高考物理复习电学部分恒定电流7含电容、二极管电路的分析精讲精练

1、2012高考复习 电学部分 精讲精练恒定电流7含电容、二极管电路的分析【课标要求】1知道电容器的充放电特性，掌握电容器在直流电路中的作用和有关计算2.知道二极管的单向导电性，会用多用电表测量二极管的正反向电阻【知识精要】电容器是一个储能元件，在直流电路中，电容器在充、放电时会形成充、放电电流.当 电路稳定后，电容器相当于一个电阻无穷大的元件，与电容器串联的电路处于断路状态.求 解含电容器的直流电路问题的基本方法是：(1)确定电容器和哪个电阻关联，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

2、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；电路中有关电容器的计算；(4)在充放电时，电容器两根引线上的电流方向总是相同的，所以要根据正极板电荷变 化情况来判断电流方向；稳定状态时电容器相当于断路；(5)如果变化前后极板带电的电性相同，那么通过每根引线的电荷量等于始末状态电容 器电荷量的差；如果变化前后极板带电的电性改变，那么通过每根引线的电荷量等于始末状 态电容器电荷量之和。晶体二级管是用半导体材料制成的，它有两个极，一个叫正极，一个叫负极，它的符号 如右下图所示.要特别注意。加反向电压，二极管裁U二极管是用两种不同类型的半导体材料采用一定的工艺方法紧压在一起，形成PN因此

3、具有单向导电性(如下图)，二极管的电学特性有别于电阻，其伏安特性不是线性的，这一点电浜电靛加正向电压.二根管导通用心爱心专心元件的判断:二极管具有单向导电性， 正向电阻较小（几十欧），反向电阻很大（几十千欧几百千欧）.如 果用欧姆表测得某两点间的正、反向阻值差别很大， 那么这两点间应是连接了一只二极管.如果用欧姆表测量某两点间，指针先是大幅偏转，阻值很小，然后指针缓缓返回，最后停在接 近“8”的位置，那么这两点间应是连接了一个电容器，上述指针的偏转和变化是对电容器 充电的过程.总之，一定要了解这些典型器件的电学特性，这是判断的基础。【名师点拨】二极管具有单向导电性， 正向电阻较小（几十欧），反

4、向电阻很大（几十千欧几百千欧）.如 果用欧姆表测得某两点间的正、反向阻值差别很大， 那么这两点间应是连接了一只二极管.如果用欧姆表测量某两点间，指针先是大幅偏转，阻值很小，然后指针缓缓返回，最后停在接 近“8”的位置，那么这两点间应是连接了一个电容器，上述指针的偏转和变化是对电容器 充电的过程.总之，一定要了解这些典型器件的电学特性，这是判断的基础.例1:如图所示，U=10V,电阻R=3Q ,R=2R=5Q电容器的电容 Ci=4科F, C2=1F,求:当k闭合时间足够长时，G和C 2所带的电量各是多少？ U 舍 然后把k断开，k断开后通过 R的电量是多少？解析：k闭合足够长时间后，电路达到稳定

5、，R两端电压为所以 U=lfe=RU（ R+R） =4 VQ=U C i=1.6 x 10-5 CU2= U=10 V ,Q= U2 C2=1X10 Ck断开后，G G将通过R、R、R放电，至放电结束，通过R的电量Q=Q+Q=2.6X10-5 C点拨：含电容器的直流电路计算电量问题关键是先计算出它的两端的电压.例2:已知如图，R=30Q , F2=15Q , F3=20Q , AB间电压 U=6V, A端为正 C=2F,为使电容器带电量达到 Q =2X10- 6C应将R的阻值调节到多大？解析：由于R和R串联分压，可知R两端电压一定为 4V,由电容器的电容知：为使 CR1 R2=rR3 丁+ H

6、=l A U U的带电量为2X10-6C,其两端电压必须为 1V,所以F3的电压 可以为3V或5V.因此F4应调节到20 a或4a.两次电容器 上极板分别带负电和正电.点拨：还可以得出，当 R由20 a逐渐减小的到4 a的全过程中，通过图中 P点的电荷量应该是 4X10-6C,电流方向为向下.用心 爱心 专心例3:如图所示，电容器 C=6F, G=3F,电阻R=6Q , F2=3Q ,当电键K断开时,A、B两点间的电压 Ub=?当K闭合时，电容器 。的电量改变了多少（设电压 U=18 V） ?解析：在电路中电容 C、G的作用是断路，当电键 K断开时，电路中无电流，B、C等电势，A D等电势，因

