專題十　恒定電流應(yīng)用篇【應(yīng)用集訓(xùn)】應(yīng)用一　探究電路故障的分析方法　如圖電路,起初燈泡A和B都能正常發(fā)光,后來電路中某個(gè)元件發(fā)生斷路故障,致使燈泡A比原來亮一些,燈泡B比原來暗一些,那么斷路的元件是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　A.R1　　B.R2　　C.R3　　D.R4　答案　B　應(yīng)用二　探究含電容器電路的分析與計(jì)算1.(2020山東薛城棗莊八中高二月考,8)在如圖所示的電路中,電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻以及電阻R2的阻值都恒定,當(dāng)滑動(dòng)變阻器R1的滑片處于某位置時(shí),電容器C兩極板間的帶電油滴恰好懸浮不動(dòng)。下列判斷正確的是(　　)A.若僅減小電容器兩極板間的正對面積,油滴將向下運(yùn)動(dòng)B.若僅將R1的滑片向右移動(dòng),油滴將向上運(yùn)動(dòng)C.若僅將R1的滑片向左移動(dòng),電源的效率將增加D.若僅將R1的滑片移動(dòng),電壓表V1、V2的示數(shù)變化量的代數(shù)和總等于零,答案　B　2.如圖所示的電路中,兩平行金屬板A、B水平放置,板長l=80cm,兩板間的距離d=40cm。電源電動(dòng)勢E=40V,內(nèi)電阻r=1Ω,電阻R=15Ω。閉合開關(guān)S,待電路穩(wěn)定后,將一帶負(fù)電的小球從B板左端且非?？拷麭板的位置以初速度v0=4m/s水平向右射入兩板間,該小球可視為質(zhì)點(diǎn)。已知小球的質(zhì)量為m=2×10-2kg,所帶的電荷量為q=1×10-2C,不考慮空氣阻力,電路中電壓表、電流表均為理想電表。若小球恰好從A板右邊緣射出(g取10m/s2)。求:(1)滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻;(2)此時(shí)電流表、電壓表的示數(shù);(3)此時(shí)電源的輸出功率。答案　(1)24Ω　(2)1A　39V　(3)39W[教師專用題組]【應(yīng)用集訓(xùn)】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.(2020甘肅武威六中六診)超導(dǎo)限流器是一種短路故障電流限制裝置,它由超導(dǎo)部件和限流電阻并聯(lián)組成,原理圖如圖所示。當(dāng)通過超導(dǎo)部件的電流大于其臨界電流Ic時(shí),超導(dǎo)部件由超導(dǎo)態(tài)(可認(rèn)為電阻為零)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)(可認(rèn)為是一個(gè)純電阻),以此來限制電力系統(tǒng)的故障電流。超導(dǎo)部件正常態(tài)電阻R1=7.5Ω,臨界電流Ic=0.6A,限流電阻R2=15Ω,燈泡L上標(biāo)有“6V　3W”字樣,電源電動(dòng)勢E=7V,內(nèi)阻r=2Ω,電路正常工作。若燈泡L突然發(fā)生短路,則下列說法正確的是(　　),A.燈泡L短路前通過R1的電流為AB.燈泡L短路后超導(dǎo)部件電阻為零C.燈泡L短路后通過R1的電流為AD.燈泡L短路后通過R1的電流為1A答案　C　由題意,燈泡的電阻RL==Ω=12Ω。根據(jù)超導(dǎo)限流器的功能分析得知,電路正常工作時(shí),超導(dǎo)部件處于超導(dǎo)態(tài),電阻為零,根據(jù)閉合電路歐姆定律得到此時(shí)通過R1的電流I1==0.5A,故A錯(cuò)誤。當(dāng)L發(fā)生短路后,超導(dǎo)部件轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài),與限流電阻并聯(lián),起到限流作用,故B錯(cuò)誤。L發(fā)生短路后,外電路總電阻為R==5Ω,干路電流為I==1A,通過R1的電流為I1=I=A,故C正確,D錯(cuò)誤。2.(2020廣東蕉嶺中學(xué)摸底測試)如圖所示的電路中,由于某個(gè)電阻發(fā)生故障,使電流表A的讀數(shù)變大,電壓表V的讀數(shù)變大,燈泡L的亮度變暗,關(guān)于故障的判斷,下列說法中正確的是(　　)A.可能是R3短路　　B.可能是R2斷路C.