2025高考物理步步高同步練習必修3專題強化8　閉合電路的動態(tài)分析　含有電容器的電路

2025高考物理步步高同步練習必修3閉合電路的動態(tài)分析含有電容器的電路[學習目標]1.會應用閉合電路的歐姆定律分析閉合電路的動態(tài)問題.2.會分析含有電容器的電路問題．一、閉合電路的動態(tài)分析導學探究在如圖所示的電路中，當滑動變阻器的滑片P向右滑動時，回路的總電流、路端電壓如何變化？通過R1、R2和滑動變阻器的電流如何變化，它們兩端的電壓如何變化？知識深化閉合電路動態(tài)問題的分析方法(1)程序法：遵循“局部—整體—局部”的思路，按以下步驟分析(如圖)：(2)結論法——“串反并同”“串反”：是指某一電阻增大時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減??；某一電阻減小時，與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大．“并同”：是指某一電阻增大時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將增大；某一電阻減小時，與它并聯(lián)或間接并聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減?。?電動勢為E、內阻為r的電源與定值電阻R1、R2及滑動變阻器R連接成如圖所示的電路．當滑動變阻器的滑片由中點滑向b端時，下列說法正確的是()A．電壓表和電流表讀數都增大B．電壓表和電流表讀數都減小C．電壓表讀數增大，電流表A1讀數減小，A2讀數增大D．電壓表讀數減小，電流表A1讀數增大，A2讀數減小例2(2022·黑龍江勃利縣高級中學高二期末)在如圖所示的電路中，Rt為半導體熱敏電阻，溫度升高時電阻減?。]合開關，燈泡L1、L2、L3的亮度相同；當Rt處的溫度升高時，小燈泡的亮度變化情況是()A．L1變亮，L2變暗，L3變亮B．L1變暗，L2變亮，L3變暗C．L1、L2變亮，L3變暗D．L1、L2變暗，L3變亮例3如圖所示，E為內阻不能忽略的電池，R1、R2、R3為定值電阻，S0、S為開關，與分別為電壓表與電流表．初始時S0與S均閉合，現(xiàn)將S斷開，則()A.的讀數變大，的讀數變小B.的讀數變大，的讀數變大C.的讀數變小，的讀數變小D.的讀數變小，的讀數變大二、含電容器的電路1．在直流電路中，當電容器充、放電時，電路中有充、放電電流．如果電容器兩端電壓升高，電容器將充電；如果電容器兩端電壓降低，電容器將通過與它連接的電路放電．2．電路穩(wěn)定后，電容器處電路可看成是斷路，由于電容器所在支路無電流通過，所以在此支路中的電阻上無電壓降低，因此電容器兩極板間的電壓就等于該支路兩端的電壓．3．當電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時，電容器兩極板間的電壓與其并聯(lián)電阻兩端的電壓相等．4．電容器的充、放電過程結束后，通過對電路的分析與計算得出電容器兩極板的電勢，電勢高的極板帶正電．5．充電時電容器相當于用電器，電流從正極進，放電時電容器相當于電源，電流從正極出．例4在如圖所示的電路中，當滑動變阻器的滑片向下移動時，關于燈L的亮度及電容器C所帶電荷量Q的變化判斷正確的是()A．L變暗，Q增多 B．L變暗，Q減少C．L變亮，Q增多 D．L變亮，Q減少例5(2022·重慶市江津中學高二開學考試)如圖所示，電源電動勢E＝6V，內阻r＝1Ω，電阻R1＝2Ω，R2＝3Ω，R3＝7.5Ω，電容器電容C＝2μF，開關S原來斷開，現(xiàn)在合上開關S到電路穩(wěn)定，則()A．S斷開時電容器的電壓為2VB．S斷開時電容器a極板帶負電C．S合上電路穩(wěn)定后電容器b極板帶負電D．S合上流過電流表A的電荷量為9.6×10－6C針對訓練(2022·瑞麗市第一民族中學高二期末)阻值相等的四個電阻、電容器C及電池E(內阻可忽略)連接成如圖所示電路．開關S斷開且電流穩(wěn)定時，C所帶的電荷量為Q1，閉合開關S，電流再次穩(wěn)定后，C所帶的電荷量為Q2.Q1與Q2的比值為()A.eq\f(2,5)B.eq\f(1,2)C.eq\f(3,5)D.eq\f(2,3)閉合電路的功率故障分析[學習目標]1.會計算閉合電路的功率和效率，掌握電源的輸出功率隨外電阻變化的圖像.2.