专题11：恒定电流综合计算题-期末专项汇编-高中物理人教版必修三

专题11：恒定电流综合计算题1.如图所示的电路中，电源电动势E＝9V，内阻r＝1Ω，电阻R2＝2Ω，灯泡L1标有“6V,6W”，L2标有“4V,4W”，滑动变阻器的调节范围是0～20Ω，求：(1)接入电路中的滑动变阻器R1的阻值为多大时，灯L2正常发光？(2)此时灯L1的实际功率是多大？(设灯泡的电阻不随温度变化)2.如图所示，电容器C1＝6μF，C2＝3μF，电阻R1＝6Ω，R2＝3Ω，U＝18V，则：(1)开关S断开时，A、B两点间的电压UAB为多大？(2)开关S闭合时，电容器C1的电量改变了多少？3.如图所示，定值电阻R1=4Ω、R2=16Ω、R3=4Ω、R4=6Ω、R5=10Ω，电源电动势E=10V，内阻不计，平行板电容器的电容C=2μF、a、b、c、d为电路中的四个结点，令结点d电势为零．则电容器所带的电荷量为多少？并说明电容器上、下极板的正负．4.如图所示,定值电阻R1=9Ω、R2=15Ω,电容C＝10μF,电源电动势E=12V、内阻r=1Ω若电路稳定时,理想电流表的读数I=0.4A,试求：（1）电阻R3的阻值；（2）电容C的电量．5.如图所示，在A、B两点间接一电动势为3V，内电阻为1Ω的直流电源，电阻R1、R2、R3的阻值均为5Ω，电容器的电容为30μF，电流表的内阻不计，当电键S闭合时，求：(1)电流表的读数；(2)电容器所带的电量；(3)断开电键S后，通过R2的电量。6.如图所示，四个电阻阻值均为R，电键S闭合时，有一质量为m，带电量为q的小球静止于水平放置的平行板电容器的中点。现打开电键S，这个带电小球便向平行板电容器的一个极板运动，并和此板碰撞，碰撞过程中小球没有机械能损失，只是碰后小球所带电量发生变化，碰后小球带有和该板同种性质的电荷，并恰能运动到另一极板，设两极板间距离为d，不计电源内阻，求：（1）电源电动势E多大？（2）小球与极板碰撞后所带的电量q/为多少？7.如图所示电路，电源电动势E=15V，内阻r=1Ω，电阻R1=4Ω电阻R2=R3=10Ω，电容器的电容C=5×10﹣3F，求：（1）开关S打开时，电容器的电量Q1为多少？（2）将开关S闭合瞬间，通过电流计G的电量q为多少？电流方向如何？8.如图所示电路中，电源电动势E＝9V，内阻r＝2Ω，定值电阻R1＝6Ω，R2＝10Ω，R3＝6Ω，电容器的电容C＝10μF.(1)保持开关S1、S2闭合，求电容器的带电荷量；(2)保持开关S1闭合，将开关S2断开，求断开开关S2后流过电阻R2的电荷量．9.如图所示电路中，电源电动势E＝10v，内电阻不计，电阻R1＝14Ω，R2＝6.0Ω，R3＝2.0Ω，R4＝8.0Ω，R5＝10Ω，电容器的电容C＝2μF，求：（1）电容器所带的电荷量。并说明电容器哪个极板带正电．（2）若R2突然断路，将有多少电荷量通过R5？10.如图所示的电路中，电源的电动势E＝6V，内阻r＝1Ω，电阻R1＝3Ω，R2＝6Ω，电容器的电容C＝3.6μF，二极管D具有单向导电性，开始时，开关S1闭合，S2断开．(1)合上S2，待电路稳定以后，求电容器上电荷量变化了多少？(2)合上S2，待电路稳定以后再断开S1，求断开S1后流过R1的电荷量是多少？11.