高考物理中电容电感问题的分析

黄振平

(江苏省靖江高级中学,江苏靖江 214500)

自从江苏在2008年物理高考试卷中出现电感问题,2009-2011年又连续3年涉及此类问题,我们在高三复习中加强了电容电感的研究,并认为从以下几方面入手,问题可迎刃而解.

1 明确线圈中原电流的大小和方向,强调电流不能突变

图1

例1.如图1所示的电路中,3个相同的灯泡 a、b、c和电感L1、L2与直流电源连接,电感的电阻忽略不计.电键S从闭合状态突然断开时,下列判断正确的有

(A)a先变亮,然后逐渐变暗.

(B)b先变亮,然后逐渐变暗.

(C)c先变亮,然后逐渐变暗.

(D)b、c都逐渐变暗.

此题是2008年高考题.电键闭合时,a,b,c并联,设电流为 I,电感 L1的电流是 L2的2倍,即2I.电键突然断开时,电感中的电流只能沿原方向和大小减小,灯泡 a和电感L1串联,电流大小和方向相同,从 2I减小,灯泡 c和电感L2串联,电流从 I减小,b和c电流之和与a相同,故b中电流也从I减小.答案为(A)、(D)选项.

2 线圈刚接入时电阻看作无穷大,后逐渐减小至零

图2

例2.如图2所示的电路中,电源的电动势为 E,内阻为 r,电感 L的电阻不计,电阻 R的阻值大于灯泡D的阻值.在 t=0时刻闭合开关 S,经过一段时间后,在 t=t1时刻断开S.下列表示 A、B两点间电压UAB随时间t变化的图像(图3)中,正确的是

图3

本题是2010年高考题.电键S先闭合,两支路并联,灯泡D的电压就是外电路的电压,随着线圈的电阻减小,灯泡D的电压也减小,稳定时,线圈中电流小于灯泡中电流,方向向下,电键S断开,线圈和灯泡构成回路,灯泡中原电流消失,电流与线圈中相同,方向与原来相反,A、B电势高低也改变,答案为(B)选项.

3 电容刚充电时看做电阻为零,后逐渐增大至充电完毕的无穷大

图4

例3.在如图 4所示的闪光灯电路中,电源的电动势为 E,电容器的电容为C.当闪光灯两端电压达到击穿电压U时,闪光灯才有电流通过并发光,正常工作时,闪光灯周期性短暂闪光,则可以判定

(A)电源的电动势一定小于击穿电压.

(B)电容器所带的最大电荷量一定为CE.

(C)闪光灯闪光时,电容器所带的电荷量一定增大.

(D)在一个闪光周期内,通过电阻R的电荷量与通过闪光灯的电荷量一定相等.

此题是2009年高考题.初看题目很新型,但仔细推敲后,答案(D)就浮出水面.当电容开始充电后,电容“阻值”增大,电容两端电压增大,如无闪光灯,则增大至E,现增大至U时,闪光灯工作,电源、电阻和闪光灯构成一回路,电容通过闪光灯放电,即电容两端电压不会达到 E,(A)、(B)、(C)选项均错,(D)选项正确.

4 放电时,电容看作电源

(1)通过电阻放电,电容内阻增大.(2)通过电感放电,类似振荡电路.

例4.如图5所示,水平面内有一平行金属导轨,导轨光滑且电阻不计,匀强磁场与导轨平面垂直,阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置,且与导轨接触良好.t=0时,将开关S由1掷到2,q、i、v和a分别表示电容器所带的电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度.下列图像(图 6)中正确的是

图5

图6

该题是2011年高考题,电容和电磁感应相结合,通过电源放电.分析知导体棒开始向右加速,产生动生电动势,动生电动势阻碍电容放电,当电容和导体棒两端电压相等时,放电结束,导体棒做匀速直线运动,电容中有剩余电量,(A)、(B)、(C)选项均错,(D)选项正确.

只要掌握电容电感电路的分析方法,就可轻松面对高考挑战.