高考物理復習電學部分恒定電流7含電容、二極管電路的分析精講精練

1、2012高考復習 電學部分 精講精練恒定電流7含電容、二極管電路的分析【課標要求】1知道電容器的充放電特性，掌握電容器在直流電路中的作用和有關計算2.知道二極管的單向導電性，會用多用電表測量二極管的正反向電阻【知識精要】電容器是一個儲能元件，在直流電路中，電容器在充、放電時會形成充、放電電流.當 電路穩(wěn)定后，電容器相當于一個電阻無窮大的元件，與電容器串聯的電路處于斷路狀態(tài).求 解含電容器的直流電路問題的基本方法是：(1)確定電容器和哪個電阻關聯，該電阻兩端電壓即為電容器兩端電壓；(2)當電容器和某一電阻串聯后接在某一電路兩端時，此電路兩端電壓即為電容器兩端 電壓；(3)對于較復雜電路，需要將電

2、容器兩端的電勢與基準點的電勢比較后才能確定電容器 兩端的電壓；電路中有關電容器的計算；(4)在充放電時，電容器兩根引線上的電流方向總是相同的，所以要根據正極板電荷變 化情況來判斷電流方向；穩(wěn)定狀態(tài)時電容器相當于斷路；(5)如果變化前后極板帶電的電性相同，那么通過每根引線的電荷量等于始末狀態(tài)電容 器電荷量的差；如果變化前后極板帶電的電性改變，那么通過每根引線的電荷量等于始末狀 態(tài)電容器電荷量之和。晶體二級管是用半導體材料制成的，它有兩個極，一個叫正極，一個叫負極，它的符號 如右下圖所示.要特別注意。加反向電壓，二極管裁U二極管是用兩種不同類型的半導體材料采用一定的工藝方法緊壓在一起，形成PN因此

3、具有單向導電性(如下圖)，二極管的電學特性有別于電阻，其伏安特性不是線性的，這一點電浜電靛加正向電壓.二根管導通用心愛心專心元件的判斷:二極管具有單向導電性， 正向電阻較?。◣资畾W），反向電阻很大（幾十千歐幾百千歐）.如 果用歐姆表測得某兩點間的正、反向阻值差別很大， 那么這兩點間應是連接了一只二極管.如果用歐姆表測量某兩點間，指針先是大幅偏轉，阻值很小，然后指針緩緩返回，最后停在接 近“8”的位置，那么這兩點間應是連接了一個電容器，上述指針的偏轉和變化是對電容器 充電的過程.總之，一定要了解這些典型器件的電學特性，這是判斷的基礎?！久麕燑c撥】二極管具有單向導電性， 正向電阻較?。◣资畾W），反

4、向電阻很大（幾十千歐幾百千歐）.如 果用歐姆表測得某兩點間的正、反向阻值差別很大， 那么這兩點間應是連接了一只二極管.如果用歐姆表測量某兩點間，指針先是大幅偏轉，阻值很小，然后指針緩緩返回，最后停在接 近“8”的位置，那么這兩點間應是連接了一個電容器，上述指針的偏轉和變化是對電容器 充電的過程.總之，一定要了解這些典型器件的電學特性，這是判斷的基礎.例1:如圖所示，U=10V,電阻R=3Q ,R=2R=5Q電容器的電容 Ci=4科F, C2=1F,求:當k閉合時間足夠長時，G和C 2所帶的電量各是多少？ U 舍 然后把k斷開，k斷開后通過 R的電量是多少？解析：k閉合足夠長時間后，電路達到穩(wěn)定

5、，R兩端電壓為所以 U=lfe=RU（ R+R） =4 VQ=U C i=1.6 x 10-5 CU2= U=10 V ,Q= U2 C2=1X10 Ck斷開后，G G將通過R、R、R放電，至放電結束，通過R的電量Q=Q+Q=2.6X10-5 C點撥：含電容器的直流電路計算電量問題關鍵是先計算出它的兩端的電壓.例2:已知如圖，R=30Q , F2=15Q , F3=20Q , AB間電壓 U=6V, A端為正 C=2F,為使電容器帶電量達到 Q =2X10- 6C應將R的阻值調節(jié)到多大？解析：由于R和R串聯分壓，可知R兩端電壓一定為 4V,由電容器的電容知：為使 CR1 R2=rR3 丁+ H

