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MC1-1043-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,流过电阻 R 的电流会

MC1-1043 考的是并联电路断电后流过电阻的电流,答案是 A,即从电源电压除以电阻按指数规律衰减到零。文中指出该电流在断电瞬间连续、不跳变,说明能量全部由电阻耗散并与充电过程作对照,辨析了上升、起跳与量纲混乱三类错项,并给出泄放电阻的选型思路。

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【题目编号】MC1-1043

【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,流过电阻 R 的电流会:

【答案】A

[A]从 U/R 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/R

[C]从 0 突然跳到 U/R,然后再按指数规律逐渐减小到 0

[D]从 U 突然跳到 0,然后再按指数规律逐渐增大到 U/R

考点速览

这道题问并联电路断电之后流过电阻的电流。它与「断电后电阻电压」那道题是一体两面:电压不变,电流自然也不变,断电瞬间电流甚至不出现跳变。真正发生跳变的是电容支路和电源支路,电阻这一支反而是全场最稳的一环。认清断电瞬间谁跳谁不跳,是这道题的题眼。

电流在断电瞬间是连续的

电源接通期间,电容充满后不再有电流,电阻上的电流由电源提供,大小等于电源电压除以电阻。突然断开电源,节点电压因为电容电压连续性而保持原值,电阻两端的电压不变,按欧姆定律,流过它的电流也就不变。断电前后电阻电流是同一个数值,曲线在这里连续,没有台阶。

电流从此开始按指数规律下降,写成式子就是最大电流乘 e 的负 t 比 τ 次方,时间常数还是电阻乘电容。一个时间常数后剩三成七,三个时间常数后剩百分之五,五个时间常数之后按零处理。供电的角色从电源换成了电容,电流的大小和方向却接得上,这正是电容放电的自然表现。

把它与充电时的电流对照:接通电源瞬间,电流从零跳到最大值,随后衰减;断开电源瞬间,电流本来就停在最大值上,直接开始衰减。一个先跳,一个不跳,起点相同、终点相同。

放电电流的指数衰减与能量去向

衰减过程中,电阻把电容储存的能量一点点变成热。电容里的能量是二分之一乘电容量乘电压的平方,这部分能量在放电全过程中全部由电阻消耗,一点不剩地转成热量,电容自身的能量降到零。放电刚开始的瞬间功率最大,等于电压平方除以电阻,随后按平方规律快速下降,绝大部分能量在前几个时间常数里就放完了。

电阻的功率选型要按瞬态峰值来定,而不是按长期平均值。选得偏小时,短时间内积聚的热量就可能把电阻烧坏;这也是检修时看到限流电阻发黑、阻值变大甚至开路的原因之一。

逐项辨析

选项 A 说的从电压除以电阻这个数值按指数规律减小到零,与断电瞬间的连续性以及放电规律一致,是正确项。

选项 B 让电流从零指数升到最大值。放电阶段电流只会越来越小,不存在逐步升上来的过程,方向也反了。

选项 C 描述从零跳到最大值再衰减,那是接通电源瞬间充电电流的行为。断电瞬间的电流从断电前就一直存在,不存在从零起跳的条件。

选项 D 把电压的量、电流的量和变化过程混在一起:让一个以伏特为单位的数值去跳变,接着又落到电流值上,前因后果都对不上。

泄放电阻的选型思路

设备里的泄放电阻就工作在这个放电过程上。选型要在两件事之间找平衡:阻值小,放电快、检修等待时间短,但平时白白耗电、发热也大;阻值大,静态损耗小,代价是断电后电容长时间带电,不安全。工程上先定时限,比如要求断电后一秒内基本放完,按五倍时间常数算,时间常数要小于零点二秒;若电容量是一百微法,电阻就不能超过两千欧姆。

放电电阻通常直接并在电容两端,长期承受电源电压。检修时若发现它开路,电容就会长时间保持高电压,这种隐患比它自身耗掉的功率值得多。

应试要点

断电瞬间,电阻电流不跳变,保持原值后指数衰减到零;跳变的是电容电流与电源支路电流。放电电流的起点是电压除以电阻,终点是零,时间常数依旧是电阻乘电容。记住「电阻电流前后连续」这一条,能直接排除所有带跳变的选项。

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