高考物理含电容电路的分析策略

1、难点14含电容电路的分析策略将电容器置于直流电路，创设复杂情景，是高考命题惯用的设计策略，借以突出对考 生综合能力的考查，适应高考选拔性需要应引起足够关注.难点展台1. ()在如图14-1电路屮，电键si、s2、s3、s4均闭合.c是极板水平放置的平行板电容器，板间悬浮着一油滴p,断开哪一个电键后p会向下运动a.sb.s2c.s3d .s4图 141图 1422. ()图1牛2所示，是一个由电池、电阻/?少平行板电容器组成的串联电路. 在增大电容器两极板间距离的过程中a. 电阻/?屮没有电流b. 电容器的电容变小c. 电阳.r中有从a流向b的电流d. 电阻r中有从b流向a的电流案例探究图 14

2、-3例1 ()如图14-3所示的电路屮，4个电阻的 阻值均为r，e为直流电源，其内阻可以不计，没有标明哪一极 是正极平行板电容器两极板间的距离为d.在平行极板电容器的 两个平行极板z间有一个质量为口电量为q的帯电小球.当电键k 闭合时，带电小球静止在两极板间的中点0上.现把电键打开，带电小球便往平行极板电 容器的某个极板运动，并与此极板碰撞，设在碰撞时没有机械能损失，但带电小球的电量 发牛变化.碰后小球带有与该极板相同性质的电荷，而且所带的电量恰好刚能使它运动到 平行极板电容器的另一极板求小球与电容器某个极板碰撞后所带的电荷.命题意图：考查推理判断能力及分析综合能力，b级要求.错解分析：不能深

3、刻把握该物理过程的木质，无法找到破题的切入点(k断开一5变化一q所受力f变化一q运动状态变化），得出正确的解题思路.解题方法与技巧:由电路图可以看出，因弘支路上无电流，电容器两极板间电压，无论k是否闭合始 终等于电肌&上的电压5，当k闭合时，设此两极板间电压为u,电源的电动势为e,2由分压关系可得u=u3=-e3小球处于静止，山平衡条件得当k断开，由弘和心串联可得电容两极板间电压 为23由得w =-u4w <u表明k断开后小球将向下极板运动，重力对小球做正功，电场力对小球做负功，表明小球所带电荷与卜极板的极性相同，由功能关系d ufmg2q=mu202因小球与下极板碰撞时无机械能

4、损失，设小球碰后电量变为/ ,市功能关系得, 1 2q u mgd=o mv联立i：述各式解得,7q蔦q7即小球与下极板碰后电荷符号未变，电虽变为原来的一6图 14-4例2 （）如图14-4所示，电容器ci = 6 u f, c2 =3 h f,电阻ri = 6 q, r2=3 q,当电键k断开时，a、b两点间的电 压uab=?当k闭合时，电容器ci的电量改变了多少（设电压u= 18 v） ?命题意图：考查理解、推理、分析综合能力及解决实际问题的创新能力，b级要求.错解分析：没有依据电路结构的变化分析求出迫容器充放电前后的电压变化，使问题 难于求解.解题方法与技巧：在电路中电容ci、c2的作川

5、是断路，当电键k断开时，电路屮无 电流，b、c 等电势，a > d 等电势，因此 uab=udb =, uabacdb 18 v» k 断开 吋，电容器g带电量为qi = ciuac= ciudc= 6x 10 6x18c = 1.08x10 4 c.当k闭合时，电路乩、&导通，电容器g两端的电压即电阻r两端的电压，由串联 的电压分配关系得：uac=r、ur、+ r°=12 v此时电容器g带电量为:q/ =c1c=7.2x10"5c电容器ci带电量的变化量为：q = qi q=3.6x105 c所以ci带电量减少了 3.6x105锦囊妙计电容器是一个

6、储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充、放电吋，电路有充电、 放电电流，一旦电流达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大（只考虑电 容器是理想不漏电的情况）的元件，电容电路可看作是断路，简化电路时可去掉它，简化 后若要求电容器所带电量时，可在相应的位置补上分析和计算含有电容器的直流电路时, 关键是准确地判断并求岀电容器的两端的电压，其具体方法是：1.确定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.2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.3. 对于较复杂电路，需要将电容器两端的电势与基准点的电势比较后才能确定电容器 两端的电压.歼

