第2章 专题拓展2 闭合电路的动态分析 含有电容器的电路（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第三册（教科版2019）

专题拓展2　闭合电路的动态分析　含有电容器的电路 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.会应用闭合电路欧姆定律分析闭合电路的动态分析 2．会分析含电容器电路的问题。 　　从局部到整体再局部解决问题方法。 　　体会大局观和局部观解决问题的方法。 探究点一___闭合电路的动态分析 纯电阻电路动态分析的常用方法 (1)程序判断法，遵循“局部→整体→部分”的思路，按以下步骤分析： (2)“串反并同”法，所谓“串反”，即某一电阻增大(减小)时，与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小(增大)；所谓“并同”，即某一电阻增大(减小)时，与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大(减小)。 应用“串反并同”法的两点前提： ①电路中电源内阻不能忽略。 ②滑动变阻器必须采用限流接法。 (3)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片分别滑至两个极端去讨论。 【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，当滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，下列说法正确的是(　　) A．电压表和电流表读数都增大 B．电压表读数变大，电流表读数变小 C．电压表的读数变大，电流表A1的读数变小，A2的读数变大 D．电压表的读数变小，电流表A1的读数变大，A2的读数变小 C　解析：滑动变阻器的触头由中点滑向b端时，R的阻值变大，因此电路的总电阻增大，电源的路端电压变大，电压表的读数增大；总电流减小电流表A1的读数减小，A、B错。R1两端的电压减小，R2两端的电压增大，电流表A2的读数增大。C对，D错。 [练1] 在如图所示的电路中，Rt为半导体热敏电阻，温度升高时电阻减小。闭合开关，灯泡L1、L2、L3的亮度相同；当Rt处的温度升高时，小灯泡的亮度变化情况是(　　) A．L1变亮，L2变暗，L3变亮 B．L1变暗，L2变亮，L3变暗 C．L1、L2变亮，L3变暗 D．L1、L2变暗，L3变亮 A　解析：电路分析：Rt先与L3串联后再与L2并联，最后与L1串联。 问题求解：Rt温度升高时阻值变小，则并联支路电阻变小，并联总电阻变小，外电路总电阻变小，由闭合电路欧姆定律，干路总电流变大，故L1变亮；内阻和L1上的分压增大，则并联部分电压变小，故L2变暗；又干路电流增大，L2支路电流减小，则L3支路电流增大，故L3变亮。A正确。 探究点二___含电容器的电路_ 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。 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。 3．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。 4．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。 5．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。 【例2】 (多选)如图R是光敏电阻(阻值随光照强度的增大而减小)，当它受到的光照强度增大时(　　) A．灯泡L变暗 B．光敏电阻R上的电压增大 C．电容器C的带电荷量增大 D．理想电压表V的读数减小 CD　解析：由题意可知，当光敏电阻受到的光照强度增大时，其阻值R减小，则总电阻减小，总电流变大，故灯泡L上的电流变大，则灯泡变亮；与灯泡并联的电容器两端电压变大，根据Q＝CU可知，电容器C的带电荷量增大；由U＝E－Ir可知，路端电压减小，即理想电压表V的读数减小；由闭合电路欧姆定律可得UR＝E－I(RL＋r)，可知光敏电阻R上的电压减小，CD符合题意，AB不符合题意。 [练2] (2022·淮安期末)如图所示的闭合电路，电源的电动势E、内阻r保持不变，R1为定值电阻，水平放置的平行金属板间有一带电微粒P处于静止状态；现将滑动变阻器R2的滑片向b端滑动，则(　　) A．电压表的示数减小 B．带电质点P将向上运动 C．电流表的示数增大 D．电压表示数的变化量与电流表示数的变化量的比值变大 B　解析：滑动变阻器R2的滑片向b端滑动，电路的总电阻变大，电路电流变小，即电流表示数变小，内电压变小，R1两端电压U1变小，E＝U内＋U1＋U2，电压表的示数U2变大，A、C错误；由于电压表示数变大，而电容器极板间距离不变，由E＝知，滑动变阻器R2的滑片向b端滑动，电容器极板间的电场强度变大，电场力变大，即带电微粒将向上运动，B正确；电压表示数的变化量与电流表示数的变化量的比值表示电源内阻和R1之和，而电源内阻和R1的阻值不变，故电压表示数的变化量与电流表示数的变化量的比值不变，D错误。 1．已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小，有磁场时电阻变大，并且磁场越强电阻值越大。为探测有无磁场，利用磁敏电阻作为传感器设计了如右图所示的电路，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(　　) A．电灯L亮度不变 B．电灯L亮度变亮 C．电流表的示数增大 D．电源的内耗功率增大 B　解析：探测装置从无磁场区进入强磁场区时，磁敏电阻的阻值变大，则电路的总电阻变大，根据I＝，可知总电流I变小，所以电流表的示数减小，根据闭合电路欧姆定律U＝E－Ir，可知由于I减小，故路端电压U增大，所以灯泡两端的电压增大，则电灯L变亮。故AC错误，B正确；电路中总电流I减小，电源内耗功率为P内＝I2r，可知，电源的内耗功率减小。D错误。 2．(多选)如图所示的电路，开关S闭合后，在变阻器R1的滑动端向上滑动的过程中(　　) A．电阻R0消耗的功率逐渐变小 B．电流表A1的示数增大，电流表A2的示数减小 C．电阻R1和R2消耗的总功率增大 D．电源的效率增大 AD　解析：在变阻器R的滑动端向上滑动的过程中，变阻器接入电路的电阻值增大，电路中的总电阻值增大，由闭合电路欧姆定律可知，电路中的总电流减小，由电功率公式P0＝I2R0可知，电阻R0消耗的功率逐渐变小，A符合题意；电路中的总电流减小，由闭合电路欧姆定律可得，并联电路部分的电压U并＝E－I(R0＋r)，可知U并增大，电流表A2的示数I2＝增大，因总电流减小，电流表A1的示数I1＝I－I2减小，B不符合题意；当外电路的电阻等于内电阻时，电源输出的功率最大，将R0等效成内电阻的部分，本题中由于r＋R0与R1和R2的并联电阻的关系不确定，所以随变阻器R1的滑动端向上滑动，电阻R1和R2消耗的总功率增大与减小不确定，C不符合题意；电源效率η＝＝，因总电流I减小，则路端电压U＝E－Ir增大，因此电源的效率增大，D符合题意。 3．在如图所示的电路中，当滑动变阻器R3的滑动触头P向下滑动时(　　) 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．电压表示数变大，电流表示数变大 D．电压表示数变小，电流表示数变小 A　解析：由“串反并同”可知，滑动变阻器R3的滑动触头P向下滑动时，R3的阻值增大，则电压表示数增大，电流表示数减小，A正确。 4．如图，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r。闭合电键后，将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想电流表示数变化量的绝对值为ΔI，则(　　) A．ΔU2＝ΔU1＋ΔU3 B．＝R＋r C．电源输出功率先增大后减小 D．保持不变，变化 B　解析：闭合电键后，将滑动变阻器滑片向下滑动，其有效电阻减小，电路中总电流增大，则U1增大，U2减小，U3减小，由闭合电路欧姆定律有：ΔU2＝ΔU3－ΔU1，A错误；根据闭合电路欧姆定律：U3＝E－I(R＋r)，则得＝R＋r，B正确；由于定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r，当将滑动变阻器滑片向下滑动时，电源的内外电阻差值减小，所以电源的输出功率一直增大，C错误；R是定值电阻，则有＝R，保持不变，U2＝E－Ir，则＝r，保持不变，D错误。 [课时梯级训练(19)见P171] 学科网（北京）股份有限公司 $$