如图所示的电路中，两平行金属板A、B水平放置，极板长l＝80cm，两板间的距离d＝40cm电源电动势E＝40V，内电阻r＝1Ω，电阻R＝15Ω，闭合开关S，待电路稳定后，将一带负电的小球从B板左端且非常靠近B板的位置以初速度v0＝4m/s水平向右射入两板间，该小球可视为质点。若小球带电量q＝1×10－2C，质量为m＝2×10－2kg，不考虑空气阻力，电路中电压表、电流表均是理想电表。若小球恰好从A板右边缘射出(g取10m/s2)。求(1)滑动变阻器接入电路的阻值为多少？(2)此时电流表、电压表的示数分别为多少？(3)此时电源的输出功率是多少？12.如图所示，电容器C1＝6μF，C2＝3μF，电阻R1＝6Ω，R2＝3Ω.C，D为两端点，当开关S断开时，A，B两点间的电压UAB为多少？当S闭合时，电容器C1的电荷量改变了多少？(已知电压U＝18V)参考答案与解析1.解析(1)首先计算L1、L2两灯泡的电阻L1灯：RL1＝eq\f(U\o\al(2,1),P1)＝eq\f(62,6)Ω＝6Ω，L2灯：RL2＝eq\f(U\o\al(2,2),P2)＝eq\f(42,4)Ω＝4Ω.L2与R2串联，与L1并联，最后与R1串联组成外电路．L2正常发光，则L2两端电压为额定电压4V，通过L2的电流为额定电流I2＝eq\f(P2,U2)＝eq\f(4,4)A＝1.0A.则R2与L2串联支路两端电压为U2′＝I2(R2＋RL2)＝1.0×(2＋4)V＝6.0V.L1两端电压为U1′＝U2′＝6.0V，通过L1的电流为I1＝eq\f(U1′,RL1)＝eq\f(6,6)A＝1.0A.闭合电路总电流为：I＝I1＋I2＝1.0A＋1.0A＝2.0A.闭合电路总电阻：R＋r＝eq\f(E,I)＝eq\f(9,2)Ω＝4.5Ω.外电路总电阻为R＝4.5Ω－r＝4.5Ω－1Ω＝3.5Ω，并联部分电阻为R并＝eq\f(RL1R2＋RL2,RL1＋R2＋RL2)＝eq\f(6×2＋4,6＋2＋4)Ω＝3Ω，则滑动变阻器的阻值为R1＝R－R并＝3.5Ω－3Ω＝0.5Ω.(2)此时灯L1的实际电压U1′＝6.0V，实际功率为：P1＝eq\f(U1′2,RL1)＝eq\f(62,6)W＝6W.答案(1)0.5Ω(2)6W2.解：(1)S断开时，电路断开，A、B两端电压即外加电压，所以UAB＝18V.(2)S断开时，C1带电量Q1＝CUAB＝1.08×10－4C，S闭合时，C1带电量Q1′＝CU′＝7.2×10－5C，所以ΔQ＝Q1′－Q1＝－3.6×10－5C，负号表示带电量减小．3．4×10-6C；上板带正电，下板带负电4．（1）30Ω；（2）5.4×10-5C5.答案：(1)0.5A(2)7.5×10－5C(3)3.75×10－5C解析：(1)当电键S闭合时，电阻R1、R2被短路，根据欧姆定律得，电流表的读数I＝eq\f(E,r＋R3)＝eq\f(3,1＋5)A＝0.5A(2)电容器两板间的电压等于电阻R3两端的电压U＝IR3＝0.5×5V＝2.5V故电容器所带的电量Q＝CU＝30×10－6×2.5C＝7.5×10－5C(3)断开电键S后，电容器相当于电源，外电路R1、R2并联后与R3串联，由于各个电阻阻值都相等，则通过R2的电量为Q′＝eq\f(1,2)Q＝3.75×10－5C。6．（1）当S闭合时，电容器电压为U，则：①对带电小球受力分析得：②由①②式解得：③（2）断开S，电容器电压为U/，则：④对带电小球运动的全过程，根据动能定理得：⑤由③④⑤解得：⑥7.