會結合閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律分析電路故障．一、閉合電路中的功率和效率1．閉合電路中的功率項目電源的總功率P總電源的熱功率P熱電源的輸出功率P出普遍適用的表達式P總＝EIP熱＝I2rP出＝U外I純電阻電路中的表達式P總＝eq\f(E2,R＋r)＝I2(R＋r)P熱＝I2rP出＝I2R＝eq\f(E2R,R＋r2)聯(lián)系P總＝P熱＋P出2.電源輸出功率P出隨外電阻R的變化規(guī)律(1)電源的輸出功率P出＝U外I＝I2R＝eq\f(E2,R＋r2)R＝eq\f(E2R,R－r2＋4Rr)＝eq\f(E2,\f(R－r2,R)＋4r)，可見，當R＝r時，電源有最大輸出功率，Pmax＝eq\f(E2,4r).(2)電源的輸出功率隨外電路電阻R變化的圖像如圖所示．①當R<r時，若R增大，則P出增大；當R>r時，若R增大，則P出減?。丛赗≥r或R≤r的情況下，|R－r|越大，P出越??；|R－r|越小，P出越大；|R－r|＝0，P出最大．②當P出<Pm時，每個P出對應兩個可能的外電阻，如圖中的R1、R2，根據功率數值相等可以推導出R1·R2＝r2.(3)電源的效率η＝eq\f(P出,P總)×100%＝eq\f(UI,EI)×100%＝eq\f(U,E)×100%＝eq\f(R,R＋r)×100%＝eq\f(1,1＋\f(r,R))×100%.由此可見，外電路電阻R越大，電源的效率越高，當R＝r時電源的輸出功率最大，電源的效率η＝50%.當外電阻等于電源內阻時，電源的輸出功率最大，此時電源的輸出功率為50%，而電源的效率隨著外電阻的增大而增大，故不能錯誤地認為電源的輸出功率最大時效率也最高．例1(2021·北京十一中期中)如圖所示，電路中電池的電動勢E＝5V，內阻r＝10Ω，定值電阻R＝90Ω，R0是可變電阻，在R0從零增大到400Ω的過程中：(1)可變電阻R0為多少時消耗的熱功率最大？該最大熱功率是多少？(2)求電池的內阻r和固定電阻R消耗的最小熱功率之和．(3)R0調到多少時電阻R上消耗的功率最大？該最大熱功率是多少？功率最大值的求解方法1．對定值電阻來說，其電流最大時功率也最大．2．電源的輸出功率在外電阻等于內阻時最大，若不能相等，外電阻越接近內阻，電源的輸出功率越大．3.如圖，求解滑動變阻器R2消耗的最大功率時，可把定值電阻R1等效為電源內阻的一部分，則R2＝R1＋r時，R2上消耗的功率最大．針對訓練1(多選)(2022·綏化市第一中學高二期末)如圖所示，電動勢為E、內阻為r的電池與定值電阻R0、滑動變阻器R串聯(lián)，已知R0＝r，滑動變阻器的最大阻值是3r.當滑動變阻器的滑片P由b端向a端滑動時，下列說法中正確的是()A．路端電壓變大B．電源的輸出功率先變大后變小C．滑動變阻器消耗的功率變小D．定值電阻R0上消耗的功率變小例2如圖所示，線段A為某電源的U－I圖線，線段B為某電阻R的U－I圖線，由上述電源和電阻組成閉合電路時，求：(1)電源的輸出功率P出是多大？(2)電源內部損耗的電功率P內是多少？(3)電源的效率η是多大？1.穩(wěn)定電路的U－I圖像有兩種：一是電源的U－I圖像(如圖中a)；二是用電器的U－I圖像，而用電器的U－I圖像又分兩類：線性(圖中b)和非線性(圖中c)．2．兩種圖像的交點坐標表示該用電器單獨與電源串聯(lián)的工作電流和路端電壓(也是用電器兩端的電壓)．如圖，電源的輸出功率分別為Pb＝U1I1，Pc＝U2I2.例3(多選)如圖所示，直線OC為電源A的總功率隨電流I變化的圖線，拋物線ODC為該電源內部熱功率隨電流I變化的圖線．若該電源與電阻B串聯(lián)后，電路中的電流為0.8A，則下列說法正確的是()A．電阻B的阻值為10ΩB．電源A的內阻為2ΩC．電源A與電阻B串聯(lián)后，路端電壓為6.4VD．電源A與電阻B串聯(lián)后，電源A內部熱功率為1.6W二、電路故障分析1．常見故障：斷路、短路．2．常用方法：假設法假設某電阻發(fā)生斷路(或短路)，根據閉合電路動態(tài)分析方法判斷實際現(xiàn)象與題中情景是否相符，進而找出電路故障．例4(多選)(2022·湖南寧鄉(xiāng)市教育研究中心高二期末)如圖所示的電路中，閉合開關S，燈L1、L2正常發(fā)光．由于電路出現(xiàn)故障，突然發(fā)現(xiàn)L1變亮，L2變暗，分析電路特點，若只有某一個元件發(fā)生故障，下列情