专题15 电路的动态分析和故障分析 讲义-2025-2026学年高二上学期物理人教版必修第三册

电路的动态分析和故障分析15 题型1 电路动态分析 6 题型2 含容电路分析 9 题型3 电路故障分析 14 储备区 知识储备 技巧总结 1 知识清单 1．电路动态分析 2．电路故障分析 3．含容电路分析 2 知识储备 电路的动态变化知识点 一 1.不含电容器电路 (1)判定总电阻变化情况的规律 ①当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时，电路的总电阻一定增大(或减小)． ②若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小． ③在如图所示分压电路中，滑动变阻器可视为由两段电阻构成，其中一段R并与用电器并联，另一段R串与并联部分串联．A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致． (2)分析思路 2.含电容器电路 (1)电路的简化 不分析电容器的充、放电过程时，把电容器所在的电路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上． (2)电路稳定时电容器的处理方法 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，但电容器两端的电压与其并联电器两端电压相等．(3)电压变化带来的电容器变化 电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电．若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电，可由ΔQ＝CΔU计算电容器上电荷量的变化量． 故障分析的方法知识点 二 1．电路故障一般是短路或断路，其特点如下： (1)短路状态的特点：有电流通过电路而两端电压为零。 (2)断路状态的特点：电源路端电压不为零而电流为零。 2．利用电流表、电压表判断电路故障的方法 常见故障 故障解读 原因分析 正常 无示数 “电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路，“电压表无示数”表明无电流通过电压表 故障原因可能是： a．电压表损坏； b．电压表接触不良； c．与电压表并联的用电器短路 正常 无示数 “电压表有示数”表明电压表有电流通过，“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表 故障原因可能是： a．电流表短路； b．和电压表并联的用电器断路 均无示数 “两表均无示数”表明无电流通过两表 除了两表同时被短路外，可能是干路断路导致无电流 含容电路分析知识点 三 1．电路简化 在恒定的直流电路中，把电容器所在的支路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上。 2．电容器的电压 (1)电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。 (2)电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻无电压，相当于导线。 3．电容器的电荷量及变化 (1)利用Q＝CU计算电容器初、末状态所带的电荷量Q1和Q2。 (2)如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电荷量为|Q1－Q2|。 (3)如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电荷量为Q1＋Q2。 3、含电容器电路动态变化 (1)电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路上的电阻无电压降，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。在电路稳定后，与电容器串联的电阻中无电流通过，与电容器串联的电阻阻值变化，不影响电路中其他电表示数和灯泡亮度。 (2)电路中的电流、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，所带电荷量增大；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，所带电荷量减小。 4.含二极管的直流电路 (1)二极管具有单向导电性，当给二极管加上正向电压时，二极管电阻很小，处于导通状态；当给二极管加上反向电压时，二极管电阻很大，处于截止状态。 (2)在含有二极管的电路中，二极管起到了开关作用。 3 技巧总结 一、电路动态分析的两个结论 （1）判定总电阻变化情况的规律 ①当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小). ②若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小. （2）“串反并同” ①所谓“串反”,即某一电阻增大时,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,反之则增大. ②所谓“并同”即某一电阻增大时,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,反之则减小. 二、含容电路动态分析的三个步骤 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。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，根据Q＝CU，由电容器两端的电压U求电容器所带的电荷量Q，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 拓展区 拓展延伸 走进985 电路动态分析的方法 (1)程序法：遵循“部分—整体—部分” 的思路，按以下步骤分析： (2)极限法：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。 (3)“串反并同”法：“串反”是指某一电阻增大(或减小)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(或增大)；“并同”是指某一电阻增大(或减小)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(或减小)。 强化区 巩固强化 成果展示 题型1 电路动态分析 【典例1】（2025•丰台区开学）在如图所示的电路中，电源电动势为，内阻为，闭合开关，在滑动变阻器的滑片向下滑动的过程中，下列说法正确的是　　 A．电压表示数增大 B．电流表示数不变 C．电源的输出功率减小 D．消耗的功率减小 【典例2】（2025•丰台区开学）压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图所示。将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车在水平方向做直线运动过程中，下列说法正确的是　　 A．若电流表示数恒定，小车做匀速直线运动 B．若电流表示数均匀增大，小车可能向右做匀加速直线运动 C．若电流表示数均匀减小，小车可能向左做匀加速直线运动 D．若电流表示数增大，小车加速度向右 【典例3】（2025•长沙校级开学）如图甲所示为某电子秤，图乙是其工作原理图，电子秤的示数表由电流表改装而成，是一根均匀电阻丝，挂钩的重力不计，不称重物时滑片在电阻丝的端，所称物重最大时在端，电路中电源电压不变。当所称物重力增大时，下列说法正确的是　　 A．电路总电阻增大 B．电流表示数减小 C．电阻丝两端电压增大 D．定值电阻的电功率增大 【典例4】（2025•平谷区校级开学）如图所示的电路，电源电压不变。闭合开关后，、、三盏灯均能发光。现将变阻器的滑片稍向上滑动一些，三盏灯亮度变化的情况是 A．灯变亮，灯和灯变暗 B．灯和灯变亮，灯变暗 C．灯和灯变暗，灯变亮 D．灯和灯变暗，灯变亮 题型2 含容电路分析 【典例5】（2025•汕头二模）某智能锁利用超级电容器作为待用电源，其简化电路如图所示。主电源正常工作时（开关闭合），智能锁的输入电压为；当主电源断电（开关断开），则启用备用电源，智能锁在输入电压降至时会发出低电压警报。该电容器的电容为，及是电路中的小电阻，下列说法正确的是　　 A．正常工作时，电容器储存电量为 B．