可能是R2短路　　D.可能是R4短路答案　D　由電路的結(jié)構(gòu)知,R2、R4串聯(lián)后與R3、L并聯(lián),再與R1串聯(lián)。電流表A測干路電流,,電壓表V測R2兩端電壓,再由電路元件各物理量動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律“串反并同”可知,只有當(dāng)R4短路時(shí)(可認(rèn)為電阻減小),外電路總電阻減小,總電流增大,電流表A的讀數(shù)變大,通過R2的電流增大,電壓表V的讀數(shù)變大,燈泡L的亮度變暗。故選D?！痉椒w納】動(dòng)態(tài)直流電路分析方法——“串反并同”法(1)所謂“串反”,即某一電阻增大時(shí),與它串聯(lián)或間接串聯(lián)的電阻中的電流、兩端電壓、電功率都將減小,反之則增大。(2)所謂“并同”,即某一電阻增大時(shí),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,反之則減小。即:←R↑→U并↑I并↑P并↑3.(2020天津?qū)嶒?yàn)中學(xué)一測)(多選)如圖所示,平行金屬板中帶電質(zhì)點(diǎn)P原處于靜止?fàn)顟B(tài),不考慮電流表和電壓表對電路的影響,R1的阻值和電源內(nèi)阻r相等。當(dāng)滑動(dòng)變阻器R4的滑片向b端移動(dòng)時(shí)(　　)A.電壓表讀數(shù)增大B.電流表讀數(shù)減小C.電源的輸出功率逐漸增大D.質(zhì)點(diǎn)P將向下運(yùn)動(dòng)答案　CD　當(dāng)滑動(dòng)變阻器R4的滑片向b端移動(dòng)時(shí),其接入電路的電阻減小,,外電路總電阻減小,根據(jù)閉合電路歐姆定律分析得知干路電流I增大。電阻R1以及內(nèi)阻分得的電壓變大,與電容器并聯(lián)的支路電壓減小,流過R3的電流I3減小,流過電流表的電流IA=I-I3,I增大,I3減小,則IA增大,所以電流表讀數(shù)增大;R4兩端的電壓U4=U3-U2,U3減小,U2增大,則U4減小,所以電壓表讀數(shù)減小,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。當(dāng)外電阻等于電源內(nèi)阻時(shí)電源輸出功率最大,由于R1的阻值和電源內(nèi)阻r相等,則外電路總電阻一直大于電源的內(nèi)阻r,當(dāng)外電阻減小時(shí),外電阻阻值逐漸向內(nèi)電阻接近,則電源的輸出功率逐漸增大,選項(xiàng)C正確。電容器板間電壓等于R3兩端的電壓,R3兩端的電壓減小,電容器板間場強(qiáng)減小,質(zhì)點(diǎn)P所受的電場力減小,所以質(zhì)點(diǎn)P將向下運(yùn)動(dòng),故D正確?！疽活}多解】題中選項(xiàng)A、B、D屬于直流電路的動(dòng)態(tài)變化問題,可直接利用“串反并同”的結(jié)論判斷:滑片向b端移動(dòng)時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值減小,由“并同”可知電壓表的示數(shù)減小,電容器兩極板間電壓也減小,則極板間電場強(qiáng)度減小、質(zhì)點(diǎn)所受電場力減小,故質(zhì)點(diǎn)P將向下運(yùn)動(dòng);由“串反”可知電流表示數(shù)增大。4.(2020陜西西安中學(xué)四模)(多選)如圖所示,電源電動(dòng)勢E=9V,內(nèi)電阻r=4.5Ω,電阻箱R1的最大電阻Rm=5.0Ω,R2=1.5Ω,R3=R4=1000Ω,平行板電容器C的兩金屬板水平放置。在開關(guān)S與a接觸且電路穩(wěn)定時(shí),電源恰好有最大的輸出功率,在平行板電容器正中央放入一帶電微粒,也恰能靜止。那么(　　)A.在題設(shè)條件下,R1接入電路的阻值為3Ω,電源的輸出功率為4.5WB.放入的微粒帶負(fù)電,當(dāng)開關(guān)接向b(未接觸b)的過程中,微粒將向下運(yùn)動(dòng)C.在題設(shè)條件下,R1的阻值增大時(shí),R2兩端的電壓增大D.在題設(shè)條件下,當(dāng)開關(guān)接向b后,流過R3的電流方向?yàn)閐→c答案　AD　在開關(guān)S與a接觸且電路穩(wěn)定時(shí),電源恰好有最大的輸出功率,可知,R1+R2=r,R2=1.5Ω,則R1=3Ω。