2.圖11-2所示,是一個由電池、電阻R與平行板電容器組成的串聯電路.在增大電容器兩極板間距離的過程中
A.電阻R中沒有電流
B.電容器的電容變小
C.電阻R中有從a流向b的電流
D.電阻R中有從b流向a的電流
●案例探究
[例1]如圖11-3所示的電路中,4個電阻的阻值均為R,E為直流電源,其內阻可以不計,沒有標明哪一極是正極.平行板電容器兩極板間的距離為d.在平行極板電容器的兩個平行極板之間有一個質量為m,電量為q的帶電小球.當電鍵K閉合時,帶電小球靜止在兩極板間的中點O上.現把電鍵打開,帶電小球便往平行極板電容器的某個極板運動,并與此極板碰撞,設在碰撞時沒有機械能損失,但帶電小球的電量發生變化.碰后小球帶有與該極板相同性質的電荷,而且所帶的電量恰好剛能使它運動到平行極板電容器的另一極板.求小球與電容器某個極板碰撞后所帶的電荷.
命題意圖:考查推理判斷能力及分析綜合能力,B級要求.
錯解分析:不能深刻把握該物理過程的本質,無法找到破題的切入點(K斷開→U3變化→q所受力F變化→q運動狀態變化),得出正確的解題思路.
解題方法與技巧:
由電路圖可以看出,因R4支路上無電流,電容器兩極板間電壓,無論K是否閉合始終等于電阻R3上的電壓U3,當K閉合時,設此兩極板間電壓為U,電源的電動勢為E,由分壓關系可得U=U3=E ①
小球處于靜止,由平衡條件得
=mg ②
當K斷開,由R1和R3串聯可得電容兩極板間電壓U′為
U′= ③
由①③得U′=U ④
U′<U表明K斷開后小球將向下極板運動,重力對小球做正功,電場力對小球做負功,表明小球所帶電荷與下極板的極性相同,由功能關系
mg-q
mv2-0 ⑤
因小球與下極板碰撞時無機械能損失,設小球碰后電量變為q′,由功能關系得
q′U′-mgd=0-mv2 ⑥
聯立上述各式解得
q′=q
即小球與下極板碰后電荷符號未變,電量變為原來的7/6.
[例2]如圖11-4所示,電容器C1=6 μF,C2=3 μF,電阻R1=6 Ω,R2=3 Ω,當電鍵K斷開時,A、B兩點間的電壓UAB=?當K閉合時,電容器C1的電量改變了多少(設電壓U=18 V)?
命題意圖:考查理解、推理、分析綜合能力及解決實際問題的創新能力,B級要求.
錯解分析:沒有依據電路結構的變化分析求出電容器充放電前后的電壓變化,使問題難于求解.
解題方法與技巧:在電路中電容C1、C2的作用是斷路,當電鍵K斷開時,電路中無電流,B、C等電勢,A、D等電勢,因此UAB=UDB=18 V,UAB=UAC=UDB=18 V,K斷開時,電容器C1帶電量為
Q1=C1UAC=C1UDC=6×10-6×18 C=1.08×10-4 C.
當K閉合時,電路R1、R2導通,電容器C1兩端的電壓即電阻R1兩端的電壓,由串聯的電壓分配關系得:
UAC==12 V
此時電容器C1帶電量為:Q1′=C1UAC=7.2×10-5 C
電容器C1帶電量的變化量為:ΔQ=Q1-Q1′=3.6×10-5 C
所以C1帶電量減少了3.6×10-5C
●錦囊妙計
電容器是一個儲存電能的元件,在直流電路中,當電容器充、放電時,電路有充電、放電電流,一旦電流達到穩定狀態,電容器在電路中就相當于一個阻值無限大(只考慮電容器是理想不漏電的情況)的元件,電容電路可看作是斷路,簡化電路時可去掉它,簡化后若要求電容器所帶電量時,可在相應的位置補上.分析和計算含有電容器的直流電路時,關鍵是準確地判斷并求出電容器的兩端的電壓,其具體方法是:
1.在如圖11-1電路中,電鍵S1、S2、S3、S4均閉合.C是極板水平放置的平行板電容器,板間懸浮著一油滴P,斷開哪一個電鍵后P會向下運動
A.S1 B.S2 C.S3 D.S4
圖11-1 圖11-2
7.要求測量由兩節干電池串聯而成的電池組的電動勢E和內阻r(約幾歐),提供下列器材:電壓表V1(量程3 V,內阻1 kΩ)、電壓表V2(量程15 V,內阻2 kΩ)、電阻箱(0~9999 Ω)、電鍵、導線若干.
某同學用量程為15 V的電壓表連接成如圖10-12所示的電路.實際步驟如下:
圖10-12
(1)合上電鍵S,將電阻箱R阻值調到R1=10 Ω,讀得電壓表的讀數為U1.
(2)將電阻箱R阻值調到R2=20 Ω,讀得電壓表的讀數為U2.
由方程U1=E1-r、U2=E-
r解出E、r,為了減少實驗誤差,上述實驗在選擇器材和實驗步驟中,應做哪些改進?_____________________.