断电前后，流经智能锁的电流方向相反 C．阻值越大，当主电源断电后，电容器放电时间一定越短 D．从主电源断电后至智能锁发出低电压警报，流经智能锁的电量为 【典例6】（2025•台州模拟）电容器是一种可以储存电荷和电能的装置，用平行板电容器还可以产生匀强电场，常使用于电子仪器中。如图为一个含有电容器、电阻器、理想二极管、理想电流表、电键和电源的电路，初始时电键闭合，下列对于此电路的说法正确的是　　 A．电键保持闭合时，两个二极管均发光 B．电键保持闭合时，增大电容器两极板的距离，电流表中有向上的电流 C．在断开的瞬间，两个二极管均发光 D．若只增大的阻值，则电键断开后，放电的时间会变长 【典例7】（2025•渭滨区校级模拟）如图，用绝缘轻绳、将质量、电荷量均相同的两小球分别悬挂在两竖直平行板电容器间。两平行板电容器完全相同，通过导线连接。断开开关，初次稳定时，与竖直方向的夹角，竖直。闭合开关，再次稳定时，、与竖直方向的夹角均为，已知重力加速度大小为，则　　 A． B． C．再次稳定时中的拉力大于初次稳定时中的拉力 D．再次稳定时中的拉力小于初次稳定时中的拉力 【典例8】（2025•南通模拟）如图所示，足够大的金属板、平行放置，在两板间放置一不带电的金属球壳，为球心，、为球壳外表面上的两点，闭合开关。稳定后　　 A．点的电势比点的高 B．点的电场强度比点的大 C．向右移动滑片，点的电势降低 D．断开开关，点的电场强度减小 题型3 电路故障分析 【典例9】（2025•射阳县校级模拟）某实验小组先采用如图所示电路测量时，在较大范围内调节滑动变阻器阻值，发现电压表示数虽然有变化，但变化不明显，主要原因是　　 A．滑动变阻器与电路接触处断路 B．电流表阻值太小 C．滑动变阻器的阻值太小 D．电池内阻太小 【典例10】（2024秋•通州区期末）如图所示，电源电动势为，当开关接通时，灯泡和都不亮，用电压表测得各部分电压，，由此可以判断　　 A．可能是和的灯丝都断了 B．可能是的灯丝断了 C．可能是的灯丝断了 D．可能是滑动变阻器断路 【典例11】（2024秋•滨海新区期末）我们通常用电压表来查找电路故障。在如图所示的电路中，当合上开关后，两个均标有“，”字样的灯泡均不发光，用电压表测得，，如果各段导线及接线处均无问题，且只有一处故障，这说明　　 A．开关接触不良 B．灯泡灯丝断了 C．灯泡灯丝断了 D．滑动变阻器的电阻丝断了 【典例12】（2024•江苏模拟）如图所示电路中，由于某处出现了故障，导致电路中的、两灯变亮，、两灯变暗，故障的原因可能是　　 A．短路 B．断路 C．短路 D．短路 学科网（北京）股份有限公司 $ 电路的动态分析和故障分析15 题型1 电路动态分析 6 题型2 含容电路分析 9 题型3 电路故障分析 14 储备区 知识储备 技巧总结 1 知识清单 1．电路动态分析 2．电路故障分析 3．含容电路分析 2 知识储备 电路的动态变化知识点 一 1.不含电容器电路 (1)判定总电阻变化情况的规律 ①当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时，电路的总电阻一定增大(或减小)． ②若开关的通、断使串联的用电器增多时，电路的总电阻增大；若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小． ③在如图所示分压电路中，滑动变阻器可视为由两段电阻构成，其中一段R并与用电器并联，另一段R串与并联部分串联．A、B两端的总电阻与R串的变化趋势一致． (2)分析思路 2.含电容器电路 (1)电路的简化 不分析电容器的充、放电过程时，把电容器所在的电路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上． (2)电路稳定时电容器的处理方法 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，但电容器两端的电压与其并联电器两端电压相等．(3)电压变化带来的电容器变化 电路中电流、电压的变化可能会引起电容器的充、放电．若电容器两端电压升高，电容器将充电；若电压降低，电容器将通过与它连接的电路放电，可由ΔQ＝CΔU计算电容器上电荷量的变化量． 故障分析的方法知识点 二 1．电路故障一般是短路或断路，其特点如下： (1)短路状态的特点：有电流通过电路而两端电压为零。 (2)断路状态的特点：电源路端电压不为零而电流为零。 2．利用电流表、电压表判断电路故障的方法 常见故障 故障解读 原因分析 正常 无示数 “电流表示数正常”表明电流表所在电路为通路，“电压表无示数”表明无电流通过电压表 故障原因可能是： a．电压表损坏； b．电压表接触不良； c．与电压表并联的用电器短路 正常 无示数 “电压表有示数”表明电压表有电流通过，“电流表无示数”说明没有或几乎没有电流流过电流表 故障原因可能是： a．电流表短路； b．和电压表并联的用电器断路 均无示数 “两表均无示数”表明无电流通过两表 除了两表同时被短路外，可能是干路断路导致无电流 含容电路分析知识点 三 1．电路简化 在恒定的直流电路中，把电容器所在的支路视为断路，简化电路时可以去掉，求电荷量时再在相应位置补上。 2．电容器的电压 (1)电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。 (2)电容器所在的支路中没有电流，与之串联的电阻无电压，相当于导线。 3．电容器的电荷量及变化 (1)利用Q＝CU计算电容器初、末状态所带的电荷量Q1和Q2。 (2)如果变化前后极板带电的电性相同，通过所连导线的电荷量为|Q1－Q2|。 (3)如果变化前后极板带电的电性相反，通过所连导线的电荷量为Q1＋Q2。 3、含电容器电路动态变化 (1)电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以在此支路上的电阻无电压降，因此电容器两极板间的电压就等于该支路两端的电压。在电路稳定后，与电容器串联的电阻中无电流通过，与电容器串联的电阻阻值变化，不影响电路中其他电表示数和灯泡亮度。 (2)电路中的电流、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，所带电荷量增大；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，所带电荷量减小。 4.含二极管的直流电路 (1)二极管具有单向导电性，当给二极管加上正向电压时，二极管电阻很小，处于导通状态；当给二极管加上反向电压时，二极管电阻很大，处于截止状态。 (2)在含有二极管的电路中，二极管起到了开关作用。 3 技巧总结 一、电路动态分析的两个结论 （1）判定总电阻变化情况的规律 ①当外电路的任何一个电阻增大(或减小)时,电路的总电阻一定增大(或减小). ②若开关的通、断使串联的用电器增多时,电路的总电阻增大;若开关的通、断使并联的支路增多时，电路的总电阻减小. （2）“串反并同” ①所谓“串反”,即某一电阻增大时,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,反之则增大. ②所谓“并同”即某一电阻增大时,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,反之则减小. 二、含容电路动态分析的三个步骤 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。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，根据Q＝CU，由电容器两端的电压U求电容器所带的电荷量Q，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 拓展区 拓展延伸 走进985 电路动态分析的方法 (1)程序法：遵循“部分—整体—部分” 的思路，按以下步骤分析： (2)极限法：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。 (3)“串反并同”法：“串反”是指某一电阻增大(或减小)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(或增大)；“并同”是指某一电阻增大(或减小)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(或减小)。 强化区 巩固强化 成果展示 题型1 电路动态分析 【典例1】（2025•丰台区开学）在如图所示的电路中，电源电动势为，内阻为，闭合开关，在滑动变阻器的滑片向下滑动的过程中，下列说法正确的是　　 A．