電源的輸出功率Pm==4.5W,A正確。在開關(guān)S與a接觸且電路穩(wěn)定時(shí),在平行板電容器正中央放入一帶電微粒,也恰能靜止,則微粒所受重力和電場力平衡,而上極板帶正電,可知微粒帶負(fù)電;當(dāng)開關(guān)接向b(未接觸b)的過程中,電容器所帶的電荷量未變,電場強(qiáng)度也不變,所以微粒不動(dòng),B錯(cuò)誤。電容器所在的支路相當(dāng)于斷路,在題設(shè)條件下,R1和R2及電源構(gòu)成串聯(lián)電路,R1的阻值增大時(shí),總電阻增大,總電流減小,R2兩端的電壓減小,C錯(cuò)誤。在題設(shè)條件下,開關(guān)接a時(shí),上極板帶正電,當(dāng)開關(guān)接b后,下極板帶正電,流過R3的電流方向?yàn)閐→c,D正確。5.(2020河南九師聯(lián)盟核心模擬二)如圖所示的電路中,AB和CD為兩個(gè)水平放置的平行板電容器,A、B板間有一點(diǎn)P,閉合開關(guān)S,待電路穩(wěn)定后將開關(guān)斷開。現(xiàn)將一有機(jī)玻璃板(圖中未畫出)插入C、D板間,則下列說法正確的是　(　　)A.平行板電容器CD的電容減小B.P點(diǎn)電勢降低C.A、B兩板間的電場強(qiáng)度增大D.電阻R中有向右的電流答案　B　將玻璃板插入C、D板間,則相對介電常數(shù)εr增大,其他條件不變,由C=可知,平行板電容器CD的電容增大,故A錯(cuò)誤。兩電容器上的總電荷量Q總=UCAB+UCCD,斷開開關(guān)后,兩電容器總電荷量不變,由于CD電容器的電容增大,電容器兩板間電勢差均變小,由E=可知,A、B板間電場強(qiáng)度變小,則P點(diǎn)與B板間的電勢差變小,因?yàn)锽板接地,電勢始終為零,則P,點(diǎn)電勢降低,故B正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤。由于插入玻璃板的過程中,電容器兩板間電勢差變小,則AB電容器放電,B極板帶負(fù)電,電阻R中有向左的電流,故D項(xiàng)錯(cuò)誤?！局R(shí)拓展】無論電路的結(jié)構(gòu)如何,當(dāng)電路中某一元件的阻值增大時(shí),總電阻一定是增大的;與此類似,兩個(gè)電容無論是串聯(lián)還是并聯(lián),一個(gè)電容器的電容增大時(shí),總電容也一定是增大的。6.(2020安徽滁州天長中學(xué)等金三角聯(lián)盟二聯(lián))(多選)如圖為一電源電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r的穩(wěn)定電路。電壓表A的內(nèi)阻為5kΩ。B為靜電計(jì),C1、C2為兩個(gè)理想的電容器且耐壓值足夠高。在開關(guān)閉合一段時(shí)間后,下列說法正確的是(　　)A.C1上電荷量為0B.若將R的滑片右滑,則C2上電荷量增大C.若C1>C2,則電壓表兩端電壓大于靜電計(jì)兩端電壓D.將S斷開,使C2兩極板間距離增大,則B的指針張角變大答案　AD　由于電容器和靜電計(jì)均可視為斷路,故開關(guān)閉合一段時(shí)間后,電路中電流為0,電壓表兩端電壓為0,則C1上電荷量為0,故A正確。由于整個(gè)電路中沒有電流,C2相當(dāng)于直接接在電源兩端,故移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片時(shí)對電路沒有影響,C2兩端電壓不變,電荷量不變,故B錯(cuò)誤。電壓表兩端電壓為0,靜電計(jì)兩端電壓不為0,故C錯(cuò)誤。S斷開后,C2上電荷量保持不變,故當(dāng)C2兩極板間距離增大時(shí),電容減小,由U=可知,兩極板間電壓增大,靜電計(jì)指針張角變大,故D正確?！窘忸}指導(dǎo)】電壓表實(shí)質(zhì)上是一個(gè)大阻值的導(dǎo)體,而靜電計(jì)是一個(gè)電容很小的電容器,本題中外電路實(shí)際上是斷路狀態(tài)。,7.