高中物理易错题分析集锦——9稳恒电流.doc

第9单元稳恒电流
[内容和方法]
本单元内容包括电流、产生持续电流的条件、电阻、电压、电动势、内电阻、路端电压、电功、电功率等基本概念,以及电阻串并联的特点、欧姆定律、电阻定律、闭合电路的欧姆定律、焦耳定律、串联电路的分压作用、并联电路的分流作用等规律。
本单元涉及到的基本方法有运用电路分析法画出等效电路图,掌握电路在不同连接方式下结构特点,进而分析能量分配关系是最重要的方法;注意理想化模型与非理想化模型的区别与联系;熟练运用逻辑推理方法,分析局部电路与整体电路的关系
[例题分析]
在本单元知识应用的过程中,初学者常犯的错误主要表现在:不对电路进行分析就照搬旧的解题套路乱套公式;逻辑推理时没有逐步展开,企图走“捷径”;造成思维“短路”;对含有电容器的问题忽略了动态变化过程的分析。
例1 如图9-1所示,ε1=3V,r1=,R1=R2=,平行板电容器的两板距离d=1cm,当电键K接通时极板中的一个质量m=4×10-3g,电量为q=×10-7C的带电微粒恰好处于静止状态。求:(1)K断开后,微粒向什么方向运动,加速度多大?(2)若电容为1000pF,K断开后,有多少电量的电荷流过R2?
【错解分析】错解: 当电键K接通电路稳定时、电源ε1和ε2都给电容器极板充电,所以充电电压U=ε1+ε2。
带电粒子处于平衡状态,则所受合力为零,
F-mg = 0
ε2=U-ε1=1(v)
当电键K断开后,电容器上只有电源给它充电,U′=ε2。

。
又Q1=CU=103×10-12×4=4×10-9C
Q′=CU′=103×10-12×1=1×10-9C
△Q=Q-Q′=3×10-9C
极板上电量减少3×10-9C,也即K断开后,有电量为3×10-9C的电荷从R2由下至上流过。
在直流电路中,如果串联或并联了电容器应该注意,在与电容器串联的电路中没有电流,所以电阻不起降低电压作用(如R2),但电池、电容两端可能出现电势差,如果电容器与电路并联,电路中有电流通过。电容器两端的充电电压不是电源电动势ε,而是路端电压U。
【正确解答】
(1)当K接通电路稳定时,等效电路图如图9-2所示。
ε1、r1和R1形成闭合回路,A,B两点间的电压为:

电容器中带电粒子处于平衡状态,则所受合力为零,
F-mg=0

在B,R2,ε2,C,A支路中没有电流,R2两端等势将其简化,
U+ε2=UAB,ε2=U-UAB=
当K断开电路再次达到稳定后,回路中无电流电路结构为图9-3所示。电容器两端电压U′=ε2=
。
(2)K接通时,电容器带电量为Q=CU=4×1O-9C
K断开时,电容器带电量为Q′=CU′=×10-9(C)
△Q=Q—Q′=×10-9C
×10-9(C)的电子从R2由下至上流过。
【小结】
本题考查学生对电容器充放电物理过程定性了解程度,以及对充电完毕后电容所在支路的电流电压状态是否清楚。学生应该知道电容器充电时,随着电容器内部电场的建立,充电电流会越来越小,电容器两极板间电压(电势差)越来越大。当电容器两端电压与电容器所并联支路电压相等时充电过程结束,此时电容器所在的支路电流为零。
根据这个特点学生应该会用等势的方法将两端等势的电阻简化,画出等效电路图,如本题中的图9-2,图9-3,进而用电路知识解决问题。
例2 如图9-4所示,电源电动势ε=9V,内电阻r=,电阻R1=、R2=、R3=、R4=,电容C=。当电键K由a与接触到与b接触通过R3的电量是多少?
【错解分析】错解:K接a时,由图9-5可知


流过R3的电量为△Q=QC-QC′=3×10-6(C)
没有对电容器的充电放电过程做深入分析。图9-5图中电容器的上极板的电势高,图9-6中电容器的下极板的电势高。电容器经历了先放电后充电的过程。经过R3的电量应是两次充电电量之和。
【正确解答】
K接a时,由图9-5可知

此时电容器带电量QC=CU1=1×10-5(C)
K接b时,由图9-6可知

此时电容器带电量Q′C=CU1=×10-5(C)
流过R3的电量为△Q=QC+Q′C=×10-5(C)
【小结】
对于电容电量变化的问题,还要注意极板电性的正负。要分析清电容器两端的电势高低,分析全过程电势变化。
例3 如图9-7所示的电路中已知电源电动势ε