电压表示数增大 B．电流表示数不变 C．电源的输出功率减小 D．消耗的功率减小 【答案】 【分析】在滑动变阻器的滑片向下滑动的过程中，分析外电阻总电阻变化，由闭合电路欧姆定律分析干路电流与路端电压的变化，即可知道电压表示数的变化，进而得出通过的电流变化，再判断电流表示数的变化。根据功率公式得到电源输出功率与外电阻的关系式，再分析电源输出功率变化情况；根据的电压变化分析其功率的变化。 【解答】解：、闭合开关，在滑动变阻器的滑片向下滑动的过程中，滑动变阻器接入电路的电阻减小，外电路的电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律可知，干路电流增大，电源内阻分担的电压减小，外电路的电压减小，则电压表的示数减小，故错误； 、外电路电压减小，通过定值电阻的电流减小，而干路电流增大，根据并联电路特点可知，电流表示数增大，故错误； 、根据电源输出功率 可知，当时，电源的输出功率最大，由于不知道与的具体关系，所以无法判断电源输出功率的变化情况，故错误； 、消耗的功率，结合上述分析可知，当滑片向下滑动时，外电路的电压减小，而定值电阻的阻值不变，所以消耗的功率减小，故正确。 故选：。 【典例2】（2025•丰台区开学）压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图所示。将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车在水平方向做直线运动过程中，下列说法正确的是　　 A．若电流表示数恒定，小车做匀速直线运动 B．若电流表示数均匀增大，小车可能向右做匀加速直线运动 C．若电流表示数均匀减小，小车可能向左做匀加速直线运动 D．若电流表示数增大，小车加速度向右 【答案】 【分析】压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，根据电流表示数变化情况，分析电路中电流变化情况，判断重球对压敏电阻的压力变化情况，再分析小车的运动情况。 【解答】解：、电流表示数恒定，说明压敏电阻的阻值不变，则重球对压敏电阻的压力恒定，小车可能做匀速直线运动，也可能做匀变速直线运动，故错误； 、若电流表的示数均匀变化，说明外电路的电阻是变化的，则压敏电阻的阻值是变化的，而小车做匀变速运动时，重球对压敏电阻的压力恒定，压敏电阻的阻值不变，不可能，故错误； 、若电流表示数增大，根据闭合电路欧姆定律可知，压敏电阻的阻值减小，则重球对压敏电阻的压力增大，由牛顿第三定律可知，压敏电阻对重球向右的压力增大，根据牛顿第二定律可知，小车向左做加速运动，即加速度向左，故正确。 故选：。 【典例3】（2025•长沙校级开学）如图甲所示为某电子秤，图乙是其工作原理图，电子秤的示数表由电流表改装而成，是一根均匀电阻丝，挂钩的重力不计，不称重物时滑片在电阻丝的端，所称物重最大时在端，电路中电源电压不变。当所称物重力增大时，下列说法正确的是　　 A．电路总电阻增大 B．电流表示数减小 C．电阻丝两端电压增大 D．定值电阻的电功率增大 【答案】 【分析】根据滑片移动方向判断滑动变阻器接入电路的电阻变化，分析总电阻的变化，进而判断电流表示数的变化，分析的电压变化，再判断两端电压的变化。根据电流变化分析的电功率变化情况。 【解答】解：、当所称物重增大时，滑片向下移动，滑动变阻器接入电路的电阻减小，则电路总电阻减小，故错误； 、当所称物重增大时，电路总电阻减小，而电源电压不变，则电流表示数增大，故错误； 、电源电压不变，结合上述，电流表示数增大，根据可知，电阻丝两端电压减小，故错误； 、根据，通过定值电阻的电流增大，则定值电阻的电功率增大，故正确。 故选：。 【典例4】（2025•平谷区校级开学）如图所示的电路，电源电压不变。闭合开关后，、、三盏灯均能发光。现将变阻器的滑片稍向上滑动一些，三盏灯亮度变化的情况是 A．灯变亮，灯和灯变暗 B．灯和灯变亮，灯变暗 C．灯和灯变暗，灯变亮 D．灯和灯变暗，灯变亮 【答案】 【分析】如图电路的结构是：灯与变阻器串联后与灯并联，再与灯串联．的滑片稍向上滑动时，变阻器接入电路的电阻变小，外电路总电阻变小，根据欧姆定律分析干路电流的变化，再分析灯电压的变化和灯的电流变化来分析灯泡亮度变化。 