難點(diǎn)14含電容電路的分析策略

1、難點(diǎn)14 含電容電路的分析策略將電容器置于直流電路，創(chuàng)設(shè)復(fù)雜情景，是高考命題慣用的設(shè)計(jì)策略，借以突出對考生綜合水平的考查，適合高考選拔性需要.應(yīng)引起充足注重.難點(diǎn)展臺(tái)1.（）在如圖14-1電路中，電鍵s1、s2、s3、s4均閉合.c是極板水平放置的平行板電容器，板間懸浮著一油滴p，斷開哪一個(gè)電鍵后p會(huì)向下運(yùn)動(dòng)a.s1 b.s2 c.s3 .s4 圖141 圖1422.（）圖14-2所示，是一個(gè)由電池、電阻r與平行板電容器組成的串聯(lián)電路.在增大電容器兩極板間距離的過程中a.電阻r中沒有電流 b.電容器的電容變小c.電阻r中有從a流向b的電流d.電阻r中有從b流向a的電流案例探究圖14-3例1（）

2、如圖14-3所示的電路中，4個(gè)電阻的阻值均為r，e為直流電源，其內(nèi)阻能夠不計(jì)，沒有標(biāo)明哪一極是正極.平行板電容器兩極板間的距離為d.在平行極板電容器的兩個(gè)平行極板之間有一個(gè)質(zhì)量為m,電量為q的帶電小球.當(dāng)電鍵k閉合時(shí)，帶電小球靜止在兩極板間的中點(diǎn)o上.現(xiàn)把電鍵打開，帶電小球便往平行極板電容器的某個(gè)極板運(yùn)動(dòng)，并與此極板碰撞，設(shè)在碰撞時(shí)沒有機(jī)械能損失，但帶電小球的電量發(fā)生變化.碰后小球帶有與該極板相同性質(zhì)的電荷，而且所帶的電量恰好剛能使它運(yùn)動(dòng)到平行極板電容器的另一極板.求小球與電容器某個(gè)極板碰撞后所帶的電荷.命題意圖：考查推理判斷水平及分析綜合水平，b級要求.錯(cuò)解分析：不能深刻把握該物理過程的本質(zhì)

3、，無法找到破題的切入點(diǎn)（k斷開u3變化q所受力f變化q運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化），得出準(zhǔn)確的解題思路.解題方法與技巧：由電路圖能夠看出，因r4支路上無電流，電容器兩極板間電壓，無論k是否閉合始終等于電阻r3上的電壓u3，當(dāng)k閉合時(shí)，設(shè)此兩極板間電壓為u，電源的電動(dòng)勢為e，由分壓關(guān)系可得uu3e小球處于靜止，由平衡條件得mg當(dāng)k斷開，由r1和r3串聯(lián)可得電容兩極板間電壓u為u由得uuuu表明k斷開后小球?qū)⑾蛳聵O板運(yùn)動(dòng)，重力對小球做正功，電場力對小球做負(fù)功，表明小球所帶電荷與下極板的極性相同，由功能關(guān)系mgqmv20因小球與下極板碰撞時(shí)無機(jī)械能損失，設(shè)小球碰后電量變?yōu)閝，由功能關(guān)系得qumgd=0mv2聯(lián)立上

4、述各式解得qq即小球與下極板碰后電荷符號未變，電量變?yōu)樵瓉淼?圖14-4例2（）如圖14-4所示，電容器c16 f，c2 3 f，電阻r16 ，r23 ，當(dāng)電鍵k斷開時(shí)，a、b兩點(diǎn)間的電壓uab？當(dāng)k閉合時(shí)，電容器c1的電量改變了多少（設(shè)電壓u 18 v）?命題意圖：考查理解、推理、分析綜合水平及解決實(shí)際問題的創(chuàng)新水平，b級要求.錯(cuò)解分析：沒有依據(jù)電路結(jié)構(gòu)的變化分析求出電容器充放電前后的電壓變化，使問題難于求解.解題方法與技巧：在電路中電容c1、c2的作用是斷路，當(dāng)電鍵k斷開時(shí)，電路中無電流，b、c等電勢，a、d等電勢，所以uabudb18 v，uabuacudb18 v，k斷開時(shí)，電容器c1

5、帶電量為q1c1uacc1udc6×106×18 c1.08×104 c.當(dāng)k閉合時(shí)，電路r1、r2導(dǎo)通，電容器c1兩端的電壓即電阻r1兩端的電壓，由串聯(lián)的電壓分配關(guān)系得：uac12 v此時(shí)電容器c1帶電量為：q1c1uac7.2×105 c電容器c1帶電量的變化量為：qq1q13.6×105 c所以c1帶電量減少了3.6×105錦囊妙計(jì)電容器是一個(gè)儲(chǔ)存電能的元件，在直流電路中，當(dāng)電容器充、放電時(shí)，電路有充電、放電電流，一旦電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當(dāng)于一個(gè)阻值無限大（只考慮電容器是理想不漏電的情況）的元件，電容電路可看作是