(2020寧夏石嘴山三中高三一模)如圖所示,R3是光敏電阻,a、b兩點(diǎn)間接一電容器,當(dāng)開關(guān)S閉合后,在沒有光照射時(shí),電容器上、下極板上電荷量為零,當(dāng)用光線照射電阻R3時(shí),下列說法正確的是(　　)A.R3的電阻變小,電容上極板帶正電,電流表示數(shù)變大B.R3的電阻變小,電容上極板帶負(fù)電,電流表示數(shù)變大C.R3的電阻變大,電容上極板帶正電,電流表示數(shù)變小D.R3的電阻變大,電容上極板帶負(fù)電,電流表示數(shù)變小答案　A　R3是光敏電阻,當(dāng)用光線照射電阻R3時(shí),據(jù)光敏電阻的特點(diǎn),其阻值變小,據(jù)閉合電路歐姆定律知,電流表示數(shù)變大,C、D錯(cuò)誤。因沒有光照射時(shí)電容器極板上的帶電荷量為零,故說明a、b兩點(diǎn)電勢相等;有光照以后,兩支路兩端的電壓相等,因R1、R2支路中電阻沒有變化,故R1、R2的分壓比不變,而R3的電阻減小,所以R3兩端的電壓減小、R4兩端電壓增大,若將電源負(fù)極接地,則R4右端電勢恒為零,則a點(diǎn)電勢升高,故電容器上端的電勢要高于下端,上極板帶正電,A正確,B錯(cuò)誤。【解題技巧】對于這種“橋式”電路,電容器兩端電壓不等于某一元件兩端電壓時(shí),可將電源負(fù)極接地,以確定電容器兩極板各自的電勢,進(jìn)而可確定電容器兩極板間電壓、兩極板各自所帶電荷的電性。8.(2020河南九師聯(lián)盟核心模擬三)(多選)如圖所示,定值電阻R1和電阻箱R2串聯(lián)在恒定電壓為U的電路中,電壓表V1、V2和電流表A均為理想電表,且電壓表V1的示數(shù)大于電壓表V2的示數(shù)。已知電阻箱R2的最大阻值大于定值電阻R1的阻值,,若現(xiàn)在逐漸增大電阻箱的電阻直至最大,則下列有關(guān)說法正確的是　(　　)A.不變,不變B.變大,變大C.電阻箱消耗的功率逐漸增大D.電阻箱消耗的功率先增大后減小答案　AD　對于定值電阻,根據(jù)歐姆定律有:R1==,故A正確。將定值電阻和恒壓源等效成一個(gè)電源,其中U等于等效電動(dòng)勢,R1是等效內(nèi)阻,可得R2=、R1=,故B錯(cuò)誤。在等效電路中,當(dāng)R2=R1時(shí)電阻箱消耗的功率最大,又依題意可知電阻箱的最大阻值小于定值電阻R1的阻值,可見,在逐漸增大電阻箱的電阻直至最大的過程中,電阻箱消耗的功率先增大后減小,故C錯(cuò)誤,D正確?！局R(shí)拓展】恒壓源與恒流源皆是理想化模型,恒壓源是指內(nèi)阻為零的電源,路端電壓總是等于電源電動(dòng)勢而保持恒壓。恒流源是指內(nèi)阻無限大的電源,外電阻的變化不引起總電阻變化,也就不引起總電流的變化,從而保持恒流。電源在內(nèi)阻遠(yuǎn)大于外電阻時(shí)可認(rèn)為是恒流源、內(nèi)阻遠(yuǎn)小于外電阻時(shí)可認(rèn)為是恒壓源。9.(2020福建福清線上質(zhì)檢)在如圖所示的電路中,電源的電動(dòng)勢為E,內(nèi)阻為r,R1、R3為定值電阻,R2為滑動(dòng)變阻器,C為電容器。將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P置于位置a,閉合開關(guān)S,電路穩(wěn)定時(shí)理想電壓表V1、V2的示數(shù)分別為U1、U2,理想電流表A的示數(shù)為I,。當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P由a滑到b且電路再次穩(wěn)定時(shí),理想電壓表V1、V2的示數(shù)分別為U1'、U2',理想電流表A的示數(shù)為I'。則以下判斷中正確的是(　　)A.滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P由a滑向b的過程中,通過R3的電流方向由左向右B.滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P由a滑向b的過程中,電容器的帶電荷量減小C.U1>U1',U2>U2',I>I'D.=R1+r答案　D　電容器兩端電壓等于電源的路端電壓,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭P由a滑向b的過程中,滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻增大,總電阻增大,總電流減小,路端電壓增大,根據(jù)C=可知,電容器的帶電荷量增加,電容器充電,通過R3的電流方向由右向左,故A、B項(xiàng)錯(cuò)誤。因電路電流減小,故I>I',則R1兩端電壓減小,即U1>U1'。因路端電壓增大,則R2兩端電壓增大,即U2