6、=l A U U的帶電量為2X10-6C,其兩端電壓必須為 1V,所以F3的電壓 可以為3V或5V.因此F4應調節(jié)到20 a或4a.兩次電容器 上極板分別帶負電和正電.點撥：還可以得出，當 R由20 a逐漸減小的到4 a的全過程中，通過圖中 P點的電荷量應該是 4X10-6C,電流方向為向下.用心 愛心 專心例3:如圖所示，電容器 C=6F, G=3F,電阻R=6Q , F2=3Q ,當電鍵K斷開時,A、B兩點間的電壓 Ub=?當K閉合時，電容器 。的電量改變了多少（設電壓 U=18 V） ?解析：在電路中電容 C、G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

7、此 Uxb= UDb= 18 V, UAb= IAc=UDb= 18V, K斷開時，電容器 G帶電量為Q=GUx GUDc= 6X10 6X18 U= 1.08 X 10 4 C.當K閉合時，電路 R、R導通，電容器 G兩端的電壓即電阻 R兩端 的電壓，由串聯的電壓分配關系得:,RULKc= =12 VW R2此時電容器G帶電量為：Q =GUc= 7.2X1。5V電容器C帶電量的變化量為：AQ= QQ =3.6 X 10 5V所以C帶電量減少了 3.6X105C點撥：電容器上的電量變化就是電容器極板上兩個狀態(tài)電量的變化.例4:如圖所示，在 A、B兩點間接一電動勢為 4V,內電阻為1Q的直流電源

8、，電阻 R、F2、R的阻值均為4Q ,電容器的電容為 30科F,電流表的內阻不計，求:（1）電流表的讀數；（2）電容器所帶的電量；（3）斷開電源后，通過 R的電量.解析：（1） I = - = 0.8 AR3 r(2) Q =CUR =CIR3 =9.6 10，C（3）斷開電源，R與R并聯，與 R、C構成放電回路.所以通過 R的電量八 Q八Q2 =4.8父10 C .2點評：在弄清電路的結構的同時，必須搞清電容器電荷的流動路線（放電回路）例5:（2011淄博模擬）把晶體二極管 D和電阻R串聯起來，連接成如（a）圖所示的電路.電源的電動勢E=5.0V ,內電阻不計.二極管兩端的電壓U與其中的電流

9、I的關系曲線（伏安特 性曲線）如（b）圖中實線所示，但為簡單起見，可近似地看作直線，直線與橫軸的交點 E0=1.0V用心 愛心 專心（見圖中虛線），即二極管上所加電壓 UE時，I和U為線性關系，此二極管消耗的功率 P超過4.0W時將被燒壞.（1）電阻R最小要多大才不致燒壞二極管？（2）在保證不致燒壞二極管的條件下，R值為多大時,輸入給R的功率最大，此功率最大值等于多少？解析：（1）由題意，二極管伏安特性曲線的方程可表示為：U=E）+RI其中已知Eo=1.0V,R值可由特性曲線直線段上某點的U和I值得出，把A點坐標（4V,6A）代入上式可得，R=0.5 Q .按題意，二極管消耗的功率應滿足：P=

10、UIW4.0Wb）中在直線段有由以上各式可得：U 2.0V, I2.0A.這表示，為了保證二極管正常工作而不致被燒壞，應使其工作在題圖（E-U=IR,已知：E=5.0V , U2.0V, IW2A,可彳RA 1.5 Q ./ 、2 E - En（2）假設二極管不被燒壞，R的輸入功率為P,則有：P= -一E0 R1R + R。JE - En由上式可得，當 R=R=0. 5a時，P/有最大值：Pmax = -=8W4R0可見，當RR時，P隨R的減小而增大，實際上，為P/隨R的減小而增大.所以,了保證二極管不被燒壞，必須R 1.5 Q R.在這個條件下,PmaxE -E0 2 r =6WR R0 2

11、當R=1.5 時，是保證二極管不被燒壞的最大值.點評：二極管是非線形元件，不能用歐姆定律，但可根據分流關系分壓關系來分析電路.【及時反饋】1 .判斷正誤：（1）二極管是根據 PN結的單向導電性制成的，因此二極管也具有單向導電性。（）（2）二極管的電流-電壓關系特性可知二極管四非線性元件。（）用心 愛心 專心（3）用萬用表識別二極管的極性時，若測得是二極管的正向電阻，那么標有“+”號的測試棒相連的是二極管的正極，另一端是負極。（）.圖中，E=10V, U=L2=30UF,R=4a ,R2=6，電池內阻可忽略.先閉合開關K,待電路穩(wěn)定后，再將 K斷開，則斷開后流過電阻R的電量為UoU是極板水平放置的平行板電容器，板間.在如圖電路中，電鍵Ki、K2、K3、K4均閉合,4 .如下圖所示黑盒中有一個單向導電元件，當其中電流沿箭頭方向時，單向導通，其電阻為零；反之，則截止，反向電阻無窮大。還有兩個阻值均為1 k Q ,的電阻，它們與