第二章 专题强化7　闭合电路的动态分析　含容电路--教科版高中物理必修第三册同步课件+讲义+专练（新教材）

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DIERZHANG第二章专题强化7　闭合电路的动态分析　 含容电路 1.应用闭合电路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)。学习目标 内容索引一、闭合电路的动态分析二、含电容器的电路专题强化练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？I减小，则R1分压U1＝I·R1减小，由U外＝U1＋U并，得U并增大。U2＝U并＝I2R2，则通过R2的电流I2增大，R2两端的电压增大。I＝I3＋I2，所以通过滑动变阻器的电流I3减小。由U3＝U2＝U并，则滑动变阻器两端的电压增大。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)：梳理与总结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。　(多选)(2023·成都市高二期中)如图所示电路，闭合开关S，不考虑灯泡电阻的变化，电流表和电压表均为理想电表。若将滑动变阻器的滑片P向上移动，则A.灯泡L1变暗 B.灯泡L2亮度不变C.电压表的示数变大 D.电流表的示数变大√√滑动变阻器的滑片P向上移动，滑动变阻器接入电路的阻值变大，即电路中的总电阻变大，由闭合电路欧姆定律可知，电路中的电流变小，灯泡L1变暗，故A正确；电源的内电压变小，路端电压变大，电压表的示数变大，故C正确；不考虑灯泡电阻的变化，灯泡L1两端的电压变小，路端电压变大，则灯泡L2两端的电压变大，灯泡L2变亮，故B错误；通过灯泡L2的电流变大，又电路中的总电流变小，则通过滑动变阻器的电流变小，即电流表的示数变小，故D错误。 　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√将S断开，则电路的总电阻变大，总电流变小，由U＝E－Ir知，路端电压变大，故电压表的读数变大；总电流变小，则R1两端的电压U1＝IR1变小，故R3两端的电压变大，流过R3的电流变大，电流表的读数变大，选项B正确。　(多选)(2023·乐山沫若中学期中)在如图所示电路中，闭合开关S，当滑动变阻器的滑动触头P向上滑动时，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，电表示数变化量的绝对值分别用ΔI、ΔU1、ΔU2和ΔU3表示。下列说法正确的是A.U1变小，U2变大，U3变小，I变大B.U1变大，U2变小，U3变小，I变大√√滑片上移，接入电路电阻减小，根据“串反并同”，可知，U1变大，U2变小，U3变小，I变大，A错误，B正确；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。答案　R1、R2中均有电流通过，且均沿顺时针方向。(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？答案　电路达到稳定后，有电流通过R1；R2所在支路相当于断路，R2中没有电流通过，电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。(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？答案　在减小R1的过程中，电路中的总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可得总电流增大，路端电压U外＝E－Ir减小，电容器两端电压减小，所以电荷量减少，电容器放电，R2中有逆时针方向的电流。(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？答案　电路达到稳定后，R2所在支路相当于断路。若逐渐减小R2，不影响闭合回路的电阻，所以电路中的总电阻不变，总电流不变，路端电压不变，电容器上所带电荷量不变，R2中无电流通过。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。梳理与总结　(多选)(2023·雅安市高二期中)如图所示，电源的电动势E＝1.5 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，则A.开关断开电路稳定后两极板间的电压为 VB.开关断开电路稳定后电容器的带电量4×10－6 CC.开关接通电路稳定后两极板间的电压为1 VD.开关接通电路稳定后电容器的带电量为3×10－6 C√√电容器与R2两端的电压相同，由电容器电容的定义式得Q＝CU＝3×10－6×1.2 C＝3.6×10－6 C，B错误；电容器与R2两端的电压相同，由电容器电容的定义式得Q′＝CU′＝3×10－6×1 C＝3×10－6 C，D正确。 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；S闭合后，电路稳定时，R1、R2串联，答案　1 A(2)S原来闭合，然后断开，直至稳定的过程中流过R1的总电荷量。S闭合时，电容器两端电压UC＝U2＝IR2＝6 V，稳定后储存的电荷量Q＝CUC。S断开至达到稳定后电路中电流为零，此时UC′＝E，储存的电荷量Q′＝CUC′。