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MC1-1042-将电阻 R 和电容 C 并联后接在电压为 U 的直流电源上。突然断开电源,电阻 R 两端的电压会

MC1-1042 考的是并联电阻在电源断开后端电压的变化,答案是 A,即从电源电压按指数规律衰减到零。文中指出并联元件共享同一电压,所以问电阻与问电容得到同一条曲线,并辨析了充电、跳变与瞬间归零三类错项,附带对照了充电与放电两个过程的时间常数。

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【题目编号】MC1-1042

【题目】将电阻 R 和电容 C 并联后接在电压为 U 的直流电源上。突然断开电源,电阻 R 两端的电压会:

【答案】A

[A]从 U 按指数规律逐渐减小到 0

[B]从 0 按指数规律逐渐增加到 U

[C]从 0 突然跳到 U 并保持

[D]从 U 突然跳到 0 并保持

考点速览

这道题问的是断电之后并联电阻两端的电压。电阻与电容并排接在同两个节点上,电压永远是同一个值,所以问电阻和问电容会得到同一条曲线。看清并联电路的这层同一性,题目不用算就能选。

并联的两端是同一个电位

并联的含义就是两端分别接在一起,元件之间没有任何其他节点,所以任意时刻电阻电压恒等于电容电压。接通电源的时候,电源把这两个节点钉在电源电压上;断开电源之后,节点电压由电容维持,两支元件依然共享同一个电压。既然电容电压从满值指数降到零,电阻电压必然同步走同一条曲线,起点和终点都不例外。

有人会担心电阻是不是会把电压拉下来。确实,电阻在耗电,可它耗的是电容里的电荷,节点电压正因如此才下降。电压曲线和电流曲线是两回事:电压从满值开始衰减,电流在断电瞬间也仍是从前那个值,然后一起按同样的规律减小。

断电后回路里只剩电容和电阻

把断开的那条电源支路从图上抹掉,剩下的就是电容与电阻组成的单回路。电容是电源,电阻是负载,电流从正极板出发经电阻回到负极板。这个回路的方程只有一条:电阻上的压降等于电容电压。解出来就是电压等于满值乘 e 的负 t 比 τ 次方,时间常数等于电阻乘电容。

时间常数里的电阻就是这支并联电阻本身,这一点别弄混。如果把它换成阻值更小的电阻,放电会更快,但起始电流更大;换成阻值更大的电阻,放电变慢,能量则要在更长的时间里慢慢耗掉。总能量始终是二分之一乘电容量乘电压的平方,与电阻取值无关,变化的只是耗时和峰值功率。

逐项辨析

选项 A 说从满值按指数规律逐渐减小到零,与并联电压恒等和放电规律一致,是正确项。

选项 B 让电压从零升到满值,属于充电过程。断电之后电容已经开始放电,节点电压只会下降。

选项 C 让电压从零跳到满值并保持不变,既需要电压突变,又要求电容永远不放电,与现实不符。

选项 D 让电压瞬间掉到零并保持。要在一瞬间放掉全部电荷,放电电流必须是无穷大;真实电路里总有电阻限流,电压只能按指数曲线逐步下降,不可能一步到位。

充电与放电的对照

把两个过程并排看,规律相当整齐。接通电源时,电容电压从零升到满值,电阻电压从满值降到零,回路电流从最大值衰减到零,三者共用同一个时间常数。断开电源后,电容与电阻的电压一起从满值降到零,回路电流从最大值衰减到零,时间常数还是那个乘积。差别只在充电时电流由电源提供、放电时电流由电容提供,电压的走向一个上升一个下降。

这种对照关系在收发信机的收发转换电路里看得见:转换瞬间电容充放电的缓变过程既限制了冲击电流,也决定了切换的快慢。理解同一组元件在不同开关动作下扮演的角色,比单独背结论更有用。

日常设备里也有现成的例子:关机之后面板指示灯不会立刻熄灭,而是亮着慢慢变暗,那正是滤波电容在通过指示灯所在支路放电,灯光亮度跟着电压一起走指数曲线。灯迟迟不灭,往往说明电容量较大,或者并联的负载较轻,放电时间常数偏长。

应试要点

并联的两支元件共用一个电压,问哪一支答案都一样。断电后节点电压从满值指数衰减到零,时间常数等于并联电阻乘电容量,五个时间常数后基本放完。凡是出现瞬间跳到零或从零跳起来的选项,都先排除。

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