高考物理中電容電感問題的分析

黃振平

(江蘇省靖江高級中學,江蘇靖江 214500)

自從江蘇在2008年物理高考試卷中出現電感問題,2009-2011年又連續3年涉及此類問題,我們在高三復習中加強了電容電感的研究,并認為從以下幾方面入手,問題可迎刃而解.

1 明確線圈中原電流的大小和方向,強調電流不能突變

圖1

例1.如圖1所示的電路中,3個相同的燈泡 a、b、c和電感L1、L2與直流電源連接,電感的電阻忽略不計.電鍵S從閉合狀態突然斷開時,下列判斷正確的有

(A)a先變亮,然后逐漸變暗.

(B)b先變亮,然后逐漸變暗.

(C)c先變亮,然后逐漸變暗.

(D)b、c都逐漸變暗.

此題是2008年高考題.電鍵閉合時,a,b,c并聯,設電流為 I,電感 L1的電流是 L2的2倍,即2I.電鍵突然斷開時,電感中的電流只能沿原方向和大小減小,燈泡 a和電感L1串聯,電流大小和方向相同,從 2I減小,燈泡 c和電感L2串聯,電流從 I減小,b和c電流之和與a相同,故b中電流也從I減小.答案為(A)、(D)選項.

2 線圈剛接入時電阻看作無窮大,后逐漸減小至零

圖2

例2.如圖2所示的電路中,電源的電動勢為 E,內阻為 r,電感 L的電阻不計,電阻 R的阻值大于燈泡D的阻值.在 t=0時刻閉合開關 S,經過一段時間后,在 t=t1時刻斷開S.下列表示 A、B兩點間電壓UAB隨時間t變化的圖像(圖3)中,正確的是

圖3

本題是2010年高考題.電鍵S先閉合,兩支路并聯,燈泡D的電壓就是外電路的電壓,隨著線圈的電阻減小,燈泡D的電壓也減小,穩定時,線圈中電流小于燈泡中電流,方向向下,電鍵S斷開,線圈和燈泡構成回路,燈泡中原電流消失,電流與線圈中相同,方向與原來相反,A、B電勢高低也改變,答案為(B)選項.

3 電容剛充電時看做電阻為零,后逐漸增大至充電完畢的無窮大

圖4

例3.在如圖 4所示的閃光燈電路中,電源的電動勢為 E,電容器的電容為C.當閃光燈兩端電壓達到擊穿電壓U時,閃光燈才有電流通過并發光,正常工作時,閃光燈周期性短暫閃光,則可以判定

(A)電源的電動勢一定小于擊穿電壓.

(B)電容器所帶的最大電荷量一定為CE.

(C)閃光燈閃光時,電容器所帶的電荷量一定增大.

(D)在一個閃光周期內,通過電阻R的電荷量與通過閃光燈的電荷量一定相等.

此題是2009年高考題.初看題目很新型,但仔細推敲后,答案(D)就浮出水面.當電容開始充電后,電容“阻值”增大,電容兩端電壓增大,如無閃光燈,則增大至E,現增大至U時,閃光燈工作,電源、電阻和閃光燈構成一回路,電容通過閃光燈放電,即電容兩端電壓不會達到 E,(A)、(B)、(C)選項均錯,(D)選項正確.

4 放電時,電容看作電源

(1)通過電阻放電,電容內阻增大.(2)通過電感放電,類似振蕩電路.

例4.如圖5所示,水平面內有一平行金屬導軌,導軌光滑且電阻不計,勻強磁場與導軌平面垂直,阻值為R的導體棒垂直于導軌靜止放置,且與導軌接觸良好.t=0時,將開關S由1擲到2,q、i、v和a分別表示電容器所帶的電荷量、棒中的電流、棒的速度和加速度.下列圖像(圖 6)中正確的是

圖5

圖6

該題是2011年高考題,電容和電磁感應相結合,通過電源放電.分析知導體棒開始向右加速,產生動生電動勢,動生電動勢阻礙電容放電,當電容和導體棒兩端電壓相等時,放電結束,導體棒做勻速直線運動,電容中有剩余電量,(A)、(B)、(C)選項均錯,(D)選項正確.

只要掌握電容電感電路的分析方法,就可輕松面對高考挑戰.