另外一个支路即经过R2的电流变大，R2两端电压变大，即电压表V2的读数增大，选项A、D正确。‎ ‎10.(多选)如图所示，R1、R2、R3、R4均为可变电阻，C1、C2均为电容器，电源的电动势为E，内阻r≠0。若改变四个电阻中的一个阻值，则(　　)‎ A．减小R1，C1、C2所带的电荷量都增加 B．增大R2，C1、C2所带的电荷量都增加 C．增大R3，C1、C2所带的电荷量都增加 D．减小R4，C1、C2所带的电荷量都增加 ‎【答案】BD ‎11.如图电路，C为电容器，D为理想二极管（具有单向导通作用），电流表、电压表均为理想电表。闭合开关S至电路稳定后，调节滑动变阻器滑片P向左移动一小段距离，结果发现电压表V1的示数改变量大小为 ‎，电压表V2的示数改变量大小为，电流表A的示数改变量大小为，则下列判断正确的有 A. 的值不变，且始终等于电源内阻 B. 的值变小 C. 的值变大 D. 滑片向左移动的过程中，电容器所带的电荷量要不断减少 ‎【答案】A ‎【解析】由图可知R1与R串联，V1测R两端的电压，V2测路端的电压．‎ 若P向左端移动，则滑动变阻器接入电阻增大，由闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流减小，则内电压减小，‎ 路端电压增大，即电压表V2的示数增大，R1两端的电压减小，所以V1的示数增大．‎ ‎12. 如图所示，电源电动势E=20V，电源的内阻r=2Ω，两个定值电阻R1=R2=8Ω，C为平行板电容器，其电容C=3.0pF，虚线到两极板距离相等，极板长L=0.20m，两极板的间距d=1.010-2m，开关S断开时，有一带电微粒沿虚线方向以v0=2.0m/s的初速度射入C的电场中，微粒恰能落到下板的正中央，已知该微粒的质量为m=410-5Kg，g取10m/s2，试求：‎ ‎（1）开关断开时两极板间的电压 ‎（2）微粒所带电荷的电性和电荷量q ‎【答案】（1）16V（2）‎ ‎【解析】（1）电容器两极板间的电压等于两端电压，开关S断开时，电路中的总电流 ‎，则电容器的极板电压。‎ ‎（2）粒子进入匀强电场中受到重力和电场力作用，做类平抛运动，则有 ‎ 水平方向： ‎ ‎ 竖直方向： ‎ 解得 电场力的方向一定竖直向上，故微粒一定带负电．    ‎ 由牛顿第二定律得，联立解得。‎ ‎13.变阻器的总电阻RA ‎=15Ω，内阻不计的电源的恒定电压为9V．现有一个标有“6V、3W”的灯泡，如采用如图所示的分压电路，图中电流表为理想电流表．求：‎ ‎（1）当滑动触头滑在AB间滑动时，小灯泡上所得到的电压范围为多大？‎ ‎（2）要使灯泡正常发光，应将变阻器的滑动头P调整到使PB间的电阻R等于多少？‎ ‎（3）小灯泡在正常发光时，滑动变阻器所消耗的功率大小．‎ ‎（4）滑动触头从B端滑到A端的过程中，电流表的读数如何变化？没有推导论证过程不得分．‎ ‎【答案】（1）0-9（2）12Ω（3）6W（4）先变小后变大 ‎ （2）要使灯泡正常发光，其电压应为，电流为 则PB间的电压为，电流为 干路电，又，‎ 故 联立上两式得： ‎ ‎（3）小灯泡在正常发光时，滑动变阻器所消耗的功率大小