电容器上的电荷量增加了ΔQ＝Q′－Q＝CUC′－CUC＝1.2×10－4 C。电容器上电荷量的增加是在S断开以后才发生的，则只有通过R1这条电路实现，所以流过R1的电荷量就是电容器所带电荷量的增加量，为1.2×10－4 C。答案　1.2×10－4 C 　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，开关S0保持闭合，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√S断开时，C相当于断路，R3中无电流，C两端电压等于R2两端电压，电容器a极板的电势比b极板的电势高，所以电容器a极板带正电，电容S闭合电路稳定后，R1和R2先串联再与R3并联，电容器b极板的电势比a极板电势高，b极板带正电，电容器两端电压即R1两端电压，为U1＝2 V，电容器所带电荷量为Q＝CU1＝8×10－6 C，故C错误，D正确。　S闭合，电路稳定后，流过电流表的电荷量为多少？答案　S闭合，电路稳定后，电容器上电荷量的增加量ΔQ＝CU2＋CU1＝2.4×10－5 C，故流过电流表的电荷量为2.4×10－5 C。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。三专题强化练1.(2022·峨眉第二中学月考)如图所示电路，在滑动变阻器的滑片P向a端滑动过程中，电压表、电流表的示数变化情况为A.两电表示数都增大B.两电表示数都减小C.电压表示数减小，电流表示数增大D.电压表示数增大，电流表示数减小123456789101112基础强化练√当滑动变阻器的滑片P向a端滑动时，接入电路的电阻增大，根据“串反并同”可知，电压表读数增大，电流表示数将减小。故选D。2.在如图所示的电路中，电源内阻不可忽略，开关S闭合前灯泡LA、LB、LC均已发光。那么，当开关S闭合时，LA、LB、LC三个灯泡的亮度变化情况是A.LA亮度不变，LB变亮，LC变暗B.LA变暗，LB变亮，LC变暗C.LA变亮，LB变暗，LC变亮D.LA变暗，LB变亮，LC亮度不变√123456789101112123456789101112当开关S闭合时，LC、LD并联，并联电阻减小，外电路总电阻R减小，根据闭合电路欧姆定律可知，总电流I增大，LA两端的电压UA＝E－Ir减小，电流IA减小，LA变暗；流过LB的电流IB＝I－IA增大，电压UB增大，LB变亮；LC的电压UC＝UA－UB，又因为UA减小，UB增大，则UC减小，LC变暗，故B正确。3.(多选)(2023·内江市高二期末)已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小，有磁场时电阻会变大，并且磁场越强电阻值越大。为了探测磁场的有无，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示电路，电源的电动势E和内阻r不变，在没有磁场时调节变阻器R使电灯L正常发光，若探测装置从无磁场区进入强磁场区，则下列说法正确的是A.路端电压变小B.电灯L变亮C.电流表的示数减小D.电流表的示数增大√123456789101112√123456789101112根据电路串并联关系可知，电灯两端电压等于路端电压，即电灯两端电压增大，故电灯L变亮，故B正确；4.(2023·泸州市高二期中)如图所示，当R3的触头向右移动时，电压表V1和电压表V2示数的变化量的绝对值分别为ΔU1和ΔU2，则下列说法中正确的是A.ΔU1>ΔU2B.路端电压增大C.电压表V1的示数变大D.电压表V2的示数变小123456789101112√123456789101112当R3的触头向右移动时，外电路总电阻减小，干路电流增大，则知电压表V2示数U2增大。电压表V1示数U1＝E－I(R2＋r)，I增大，U1减小，由于路端电压随外电阻减小而减小，则知路端电压减小，即U1＋U2减小，则知ΔU1>ΔU2，故选A。5.(多选)(2022·成都市高二期中)如图，电源的内阻不能忽略，电表均为理想电表。闭合开关S，滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中，电表的示数分别用U、I1、I2表示，电表示数变化量的大小分别用ΔU、ΔI1、ΔI2表示。下列说法正确的是123456789101112√√滑动变阻器的滑片P向右移动的过程中，R2减小，R总减小，根据E＝I总R总，可知I总增大，根据U＝E－I总r，U减小，故A正确；因U＝I3R1，I3减小，I总＝I3＋I2，I2增大，故B错误；1234567891011126.(2022·清华附中高一期末)如图所示，电源电动势E＝10 V，内阻r＝1 Ω，电阻R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，电容C＝30 μF。开关S断开或闭合后电路稳定时，电容器两极板间的电势差分别为A.6 V,10 V B.10 V,10 VC.10 V,6 V D.6 V,6 V123456789101112√7.如图，电源电动势为E，内阻为r，滑动变阻器最大电阻为R，所有电表均为理想电表。闭合开关S后，当滑片P由a端向b端缓慢滑动的过程中A.电流表A1的示数逐渐增大B.电流表A2的示数先减小再增大C.电容器C的电荷量保持不变D.