高中物理必修三 第十二章　专题强化9　闭合电路的动态分析　含有电容器的电路　故障分析同步学案

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专题强化9　闭合电路的动态分析　含有电容器的电路　故障分析[学习目标]　1.会应用闭合电路的欧姆定律分析闭合电路的动态问题(重难点)。2.会分析含有电容器的电路问题(重难点)。3.会结合闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律分析电路故障(难点)。一、闭合电路的动态分析在如图所示的电路中，当滑动变阻器的滑片P向右滑动时，回路的总电流、路端电压如何变化？通过R1、R2和滑动变阻器的电流如何变化，它们两端的电压如何变化？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________闭合电路动态问题的分析方法1．程序法：遵循“局部—整体—局部”的思路，按以下步骤分析(如图)：2．结论法——“串反并同”“串反”：是指某一电阻增大时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小；某一电阻减小时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大。“并同”：是指某一电阻增大时，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；某一电阻减小时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小。3．极限法因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题，可将滑动变阻器的滑片分别滑至两个极端，使其电阻最大或电阻为零，画等效电路图分析各电学量的变化情况。例1　如图所示电路中，当开关S闭合，滑动变阻器的滑片P从a端向b端滑动时，以下判断正确的是(　　)A．电压表示数变大，通过灯L1的电流变大，灯L2变亮B．电压表示数变小，通过灯L1的电流变小，灯L2变暗C．电压表示数变大，通过灯L2的电流变小，灯L1变亮D．电压表示数变小，通过灯L2的电流变大，灯L1变暗针对训练1　如图所示，E为内阻不能忽略的电源，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，与分别为理想电压表与电流表。初始时S0与S均闭合，现将S断开，则(　　)A.的读数变大，的读数变小B.的读数变大，的读数变大C.的读数变小，的读数变小D.的读数变小，的读数变大例2　(多选)在如图所示的电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示，电表示数的变化量分别用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示。下列说法正确的是(　　)A.eq \f(U1,I)不变，eq \f(ΔU1,ΔI)不变 B.eq \f(U2,I)变大，eq \f(ΔU2,ΔI)变大C.eq \f(U2,I)变大，eq \f(ΔU2,ΔI)不变 D.eq \f(U3,I)不变，eq \f(ΔU3,ΔI)不变通过U－I图像辨析动态电路eq \f(U,I)和eq \f(ΔU,ΔI)对于U－I图线，eq \f(U,I)为图像上任意一点的纵坐标和横坐标的比值， eq \f(ΔU,ΔI)为直线的斜率。1．对于定值电阻R0，U＝IR0，U－I图线为过原点的直线，eq \f(U,I)＝eq \f(ΔU,ΔI)＝R02．电源的U－I图线为倾斜的直线，U＝E－Ir，eq \f(U,I)＝R外，|eq \f(ΔU,ΔI)|＝r3．可变电阻R的U－I图线为倾斜的直线，U＝E－I(r＋R0)，eq \f(U,I)＝R，|eq \f(ΔU,ΔI)|＝r＋R0二、含电容器的电路如图所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源电动势为E，内阻为r，平行板电容器电容为C，两极板水平放置。(1)当开关闭合时，有电流通过R1或R2吗？若有，电流方向如何？(2)电路达到稳定后，有电流通过R1或R2吗？此时电容器两端的电压为多少？带电荷量为多少？(3)电路稳定后逐渐减小R1，在此过程中，有电流通过R2吗？若有，电流方向如何？(4)电路稳定后再逐渐减小R2，在此过程中，有电流通过R2吗？若有，电流方向如何？________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．在直流电路中，当电容器充、放电时，电路中有充、放电电流。如果电容器两端电压升高，电容器将充电；如果电容器两端电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电。充电时电容器相当于用电器，电流从正极进，放电时电容器相当于电源，电流从正极出。2．电路稳定后，电容器处电路可看成是断路，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路中的电阻上无电压降低，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。例3　(多选)如图所示，电源的电动势E＝2 V，内阻r＝2 Ω，两个定值电阻均为8 Ω，平行板电容器的电容C＝3×10－6 F，闭合开关S0，则(　　)A．开关S断开时两极板间的电压为eq \f(4,3) VB．开关S断开时电容器所带电荷量为4×10－6 CC．开关S接通电路稳定后两极板间的电压为eq \f(4,3) VD．开关S接通电路稳定后电容器所带电荷量为4×10－6 C例4　如图所示，电源电动势E＝10 V，内阻可忽略，R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，平行板电容器的电容C＝30 μF，求：(1)S闭合后，电路稳定时通过R1的电流；(2)S原来闭合，然后断开，这个过程中流过R1的总电荷量。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________针对训练2　如图所示，电源电动势E＝6 V，内阻不计，电阻R1＝2 Ω，R2＝4 Ω，R3＝6 Ω，电容器电容C＝4 μF，下列说法正确的是(　　)A．S断开时电容器的电压为2 VB．S断开时电容器a极板带负电C．S闭合，电路稳定后，电容器b极板带负电D．S闭合，电路稳定后，电容器所带电荷量为8×10－6 C拓展延伸　S闭合，电路稳定后，流过电流表的电荷量为多少？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．电容器的充、放电过程结束后，通过对电路的分析与计算得出电容器两极板的电势，电势高的极板带正电。2．如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过所连导线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之差；如果变化前后极板带电的电性相反，那么通过所连导线的电荷量等于始末状态电容器电荷量之和。三、直流电路的故障分析1．常见故障：断路、短路2．常用方法：假设法假设某电阻发生断路(或短路)，根据闭合电路动态分析方法判断实际现象与题中情景是否相符，进而找出电路故障。例5　(多选)(2022·宁乡市教育研究中心高二期末)如图所示的电路中，闭合开关S，灯L1、L2正常发光。由于电路出现故障，突然发现L1变亮，L2变暗，分析电路特点，若只有某一个元件发生故障，下列情况可能的是(　　)A．R2断路 B．R2短路C．R1断路 D．R3断路