6、斷路，簡化電路時(shí)可去掉它，簡化后若要求電容器所帶電量時(shí)，可在相對應(yīng)的位置補(bǔ)上.分析和計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí)，關(guān)鍵是準(zhǔn)確地判斷并求出電容器的兩端的電壓，其具體方法是：1.確定電容器和哪個(gè)電阻并聯(lián)，該電阻兩端電壓即為電容器兩端電壓.2.當(dāng)電容器和某一電阻串聯(lián)后接在某一電路兩端時(shí)，此電路兩端電壓即為電容器兩端電壓.3.對于較復(fù)雜電路，需要將電容器兩端的電勢與基準(zhǔn)點(diǎn)的電勢比較后才能確定電容器兩端的電壓.殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練圖14-51.（）如圖14-5所示的電路中，電源的電動(dòng)勢恒定，要想使燈泡變暗，能夠a.增大r1b.減小r1 c.增大r2.減小r2圖14-62.（）一平行板電容器c，極板是水平放置的，它

7、和三個(gè)可變電阻及電源聯(lián)接成如圖14-6所示的電路.今有一質(zhì)量為m的帶電油滴懸浮在兩極板之間靜止不動(dòng).要使油滴上升，可采用的辦法是a.增大r1b.增大r2c.增大r3d.減小r23.（）如圖14-7所示，e10 v，r14 ，r26 ，c30 f，電池內(nèi)阻可忽略.（1）閉合開關(guān)k，求穩(wěn)定后通過r1的電流；（2）然后將開關(guān)k斷開，求這以后通過r1的總電量.圖147 圖1484.（）如圖14-8所示的電路，已知電池電動(dòng)勢e90 v，內(nèi)阻5 ，r110 ，r220 ，板面水平放置的平行板電容器的兩極板m、n相距d=3 cm，在兩板間的正中央有一帶電液滴，其電量q=-2×107 c，其質(zhì)量m=

8、4.5×105 kg，取g=10 m/s2，問（1）若液滴恰好能靜止平衡時(shí)，滑動(dòng)變阻器r的滑動(dòng)頭c正好在正中點(diǎn)，那么滑動(dòng)變阻器的最大阻值rm是多大?（2）將滑動(dòng)片c迅速滑到a端后，液滴將向哪個(gè)極板做什么運(yùn)動(dòng)?到達(dá)極板時(shí)的速度是多大?5.（）如圖14-9所示.兩根相距為l的豎直金屬導(dǎo)軌mn和pq的上端接有一個(gè)電容為c的電容器，質(zhì)量為m的金屬棒ab可緊貼豎直導(dǎo)軌無摩擦滑動(dòng)，且滑動(dòng)中ab始終保持水平，整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的磁場中，不計(jì)電阻，求最后通過c的充電電流.圖149圖14-106.（）圖14-10所示，金屬棒ab質(zhì)量m=5 g，放在相距l(xiāng)=1 m的光滑金屬導(dǎo)軌mn、pq上，磁感

9、應(yīng)強(qiáng)度b=0.5 t，方向豎直向上，電容器的電容c=2f，電源電動(dòng)勢e16 v，導(dǎo)軌距地面高度h=0.8 m.當(dāng)單刀雙擲開關(guān)先擲向1后，再擲向2，金屬棒被拋到水平距離s=6.4 cm的地面上，問電容器兩端的電壓還有多大?參考答案難點(diǎn)展臺(tái)1.c 2.bc殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練1.ad 2.cd3.電容器穩(wěn)定后相當(dāng)于斷路，斷開前電容器相當(dāng)于和r2并聯(lián)，k斷開前，電容器相當(dāng)于直接接到電源上，k斷開前后通過r1的電量即為前后兩狀態(tài)下電容器帶電量之差.電容器穩(wěn)定后相當(dāng)于斷路，則：（1）1總aa（2）斷開k前，電容器相當(dāng)于和r2并聯(lián)，電壓為2r2，儲(chǔ)存的電量為q1ci1r2斷開k穩(wěn)定后，總電流為零，電容器上電壓為e

10、，儲(chǔ)存電量為q2ce所以通過r1的電量為：qq2q1c（ei1r2）1.2×103 c4.滑動(dòng)變阻器r的滑動(dòng)觸頭c正好在ab正中點(diǎn)時(shí)對液滴實(shí)行受力分析知，重力g與電場力q平衡，從而求得電容器兩極電壓，也就是bc間電壓，然后據(jù)閉合電路歐姆定律求得rbc，從而求得rm.將滑片c迅速滑到a端后，由閉合電路歐姆定律可求得ab間電壓，即電容器兩板間電壓abmn×90即mn77 v大于c在中央時(shí)電壓，對液滴分析受力知電場力大于重力，所以向m板運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)量定理便可求得速度.（1）滑片c在ab中央時(shí)，對帶電液滴由平衡條件得mg=q所以mn= v67.5（v）由題意知umnbc67.5 v由歐姆定律得bc即67.5所以rm90 （2）滑片滑到a時(shí)，mnv77（v）67.5 v所以液滴向m板運(yùn)動(dòng)，設(shè)達(dá)m板時(shí)速度為v由動(dòng)能定理得q··=mv2 所以v=0.2 m/s5.經(jīng)分析知最終ab棒做勻加速下滑，設(shè)最終充電電流為i，在t內(nèi)電量、速率、電動(dòng)勢的變化量分別為q、v和e則有ic·cbl·cbla由牛頓第二定