备考2025届高考物理一轮复习分层练习第九章静电场实验十观察电容器的充放电现象VIP

试验十视察电容器的充、放电现象1.[2024北京]利用如图所示电路视察电容器的充、放电现象，其中E为电源，R为定值电阻，C为电容器，为电流表，为电压表.下列说法正确的是（B）A.充电过程中，电流表的示数渐渐增大后趋于稳定B.充电过程中，电压表的示数快速增大后趋于稳定C.放电过程中，电流表的示数匀整减小至零D.放电过程中，电压表的示数匀整减小至零解析电容器充电电容器放电2.电流传感器可以捕获到瞬间的电流变更，它与计算机相连，可以显示出电流随时间变更的I－t图像.按图甲所示连接电路.直流电源电动势为9V，内阻可忽视，电容器选用电容较大的电解电容器.先使开关S与1端相连，电源向电容器充电；然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机.屏幕上显示出电流随时间变更的I－t图像如图乙所示.（1）在图乙所示的I－t图像中用阴影标记面积的物理意义是通电0.2s电容器增加的电荷量（或流过电阻R的电荷量）.（2）依据I－t图像估算当电容器起先放电时所带的电荷量q0＝1.8×10－3C（1.7×10－3C也正确），并计算电容器的电容C＝2.0×10－4F（1.9×10－4F也正确）.（均保留2位有效数字）（3）假如不变更电路其他参数，只减小电阻R，充电时I－t曲线与横轴所围成的面积将不变（选填“增大”“不变”或“变小”）；充电时间将变短（选填“变长”“不变”或“变短”），简要说明缘由：充电电流增大.解析（1）题图乙中1～3.4s的I－t图线是充电电流随时间变更的规律图线，又I－t图线与t轴所围成的面积表示电荷量，则题图乙中阴影面积的物理意义是通电0.2s电容器增加（或流过电阻R）的电荷量.（2）电容器在全部放电过程中释放的电荷量在数值上等于放电过程I－t图线与横轴所围成的面积；首先以坐标纸上的一个小正方形作为一个面积计量单位，数出图线与横轴所围的图形中有多少个完整的小正方形，对于超过该格一半面积的计为一个，不足一半的舍去不计，这样即可以得到包含的小正方形的个数为44个（43～45个都正确）；其次确定每个小方格所对应的电荷量，纵坐标的每个小格为0.2mA，横坐标的每个小格为0.2s，则每个小格所代表的电荷量为q＝0.2×10－3×0.2C＝4.0×10－5C，则电容器起先放电时所带的电荷量q0＝nq＝44×4.0×10－5C＝1.8×10－3C；电容器的电容C＝q0U＝1.8×10－39（3）假如不变更电路其他参数，只减小电阻R，将开关掷向1，充电完毕时电容器两端的电压不变，由于电容器的电容不变，依据Q＝CU可知充入电容器的电荷量不变，即充电时I－t曲线与横轴所围成的面积将不变.将开关掷向1，电容器起先时所带电荷量为0，可知电容器两端的电压UC＝0，则电阻R两端的电压UR＝E，此时通过R的电流即电容器起先充电时的电流，即Imax＝URR；只减小电阻R，则Imax增大，而充电时I－t3.某同学通过试验视察电容器的放电现象，接受的试验电路如图甲所示，已知所用电解电容器的长引线是其正极，短引线是其负极.（1）按图甲连接好试验电路，开关S应先接到1，再接到2（均选填“1”或“2”），视察电容器的放电现象.（2）依据图甲电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接.（3）电容器起先放电的同时起先计时，每隔5s读一次电流表的值i，记录数据如下表.时间t/s0510152025电流i/μA500392270209158101时间t/s303540455055电流i/μA7549302393请依据表中的数据，在图丙中作出电流i随时间t变更的图线.答案（2）如图1所示（3）如图2所示图1图2解析（1）连接好电路图，开关S应先接到1对电容器进行充电，再接到2使电容器放电，视察电容器的放电现象.（2）依据题图甲所示电路图连接实物电路图，留意电容器正极接电流表正接线柱，实物电路图如图1所示.（3）依据表中试验数据在题图丙中描出对应点，然后画一条平滑曲线，让尽可能多的点过曲线，不能过曲线的点大致匀整分布在曲线两侧，作出图像如图2所示.4.在“用传感器视察电容器的充电”试验中，电路图如图甲所示.一位同学运用的电源电压为8.0V，测得充溢电的电容器放电的I－t图像如图乙所示.（1）I－t图线与两坐标轴围成的面积表示的物理意义是放电过程中放出的总的电荷量；若按“数格子”（等于或多于半格算一格，小于半格舍去）法计算，则电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为2.4×10－3C（结果保留2位有效数字）.（2）依据以上数据估算电容器的电容为3.0×10－4F（结果保留2位有效数字）.（3）假如将电阻R换成一个阻值更大的电阻，则放电过程释放的电荷量不变（填“变多”“不变”或“变少”）.解析（1）电容器的放电图像是一条渐渐下降的曲线，而q＝It，由微元法可知，I－t图线与坐标轴围成的面积表示放电过程中放出的总的电荷量.图线下约有30格，所以电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为Q＝30×0.0002×0.4C＝2.4×10－3C.（2）电容器充溢电后所带的电荷量Q＝2.4×10－3C，而所加电压U＝8.0V，所以电容器的电容C＝QU＝2.4×10－38.（3）由于电容器充溢电后所带的电荷量确定，全部电荷量将通过电阻释放，若将电阻R换成一个阻值更大的电阻，对应的I－t图像更加平缓些，但释放电荷的总量不变.5.如图甲所示是利用电流传感器系统探讨电容器充电状况的电路图.将电容器C1接入电路检查无误后进行了如下操作：图甲图乙①将S拨至1，并接通足够长的时间；②将S拨至2；③视察并保存计算机屏幕上的I－t图，得到图线Ⅰ（图乙Ⅰ）；④换上电容器C2重复前面的操作，得到图线Ⅱ（图乙Ⅱ）.（1）操作①的作用是使电容器不带电.（2）两个电容器相比较，C1的电容较大（填“较大”“较小”或“与C2的电容相等”）.（3）由I－t图线可以分析出，两个电容器都充电2s时，C1的电压小于（填“大于”“小于”或“等于”）C2的电压.解析（1）由题图甲可知，将S拨至1，电容器与电阻R串联，所以电容器放电，最终电容器不带电.（2）由题图乙结合图像的含义可知，曲线与坐标轴所围图形的“面积”的大小即电荷量，则充电完毕时，Q1＞Q2，两电容器两端电压相等，由C＝QU可知C1较大（3）由I－t图线可以分析出，两个电容器都充电2s时，I1＞I2，由U＝IR可知，R两端电压UR1＞UR2，由串联电路分压可得UC1＜6.[2024新课标]在“视察电容器的充、放电现象”试验中，所用器材如下：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干.（1）用多用电表的电压挡检测电池的电压.检测时，红表笔应当与电池的正极（填“正极”或“负极”）接触.（2）某同学设计的试验电路如图（a）所示.先将电阻箱的阻值调为R1，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变更.电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变更状况可能是C.（填正确答案标号）A.快速变亮，然后亮度趋于稳定B.亮度渐渐增大，然后趋于稳定C.快速变亮，然后亮度渐渐减小至熄灭（3）将电阻箱的阻值调为R2（R2＞R1），再次将开关S与“1”端相接，再次记录电流随时间的变更状况.两次得到的电流I随时间t变更如图（b）中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为R2（填“R1”或“R2”）时的结果，曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的电荷量（填“电压”或“电荷量”）.解析