【解答】解：的滑片稍向上滑动时，变阻器接入电路的电阻变小，外电路总电阻变小，根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流增大，灯变亮。的电压减小，灯变暗。通过灯的电流，增大，增大，则增大，灯变亮，故正确、错误。 故选：。 题型2 含容电路分析 【典例5】（2025•汕头二模）某智能锁利用超级电容器作为待用电源，其简化电路如图所示。主电源正常工作时（开关闭合），智能锁的输入电压为；当主电源断电（开关断开），则启用备用电源，智能锁在输入电压降至时会发出低电压警报。该电容器的电容为，及是电路中的小电阻，下列说法正确的是　　 A．正常工作时，电容器储存电量为 B．断电前后，流经智能锁的电流方向相反 C．阻值越大，当主电源断电后，电容器放电时间一定越短 D．从主电源断电后至智能锁发出低电压警报，流经智能锁的电量为 【答案】 【分析】根据计算电荷量，断电前后，流经智能锁的电流方向相同，阻值越大，回路中的电流越小，放电时间长，电阻两端也有电压，电容器变化的电压小于，结合据△△分析。 【解答】解：．由图可知，正常工作时，电容器与智能锁并联，电阻相当于导线作用，没有电压；故电容器两端的电压等于智能锁的输入电压，即为， 根据，解得，故正确； ．断电前，主电源对电容器供电，电容器上端为正极，下端为负极，主电源也对智能锁供电，电流方向由上到下；断电后，由电容器对智能锁供电，电流方向由上到下，所以断电前后，流经智能锁的电流方向相同，故错误； ．当主电源断电后，电容器放电，阻值越大，回路中的电流越小，因电容器储存的总电量是一个定值，根据 可知电容器放电时间越长，故错误； ．当电容器放电时，电阻与智能锁串联，所以当智能锁在输入电压降至时会发出低电压警报，此时电阻两端也有电压，故此时电容器两端的电压大于而小于，所以电容器变化的电压小于，根据△△，可知流经智能锁的电量小于，故错误。 故选：。 【典例6】（2025•台州模拟）电容器是一种可以储存电荷和电能的装置，用平行板电容器还可以产生匀强电场，常使用于电子仪器中。如图为一个含有电容器、电阻器、理想二极管、理想电流表、电键和电源的电路，初始时电键闭合，下列对于此电路的说法正确的是　　 A．电键保持闭合时，两个二极管均发光 B．电键保持闭合时，增大电容器两极板的距离，电流表中有向上的电流 C．在断开的瞬间，两个二极管均发光 D．若只增大的阻值，则电键断开后，放电的时间会变长 【答案】 【分析】电键保持闭合时，根据二极管单向导电性确定两个二极管发光情况。增大电容器两极板的距离，分析电容器电容的变化，判断电流表中电流方向；在断开的瞬间，根据电容器放电情况分析两个二极管发光情况。若只增大的阻值，电键断开后，分析放电时间的变化情况。 【解答】解：、电键保持闭合时，红色二极管导通，绿色二极管截止，则红色二极管发光，绿色二极管不发光，故错误； 、电键保持闭合时，电容器的电压不变。增大电容器两极板的距离，电容减小，由知电容器所带电量减少，电容器放电，则电流表中有向上的电流，故错误； 、电键保持闭合时，电容器板带正电，板带负电。在断开的瞬间，电容器放电，红色二极管导通发光，绿色二极管截止不发光，故错误； 、若只增大的阻值，电键保持闭合时，电容器的电压增加，所带电量增加，则电键断开后，放电的时间会变长，故正确。 故选：。 【典例7】（2025•渭滨区校级模拟）如图，用绝缘轻绳、将质量、电荷量均相同的两小球分别悬挂在两竖直平行板电容器间。两平行板电容器完全相同，通过导线连接。断开开关，初次稳定时，与竖直方向的夹角，竖直。闭合开关，再次稳定时，、与竖直方向的夹角均为，已知重力加速度大小为，则　　 A． B． C．再次稳定时中的拉力大于初次稳定时中的拉力 D．再次稳定时中的拉力小于初次稳定时中的拉力 【答案】 【分析】闭合后，电容器的电荷量变为原来的一半，分别对开关断开和闭合情况下对两球受力分析，根据平衡条件列出两种状态下的平衡方程。 【解答】解：设小球的质量为，小球带的电荷量为，断开开关，初次稳定时，两球受力分析如图： 则，而，设电容器上电荷量为，电容器的极板间距为，则有：，，联立可得：，所以有：；闭合开关，再次稳定时，对两球受力分析如图： 则，而，开关闭合，两电容器并联，则每个电容器上电荷量为，电容器的极板间距为，则，所以，所以，故正确，错误； 断开开关，初次稳定时，，闭合开关，再次稳定时，，由于，所以，即再次稳定时中的拉力小于初次稳定时中的拉力，故错误； 断开开关，初次稳定时，，闭合开关，再次稳定时，，所以，即再次稳定时中的拉力大于初次稳定时 中的拉力，故错误。 