6.某同學用以下器材測量電阻:①電流計②電阻箱③單刀雙擲電鍵(這種電鍵在擲刀a倒向b時ab接通,倒向c時ac接通)④待測電阻⑤電源⑥限流電阻,如圖10-11所示.實驗方法是利用單刀雙擲電鍵分別將電阻箱和待測電阻接入電路,用電阻箱替代待測電阻的方法來測定待測電阻的阻值.
圖10-11
(1)在圖中完成電路的連接(其中有二條導線已連接好).
(2)本實驗中電鍵應先接通的是含有________________(填“待測電阻”或“電阻箱”)的電路.用電鍵變換電路,調節電阻箱時,應使兩次測量的____________大小相同,這時待測電阻的值可以從__________________上讀出.
5.現有一阻值為10.0 Ω的定值電阻、一個電鍵,若干根導線和一個電壓表,該電壓表表面上有刻度但無刻度值,要求設計一個能測定某電源內阻的實驗方案.(已知電壓表內阻很大,電壓表量程大于電源電動勢,電源內阻約為幾歐)要求:
(1)在所示方框中畫出實驗電路圖.
(2)簡要寫出完成接線后的實驗步驟.
(3)寫出用測得的量計算電源內阻的表達式r=________.
4.在測定電流表的內阻的實驗中備用的器材有
A.電流表(量程0-100 mA)
B.標準電壓表(量程0-5 V)
C.電阻箱(阻值范圍0-9999 Ω)
D.電阻箱(阻值范圍0-99999 Ω)
E.電源(電動勢2 V,有內阻)
F.電源(電動勢6 V,有內阻)
G.滑動變阻器(阻值范圍0-50 Ω,額定電流1.5 A),還有若干開關和導線.
(1)如果采用圖10-10所示的電路測定電流表G的內阻,并且要想得到較高的精確度,那么從以上備用的器件中,可變電阻R1應選用________,可變電阻R2應選用________,電源E應選用________(用字母代號填寫)
(2)如果實驗時要進行的步驟有:
A.合上S1.
B.合上S2.
C.觀察R1的阻值是否最大,如果不是,將R1的阻值調至最大.
D.調節R1的阻值,使電流表指針偏轉到滿刻度.
E.調節R2的阻值,使電流表指針偏轉到滿刻度的一半.
F.記下R2的阻值.
把以上步驟的字母代號按實驗的合理順序填寫在下面橫線上:
___________________________________________________
(3)如果在步驟F中所得R2的阻值為600 Ω,則被測電流表的內阻rg的測量值為________Ω.
(4)電流表內阻的測量值r測與其真實值r真的大小關系是r測________r真.(填“>”“<”或“=”)
3.在用伏安法測電阻的實驗中,所用電壓表的內阻約為20 kΩ,電流表的內阻約為10 Ω,選擇能夠盡量減少誤差的電路圖接線進行實驗,讀得的各組數據用實心圓點標于坐標圖上,如圖10-9所示:
(1)根據各點表示的數據描出I-U圖線,由此求得該電阻的阻值Rx=_______Ω(保留兩位有效數字).
(2)畫出此實驗的電路原理圖.
2.某學生欲測一未知電阻的阻值,可供選擇的器材有
電流表A1量程0-10 mA
電流表A2量程0-0.6 A
電壓表V1量程0-3 V
電壓表V2量程0-15 V
滑動變阻器一只,電源4.5 V,電鍵2個,如圖10-8,當電鍵K2連a時,兩電表的指針偏轉角度都在滿偏的4/5處;若將K2接b時,其中一個電表的指針偏角幾乎不變,另一個電表的指針偏轉到滿偏的3/4處.該學生所選用的電壓表的量程為________,所用的電流表的量程為________,該電阻的阻值為________.
1.圖10-7所示為用伏安法測電阻的部分電路圖.因為不知道待測電阻Rx的大概值,所以不能確定線路的接法.為了減小誤差,可在電路接好以后將電壓表的一個接線端K分別與M、N接觸,觀察電壓表和電流表的讀數哪一個有明顯變化.下列關于觀察到的現象及應選用的接法的敘述中,正確的是
A.若電流表讀數有明顯變化,K應接在M點
B.若電流表讀數有明顯變化,K應接在N點
C.若電壓表讀數有明顯變化,K應接在M點
D.若電壓表讀數有明顯變化,K應接在N點
3.作圖法
作圖法的優點是可以形象、直觀地反映出相關物理量之間的變化規律,找出相關物理量之間的變化規律所對應的函數關系;可以根據圖線直接得出實驗結果.還可以通過作圖發現實驗中的問題.
作圖時,應該注意以下幾點:
a.必須使用坐標紙,并保證測量時的準確數字,在圖上也是準確的.
b.圖上要標明圖名、坐標軸所代表的物理量及其單位、各分度對應的有效數字.
c.盡量使圖象充滿圖紙.
d.各數據點要標明.
e.連線時,要盡量使數據點均勻分布在圖線的兩側.
f.明確斜率、截距的物理意義.
必要時,可通過更改坐標軸的方式,改曲線為直線.
●殲滅難點訓練
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