【答案】（1）开关S打开时，电容器的电量Q1为0.07C．（2）将开关S闭合瞬间，通过电流计G的电量q为0.04C．电流方向向左．【解析】（1）开关S打开时，R1与R2串联，电容器两端的电压UC1等于路端电压．E=I1（r+R1+R2）电容器的电压UC1=I1（R1+R2）=，电容器的电量Q1=CUC1，代入数据得Q1=0.07C。（2）开关S闭合后，外电路的结构为：R2与R2并联再与R1串联，电容器两端的电压UC2等于电阻R1两端电压．E=I2（r+R1+R2∥R3），UC2=I2R1，Q2=CUC2，代入数据得Q2=0.03C将开关S闭合瞬间，通过电流计G的电量q=Q1﹣Q2=0.04C．由上可知，开关闭合后，电容器将要放电，电流方向向左．8.解析(1)S1、S2闭合，则R1、R2串联，电容器与R1并联，UC＝U1＝I1R1＝eq\f(E,R1＋R2＋r)R1＝eq\f(9,6＋10＋2)×6V＝3V，故电容器所带电荷量Q＝CUC＝10×10－6×3C＝3×10－5C.(2)S1闭合，S2断开后UC＝E，电容器所带电荷量Q′＝CE＝10×10－6×9C＝9×10－5C，增加的电荷量通过R2，故流过R2的电荷量ΔQ＝Q′－Q＝6×10－5C.答案(1)3×10－5C(2)6×10－5C9.【答案】（1），下极板带正电；（2）【解析】（1）由图可知：得同理可得：令d点的电势为零电势，即则有：且可知：b点电势高，下极板带正电（2）R2断路后：此时下极板带负电，则流过R5电荷量为：10.【答案】(1)减少了1.8×10－6C(2)9.6×10－6C【解析】(1)设开关S1闭合，S2断开时，电容器两端的电压为U1，干路电流为I1，根据闭合电路欧姆定律有I1＝＝1.5AU1＝I1R1＝4.5V合上开关S2后，电容器两端电压为U2，干路电流为I2.根据闭合电路欧姆定律有I2＝＝2AU2＝I2＝4V所以电容器上电荷量减少了：ΔQ＝(U1－U2)C＝1.8×10－6C(2)设合上S2后，电容器上的电荷量为Q，则Q＝CU2＝1.44×10－5C再断开S1后，R1和R2的电流与阻值成反比，故流过电阻的电荷量与阻值成反比．故流过电阻R1的电荷量为：Q1＝Q＝9.6×10－6C.11.答案：(1)24Ω(2)1A39V(3)39W解析：(1)设小球在板间飞行时间为t，t＝eq\f(l,v0)＝eq\f(0.8,4)s＝0.2s根据d＝eq\f(1,2)at2得飞行加速度a＝eq\f(2d,t2)＝eq\f(2×0.4,0.22)m/s2＝20m/s2对小球根据牛顿第二定律得qeq\f(UAB,d)－mg＝ma，解得：UAB＝eq\f(mg＋ad,q)＝eq\f(2×10－2×10＋20×0.4,1×10－2)V＝24V所以滑动变阻器两端电压U滑＝UAB＝24V设通过滑动变阻器的电流为I，由欧姆定律得，I＝eq\f(E－U滑,R＋r)＝eq\f(40－24,15＋1)A＝1A滑动变阻器接入电路的阻值R滑＝eq\f(U滑,I)＝24Ω。(2)此时电流表的示数为1A，电压表的示数为U＝E－Ir＝(40－1×1)V＝39V(3)电源的输出功率P出＝IU＝39W。12.【答案】(1)18V(2)减少3.6×10－5C【解析】在电路中电容器C1、C2的作用是断路，当开关S断开时，电路