7、此 Uxb= UDb= 18 V, UAb= IAc=UDb= 18V, K断开时，电容器 G带电量为Q=GUx GUDc= 6X10 6X18 U= 1.08 X 10 4 C.当K闭合时，电路 R、R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:,RULKc= =12 VW R2此时电容器G带电量为：Q =GUc= 7.2X1。5V电容器C带电量的变化量为：AQ= QQ =3.6 X 10 5V所以C带电量减少了 3.6X105C点拨：电容器上的电量变化就是电容器极板上两个状态电量的变化.例4:如图所示，在 A、B两点间接一电动势为 4V,内电阻为1Q的直流电源

8、，电阻 R、F2、R的阻值均为4Q ,电容器的电容为 30科F,电流表的内阻不计，求:（1）电流表的读数；（2）电容器所带的电量；（3）断开电源后，通过 R的电量.解析：（1） I = - = 0.8 AR3 r(2) Q =CUR =CIR3 =9.6 10，C（3）断开电源，R与R并联，与 R、C构成放电回路.所以通过 R的电量八 Q八Q2 =4.8父10 C .2点评：在弄清电路的结构的同时，必须搞清电容器电荷的流动路线（放电回路）例5:（2011淄博模拟）把晶体二极管 D和电阻R串联起来，连接成如（a）图所示的电路.电源的电动势E=5.0V ,内电阻不计.二极管两端的电压U与其中的电流

9、I的关系曲线（伏安特 性曲线）如（b）图中实线所示，但为简单起见，可近似地看作直线，直线与横轴的交点 E0=1.0V用心 爱心 专心（见图中虚线），即二极管上所加电压 UE时，I和U为线性关系，此二极管消耗的功率 P超过4.0W时将被烧坏.（1）电阻R最小要多大才不致烧坏二极管？（2）在保证不致烧坏二极管的条件下，R值为多大时,输入给R的功率最大，此功率最大值等于多少？解析：（1）由题意，二极管伏安特性曲线的方程可表示为：U=E）+RI其中已知Eo=1.0V,R值可由特性曲线直线段上某点的U和I值得出，把A点坐标（4V,6A）代入上式可得，R=0.5 Q .按题意，二极管消耗的功率应满足：P=

10、UIW4.0Wb）中在直线段有由以上各式可得：U 2.0V, I2.0A.这表示，为了保证二极管正常工作而不致被烧坏，应使其工作在题图（E-U=IR,已知：E=5.0V , U2.0V, IW2A,可彳RA 1.5 Q ./ 、2 E - En（2）假设二极管不被烧坏，R的输入功率为P,则有：P= -一E0 R1R + R。JE - En由上式可得，当 R=R=0. 5a时，P/有最大值：Pmax = -=8W4R0可见，当RR时，P随R的减小而增大，实际上，为P/随R的减小而增大.所以,了保证二极管不被烧坏，必须R 1.5 Q R.在这个条件下,PmaxE -E0 2 r =6WR R0 2

11、当R=1.5 时，是保证二极管不被烧坏的最大值.点评：二极管是非线形元件，不能用欧姆定律，但可根据分流关系分压关系来分析电路.【及时反馈】1 .判断正误：（1）二极管是根据 PN结的单向导电性制成的，因此二极管也具有单向导电性。（）（2）二极管的电流-电压关系特性可知二极管四非线性元件。（）用心 爱心 专心（3）用万用表识别二极管的极性时，若测得是二极管的正向电阻，那么标有“+”号的测试棒相连的是二极管的正极，另一端是负极。（）.图中，E=10V, U=L2=30UF,R=4a ,R2=6，电池内阻可忽略.先闭合开关K,待电路稳定后，再将 K断开，则断开后流过电阻R的电量为UoU是极板水平放置的平行板电容器，板间.在如图电路中，电键Ki、K2、K3、K4均闭合,4 .如下图所示黑盒中有一个单向导电元件，当其中电流沿箭头方向时，单向导通，其电阻为零；反之，则截止，反向电阻无穷大。还有两个阻值均为1 k Q ,的电阻，它们与