2019届二轮复习 含电容器电路 学案(全国通用)
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限大(只考虑电容器是理想的不漏电的情况)的元件,电容器所处电路可看做是断路,简化电路时可去掉它,简化后若要求电容器所带电荷量时,可接在相应的位置上。
一、电容器在电路中的连接方式
1.串接:如图所示,R和C串接在电源两端, 闭合,电路稳定后,R相当于导线,C上的电压大小等于电源电动势大小。
2.并接:如图所示,R和C并接,C上电压永远等于R上的电压。
3.跨接:如图所示, 闭合,电路稳定后,两支路中有恒定电流,电容器两极板间电压等于跨接的两点间的电势差,即
二、分析和计算含有电容器的直流电路时,需注意以下几点:
1.电路的简化:不分析电容器的充、放电过程时,把电容器所处的支路视为断路,简化电路时可以去掉,求电荷量时再在相应位置补上。
2.处理方法:
(1)电路稳定后,与电容器串联的电路中没有电流,同支路的电阻相当于导线,即电阻不起降低电压的作用,与电容器串联的电阻视为等势体。电容器的电压为与之并联的电阻两端的电压。
(2)当电容器和电阻并联后接入电路时,电容器两极板间的电压与其并联电阻两端的电压相等。
(3)电路的电流、电压变化时,将会引起电容器的充(放)电。如果电容器两端电压升高,电容器将充电;如果电压降低电容器将通过与它连接的电路放电。
3.含电容器电路问题的解题思路
分析和计算含有电容器的直流电路时,关键是准确判断和求出电容器两端的电压,其具体方法是:第一步——理清电路的串、并联关系。
第二步——确定电容器两极板间的电压。电容器和哪个电阻并联,该电阻两端电压即为电容器两端电压。或当电容器和某一电阻串联后接在某一电路两端时,此电路两端电压即为电容器两端电压。当电容器与电源直接相连,则电容器两极板间电压即等于电源电动势。
在电容器充电和放电的过程中,欧姆定律等电路规律不适用,但对于充电或放电完毕的电路,电容器的存在与否不再影响原电路,电容器接在某一支路两端,可根据欧姆定律及串、并联规律求解该支路两端的电压U。
第三步——分析电容器所带的电荷量。针对某一状态,由电容器两端的电压U求电容器所带的电荷量Q=CU,由电路规律分析两极板电势的高低,高电势板带正电,低电势板带负电。
【题1】如图所示的电路中,电源的电动势E=6 V,内阻r=1 Ω,电阻R1=3 Ω,R2=6 Ω,电容器的电容C=3.6 μF,二极管D具有单向导电性,开始时,开关S1闭合,S2断开。
(1)合上S2,待电路稳定以后,求电容器上电荷量变化了多少?
](2)合上S2,待电路稳定以后再断开S1,求断开S1后流过R1的电荷量是多少? 【答案】(1)减少了1.8×106 C (2)9.6×106 C
-
-
U1=I1R1=4.5 V
合上开关S2后,电容器两端电压为U2,干路电流为I2,根据闭合电路欧姆定律有I2=R1R2U2=I2=4 V
R1+R2
所以电容器上电荷量减少了,减少量为ΔQ=(U1-U2)C=1.8×106 C。
-
E
=2 A
R1R2+rR1+R2
(2)设合上S2后,电容器上的电荷量为Q,则Q=CU2=1.44×105 C
-
再断开S1后,通过R1和R2的电流与阻值成反比,故流过电阻的电荷量与阻值成反比。 故流过电阻R1的电荷量为Q1=
R2-
Q=9.6×106 C。学 R1+R2
【题2】如图电路中,电源的电动势为E,内阻为r,R1、R3为定值电阻,R2为滑动变阻器,C为平行板电容器,开关S闭合后,电容器两板正中央有一个带电液滴恰好静止。电流表和电压表都可以视为理想电表。当滑动变阻器滑片P向b端滑动过程中,下述说法中正确的是
A.电压表示数变大,电流表示数变小 B.电压表示数变小,电流表示数变大
C.电容器C所带电荷量增加,液滴向上加速运动 D.电容器C所带电荷量减小,液滴向下加速运动 【答案】D
三、关于电路中电容器的考察类型
1.考查电容器所带电荷量及其变化的计算
(1)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初、末状态电容器所带电荷量之差;
(2)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初、末状态电容器所带电荷量之和。
【题3】如图所示的电路中,R1=3Ω,R2=6Ω,R3=1.5Ω,C=20μF当开关S断开时,电源所释放的总功率为2W;当开关S闭合时,电源所释放的总功率为4W。求:
(1)电源的电动势和内电阻; (2)闭合S时,电源的输出功率;
. ](3)S断开和闭合时,电容器所带的电荷量各是多少? 【答案】(1)4V 0.5Ω(2)3.5W (3)0
2
(2)闭合S时,电源的输出功率P=I2(1.5+2R外=1×
3×6
)W=3.5W 3+6
(3)S断开时Q1=CUR2=20×106×0.5×6C=6×105C
-
-
S闭合,电容器两端的电势差为零,则Q2=0。
【题4】(多选)如图所示,C1=6 μF,C2=3 μF,R1=3 Ω,R2=6 Ω,电源电动势E=18 V,内阻不计。下列说法正确的是
A.开关S断开时,a、b两点电势相等 B.开关S闭合后,a、b两点间的电流是2 A
C.开关S断开时C1带的电荷量比开关S闭合后C1带的电荷量大 D.不论开关S断开还是闭合,C1带的电荷量总比C2带的电荷量大 【答案】BC
【解析】S断开时外电路处于断路状态,两电阻中无电流通过,电阻两端电势相等,由图知a点电势与电源负极电势相等,而b点电势与电源正极电势相等,A错误。S断开时两电容器两端电压都等于电源电动势,而C1>C2,由Q=CU知此时Q1>Q2,当S闭合时,稳定状态下C1与R1并联,C2与R2并联,电路中电E流I==2 A,此时两电阻两端电压分别为U1=IR1=6 V、U2=IR2=12 V,则此时两电容器所带电荷
R1+R2
量分别为Q1′=C1U1=3.6×105 C、Q2′=C2U2=3.6×105 C,对电容器C1来说,S闭合后其两端电压减小,
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-
所带电荷量也减小,故B、C正确,D错误。
【题5】在如图所示的电路中,开关S原来是闭合的,现将S断开,则灯泡L亮度变化和电容器C带电量变化情况是
. ]
A.灯泡L变亮、电容器C带电量增加 B.灯泡L变亮、电容器C带电量减少 C.灯泡L变暗、电容器C带电量增加 D.灯泡L变暗、电容器C带电量减少 【答案】A
2.考查电路变化后通过用电器的电荷量
求电路变化后流过用电器的电荷量的问题,一定要注意同一极板上所带电荷的电性是否变化,不变则流过用电器的电荷量为初、末状态电容器所带电荷量之差,变化则为二者之和。
【题6】如图所示的电路,E=10 V,R1=4 Ω,R2=6 Ω,电池内阻不计,C1=C2=30 μF。先闭合开关S,待电路稳定后再断开S,求断开S后通过电阻R1的电荷量。
【答案】4.2×104 C
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学, , ,X,X, ]
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