电压表V的示数逐渐增大√123456789101112123456789101112设滑动变阻器滑片右侧电阻Ra与R0并联总电阻为R并，则R并＝ ，Ra增大，则R并增大，由于干路电流增大，则并联部分电压U并增大，则电流表A1的示数逐渐增大，A正确；电容器C的电压U＝E－U并－Ir，根据上述，干路电流增大，U并增大，则电容器C的电压减小，根据Q＝CU，可知，电容器C的电荷量减小，C错误；电压表V的示数为UV＝E－Ir，根据上述，干路电流增大，则电压表V的示数逐渐减小，D错误。1234567891011128.(2022·西宁市海湖中学高二开学考试)如图所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略。平行板电容器C的极板水平放置。闭合开关S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动。如果仅改变下列某一个条件，油滴仍能静止不动的是A.增大R1的阻值 B.增大R2的阻值C.增大两板间的距离 D.断开开关S123456789101112√以油滴为研究对象进行受力分析可知，油滴静止不动，所受电场力与重力平衡，即mg＝Eq＝ q，由题图知R2中没有电流通过，故改变R2时对电路工作状态无影响，B正确；增大R1的阻值，外电压增大，电容器电压增大，油滴所受电场力增大，油滴上升，A错误；增大两板间距离时，电场强度减小，油滴下落，C错误；断开开关S时，电容器与可变电阻构成闭合回路，电容器放电，油滴下落，D错误。1234567891011129.如图所示的电路中，已知电容C1＝C2，电阻R1＝R2，电源电动势为E，内阻为r，当开关S由闭合状态断开时，下列说法中正确的是A.电容器C1的电荷量增多，电容器C2的电荷量减少B.电容器C1的电荷量减少，电容器C2的电荷量增多C.电容器C1、C2的电荷量都增多D.电容器C1、C2的电荷量都减少123456789101112√123456789101112当开关S闭合时，电容器C2的电压等于R1两端的电压，电容器C1的电压等于电阻R2两端的电压.而两电阻串联，电压都小于电源的电动势E.当开关S断开，电路稳定后，电路中无电流，两电容器的电压都等于电源的电动势，可见，两电容器的电压增大，电荷量也都增多，故选C。10.(多选)(2023·成都树德中学高二期中)如图，G为灵敏电流计，V为理想电压表，R1、R2为定值电阻，R3是一根盐水柱(封于橡皮管内，与电路导通)，平行板电容器两极板水平，开关S闭合后电容器两板间的带电油滴恰好静止。则握住盐水柱两端将它竖直均匀拉伸的过程中(忽略温度对电阻的影响)A.电阻R3的阻值增大B.V表示数减小C.油滴向下运动D.G表中有从c到a的电流123456789101112√能力综合练√123456789101112因电阻R3的阻值增大，电路中总电阻增大，则干路电流减小，内电压和R1两端电压减小，则并联部分电压增加，电压表V的示数增大，故B错误；123456789101112电容器两端电压增大，电容器继续充电，G表中有从c到a的电流，故D正确。11.(2023·烟台市期末)如图所示，将一根粗细均匀的电阻丝弯成一个闭合的圆环，接入电路中，电路与圆环的接触点O点固定，P为电路与圆环良好接触的滑动触头，电源的电动势为E，内阻为r，闭合开关S，在滑动触头P缓慢地从m点开始经n点移到q点的过程中，下列说法正确的是A.电压表和电流表的示数都一直变大B.灯L1先变暗后变亮，电流表的示数一直变小C.灯L2先变暗后变亮，电流表的示数先变小后变大D.电容器C所带电荷量先减少后增多√123456789101112闭合的圆环，接入电路中，接触点O点与P间电阻丝并联接入电路中，在滑动触头P缓慢地从m点开始经n点移到q点的过程中，圆环接入到电路中的总电阻先变大后变小，故电路中的总电阻先变大后变小，则干路电流I先减小后增大，灯L2先变暗后变亮，根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，可知路端电压即电压表示数先变大后变小，圆环与灯L1并联部分的电压U并＝U－UL2，UL2与U并之和等于外电路电压，故U并先增大后减小，L1先变亮后变暗，流过电流表的电流IA＝I－IL1，IA先减小后增大，则电流表的示数先减小后增大，故A、B错误，C正确；123456789101112123456789101112圆环与灯L1并联部分的电压先增大后减小，则电容器板间的电压先增大后减小，由Q＝CU，可得电容器所带的电荷量先增大后减少，故D错误。12.(2022·内江市第六中学开学考试)如图所示电路中，电源的电动势E＝3 V，内阻r＝1 Ω，电阻R1＝2 Ω，R2＝R4＝1 Ω，电阻R3＝8 Ω，R5＝5 Ω，电容器的电容C＝100 μF，求：123456789101112尖子生选练(1)闭合开关S稳定后电容器的带电量；答案　1×10－4 C123456789101112电容器上极板带正电，开关S闭合后，外电路的总路端电压U＝E－Ir＝3 V－1×1 V＝2 V123456789101112电容器的电压等于R1与R4两端电压之差，则UC＝U1－U2＝1 V则得电容器的带电量Q2＝CUC＝1×10－4 C123456789101112带电荷量Q1＝CU2＝7.5×10－5 C闭合S后，因为U1>U2，外电路中沿着电流方向电势降低，可得电容器下极板的电势高，带正电，上极板的电势低，带负电；因此，闭合开关S后，通过电阻R3的总电荷量Q＝Q1＋Q2＝1.75×10－4 C。(2)闭合开关S后，通过电阻R3的总电荷量。答案　1.75×10－4 C