故选：。 【典例8】（2025•南通模拟）如图所示，足够大的金属板、平行放置，在两板间放置一不带电的金属球壳，为球心，、为球壳外表面上的两点，闭合开关。稳定后　　 A．点的电势比点的高 B．点的电场强度比点的大 C．向右移动滑片，点的电势降低 D．断开开关，点的电场强度减小 【答案】 【分析】根据处于静电平衡下的导体的特点分析；移动滑片和断开开关，金属板、的带电情况不变，板间的电场不变，据此分析即可。 【解答】解：、稳定后金属板、带等量的异种电荷，金属板间存在着电场，金属球壳处于静电平衡状态，处于静电平衡状态的导体是个等势体，所以点和点的电势相等，器内部场强处处为零，所以点的场强为零，故点的场强大于点的场强，故错误，正确； 、向右移动滑片，金属板、的带电情况不变，内部电场不变，所以点的电势不变，故错误； 、断开开关，金属板、的带电荷量不变，所以金属板内的电场不变，则点的电场强度不变，故错误。 故选：。 题型3 电路故障分析 【典例9】（2025•射阳县校级模拟）某实验小组先采用如图所示电路测量时，在较大范围内调节滑动变阻器阻值，发现电压表示数虽然有变化，但变化不明显，主要原因是　　 A．滑动变阻器与电路接触处断路 B．电流表阻值太小 C．滑动变阻器的阻值太小 D．电池内阻太小 【答案】 【分析】如果滑动变阻器与电路接触处断路，则电压表示数不变；根据闭合电路的欧姆定律分析。 【解答】解：、如果滑动变阻器与电路接触处断路，则电压表示数不变，一直等于电源电动势，故错误； 、设电压表的示数为，电流表的示数为，电源电动势为，内阻为，根据闭合电路的欧姆定律有，电压表示数变化不明显，是因为电源内阻太小，与电流表内阻和滑动变阻器阻值的大小无关，故错误，正确。 故选：。 【典例10】（2024秋•通州区期末）如图所示，电源电动势为，当开关接通时，灯泡和都不亮，用电压表测得各部分电压，，由此可以判断　　 A．可能是和的灯丝都断了 B．可能是的灯丝断了 C．可能是的灯丝断了 D．可能是滑动变阻器断路 【答案】 【分析】依据在故障电路中电压表测量的信息：，，来判断各部分电路与电源两极间的连接关系，逐项判断即可。 【解答】解：串联电路中两灯均不发光，则可能是某处断路，电路中无电流，完好部分的电压为0，则电压表测得断路位置两端的电压等于电源电压，由题， ，故的灯丝和滑动变阻器都良好，的灯丝烧断了，故正确，错误。 故选：。 【典例11】（2024秋•滨海新区期末）我们通常用电压表来查找电路故障。在如图所示的电路中，当合上开关后，两个均标有“，”字样的灯泡均不发光，用电压表测得，，如果各段导线及接线处均无问题，且只有一处故障，这说明　　 A．开关接触不良 B．灯泡灯丝断了 C．灯泡灯丝断了 D．滑动变阻器的电阻丝断了 【答案】 【分析】依据在故障电路中电压表显示的现象，，，由此可判断故障位置。 【解答】解：串联电路中两灯均不发光，则可能是某处断路，电路中无电流，完好部分的电压为0，则电压表测得断路位置两端的电压等于电源电压，由题，说明滑动变阻器良好，，说明良好，开关接触良好，的灯丝烧断了，故正确，错误； 故选：。 【典例12】（2024•江苏模拟）如图所示电路中，由于某处出现了故障，导致电路中的、两灯变亮，、两灯变暗，故障的原因可能是　　 A．短路 B．断路 C．短路 D．短路 【答案】 【分析】灯泡、变亮，说明实际功率增大了，其电压和电流增大了．、两灯变暗，其电压和电流减小了．具体故障可将每个选项逐一代入题目检查是否符合题意，从而确定正确选项． 【解答】解：、若短路，外电阻减小，路端电压减小，干路电流增大，灯变亮。并联部分的电压减小，通过的电流减小，则灯变暗，不符合题意。故错误。 、若断路，外电阻增大，路端电压减小，干路电流减小，灯变暗，不符合题意。故错误。 、若短路，灯不亮，外电阻减小，路端电压减小，干路电流增大，灯变亮。并联部分的电压减小，通过的电流减小，则灯变暗，不符合题意。故错误。 、若短路，外电阻减小，路端电压减小，干路电流增大，灯变亮。并联部分的电压减小，通过、的电流都减小，则、灯变暗。 干路电流增大，通过灯电流减小，则灯的电流增大，变亮。符合题意。故正确。 故选：。 学科网（北京）股份有限公司 $