7、灭难点训练图 14-51.）如图145所示的电路中，电源的电动势恒定，要想使灯泡变暗，对以a. 增大&b. 减小&c. 增大r2d诚小r22. () 一平行板电容器c,极板是水平放置的，它和三个 可变电阻及电源联接成如图14-6所示的电路.今冇一质虽为m的带电 汕滴悬浮在两极板之间静止不动要使汕滴上升，可采用的办法是a.增大&图 14-6b.增大局c.增大r3d.减小r23. ()如图 14-7 所示，f=10 v, &=4 q, r2 = 6 q, c=30 卩 f,电池内阻可忽略.(1)闭合开关k,求稳定后通过弘的电流;(2)然后将开关k断开，求这以后通过他

8、的总电量.4. ()如图148所示的电路，已知电池电动势e=90v,内阻厂=5 q, & =10 q, r2=20 q,板面水平放逍的平行板电容器的两极板m、n相距d与cm,在两 板间的正中央有一带电液滴，其电量q=-2 x 10 7 c,其质量m=4.5 x10 5 kg,取g=10 m/s若液滴恰好能静止平衡时，滑动变阻器r的滑动头c正好在正中点，那么滑动 变阻器的最大阻值陷是多人？ 将滑动片c迅速滑到a端后，液滴将向哪个极板做什么运动?到达极板时的速 度是多大？5. ()如图14-9所示.两根相距为l的竖直金属导轨mn和pq的上端接有一个电容为c的电容器，质量为m的金属棒ab可紧

9、贴竖直导轨无摩擦滑动，仇滑动中ab 始终保持水平，整个装置处于磁感应强度为b的磁场屮，不计电阻，求最示通过c的充 电电流.,图 14一9图 14-106. ()图1410所示，金属棒ab质m m=5 g,放 在相距£=1 m的光滑金属导轨mn、pq上，磁感应强度8=0.5 丁, 方向竖直向上，电容器的电容u2pf,电源电动势e=16 v,导 轨距地面高度壯0.8 m.当单刀双掷开关先掷向1后，再掷向2, 金属棒被抛到水平距离s=6.4 cm的地面上，问电容器两端的电压 还有多大？参考答案难点展台l.c 2.bc歼灭难点训练l.ad 2.cd3. 电容器稳定后和当于断路，k断开前电容器

10、和当于和$并联，k断开前，电容器相 当于肓接接到电源上，k断开前示通过r的电量即为前示两状态下电容器带电量之差. 电容器稳定后相当于断路，贝山e 10(1) zi= i 总、=a= 1 a&+r?(4 + 6)(2) 断开k前，电容器相当于和&并联，电压为 仆2,储存的电虽为qi = c/i& 断开k稳定示，总电流为零，电容器上电压为e,储存电量为q2 = ce所以通过&的电量为：aq=q2 q1 = c (e/1&)=1.2x10_3c4. 滑动变阻器r的滑动触头c正好在ab止中点吋对液滴进行受力分析知，重力g与 电场力eq平衡，从而求得电容器两极电压

11、，也就是bc间电压，然后据闭合电路欧姆定 律求得耘，从而求得re将滑片c迅速滑到人端后，由闭合电路欧姆定律可求得朋间电压，即电容器两板间90、一电压uab= umn' =x90即=77 v大于c在11央时电压，对液滴分析受力90 + 15知电场力大丁重力，所以向m板运动，由动量定理便可求得速度.(1)滑片c在43中央时，对带电液滴由平衡条件得mg二q仏d所以u mn=q45x10-4x3x10-22xl0-7v = 67.5 (v)由题意知umn= 0c=675 ve由欧姆定律得=ubcr+ /?. + 1 2= 67.59015 +弘2所以為=90 q(2)滑片滑到a时，umn'er“厂 + 7? + rm90x9090 + 15v=77 (v) >67.5 v所以液滴向m板运动，设达m板时速度为vf由动能定理得q mg = mv2所以v=0.2 m/s2 2 25. 经分析知最终ob棒做匀加速下滑，设最终充电电流为/,在ar内电量、速率、电 动势的变化虽分别为aq、au和aea(2aeav贝i冇 1=c =cbl =cblaazaza/由牛顿第二定律有mg-bil=ma解得匸吨cb：m + b2l3c6. 电