第九章 微专题65　电容器　实验：观察电容器的充放电现象-2025年物理《加练半小时》新教材版

第九章静电场微专题65电容器实验：观察电容器的充放电现象1．电容器的电容由电容器本身性质决定，与电荷量及电压无关。2.电容器充电放电过程：最大电荷量不变，电流方向相反。1．(2023·江苏省联考)如图所示为实时监控生产绝缘材料厚度的传感器的结构简化图，M、N为两个固定的、水平正对放置的金属板，分别与恒压电源的正、负极相连，绝缘材料从两金属板间穿行的过程中，电流显示器检测的电流为I，则()A．I＝0且恒定时，绝缘材料厚度均匀B．I>0且恒定时，绝缘材料厚度均匀C．I变大时，绝缘材料厚度一定增大D．I由a流向b时，绝缘材料厚度增大答案A解析M、N两个水平正对放置的金属板构成电容器，板间的绝缘材料厚度变化即改变相对介电常数，根据电容的决定式C＝eq\f(εrS,4πkd)，当绝缘材料厚度均匀时，相对介电常数不变，电容不变，根据电容的定义式C＝eq\f(Q,U)可得，电容上的电荷量保持不变，电路中电流恒为0，故A正确，B错误；当绝缘材料厚度增大时，相对介电常数增大，电容增大，电容器所带电荷量增加，电容器充电，充电电流可能增大；当绝缘材料厚度减小时，相对介电常数减小，电容减小，电容器所带电荷量减小，电容器放电，放电电流也可能增大，故C错误；I由a流向b时，电容器上的电荷量减小，即电容减小，绝缘材料的厚度减小，故D错误。2.(2023·江苏省模拟)如图所示，一个电容为C的理想电容器与两个阻值均为R的电阻串联后通过开关K连接在电动势为E的直流电源的两端，电源的内阻不计。开始开关K断开，电容器不带电，t＝0时刻闭合开关K接通电路，则能正确表示1、2两点间电压随时间变化的图像是()答案C解析根据闭合电路欧姆定律，电容器不带电的情况下，刚开始充电时短暂时间内电流不为0，电路视为通路，只有两电阻R分压，故电容器和串联的电阻R两端电压之和初始值为0.5E，之后随着电容器充电结束，电路视为断路，故电容器和串联的电阻R两端电压等于电动势E不变。故选C。3．(多选)如图所示，取一个电容器A和数字电压表(可视为理想电表)相连，把开关S1接1，用几节干电池串联后给A充电，可以看到A充电后数字电压表显示一定数值。取另一个相同的但不带电的电容器B跟A并联，通过改变开关S1和S2的闭合与断开状态，从而探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系，在没有电荷漏失的情况下，下列说法正确的是()A．S1接1，S2处于断开状态，A、B两电容器都处于充电状态B．S1从1接2，S2处于断开状态，稳定后，A、B两电容器电荷量相等C．S1从1接2，S2处于断开状态，达到稳定状态时电压表示数不变D．S1从1接2，S2处于断开状态，达到稳定状态时电压表示数变为原来的一半答案BD解析S1接1，S2处于断开状态，只有A电容器处于充电状态，故A错误；S1从1接2，S2处于断开状态，A、B两电容器并联，稳定后，A、B两电容器电压相等，所以电荷量相等，故B正确；S1从1接2，S2处于断开状态，A放电、B充电，电压表示数减小，达到稳定状态时电压表示数变为原来的一半，故C错误，D正确。4．某实验小组做“观察电容器的充、放电现象”实验。(1)同学甲用如图所示的电路做实验。实验器材有电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关。关于电源和电流表的选取，下列说法正确的是__________。A．交流电源、零刻度线在左侧的电流表B．交流电源、零刻度线在中间的电流表C．直流电源、零刻度线在左侧的电流表D．直流电源、零刻度线在中间的电流表(2)同学乙将同学甲电路中的电流表和电压表换成电流传感器和电压传感器。同学乙先使开关S与1端相连，稳定后得到图a所示的图像，然后把开关S掷向2端，稳定后得到图b所示的图像。根据图像，在表格内各空格处填上合理的答案。 ab开关位置电容器是在充电还是在放电电流传感器中的电流正在增大还是减小S与1端相连________________S与2端相连________________(3)请你结合图a，画出S与1端相连后，通过电流传感器的电流随时间变化的图像。答案(1)D(2)充电减小放电减小(3)见解析解析(1)因为要观察电容器的充、放电现象，只能选择直流电源，若选择交流电源，电流表将一直有示数。电流表要往左右两个方向偏，所以要选零刻度线在中间的电流表，故选D。(2)开关S与1端相连后，此时由题图a可知电压传感器中的电压正在增大，是电容器充电过程，电流传感器中的电流正在减小。开关S掷向2端后，此时由题图b可知电压传感器中的电压正在减小，是放电过程，电流传感器中的电流正在减小。(3)开关S与1端相连后，此时由题图a可知电压传感器中的电压正在增大，是电容器充电过程，电流变小，则通过电流传感器的电流随时间变化的图像如图所示。5．(2023·湖北武汉市模拟)某实验小组利用图(a)所示电路测量一电容器的电容，实验器材有：待测电容器(电容标称值C0＝1000μF)，6节干电池，定值电阻R，电压传感器，电流传感器，计算机，单刀双掷开关S，导线若干。(a)请回答下列问题：(1)按图(a)连接实物电路。先将开关S从2端拨至1端，电源对电容器充电；再将开关S拨至2端，电容器放电。传感器将信息即时输入计算机，屏幕上显示出如图(b)所示的电流I、电压U随时间t变化的I－t图线、U－t图线，则曲线________表示电容器充电过程的U－t图线，曲线________表示电容器放电过程的I－t图线；(2)已知每节干电池的电动势为1.6V，为了完成上述实验，至少需要将________节干电池串联作为电源；(3)根据图(b)估算当电容器充电完毕时所带的电荷量是________C，计算电容器的电容C＝________μF，该值与C0的差异为eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(C0－C,C0)))×100%＝________%；(结果均保留2位有效数字)(4)图(c)中实线表示上述实验中得到的I－t图线，若串联接入电路的干电池个数保持不变，减小电阻R，则得到I－t图线可能是图(c)中的虚线________(选填“a”“b”或“c”)。答案(1)①④(2)5(3)7.2×10－39.2×1028.0(4)b解析(1)充电过程，电压逐渐增大，且增大得越来越慢，故电压随时间变化的图线为①；放电过程电压逐渐变小，减小得越来越慢，电容器放电，放电电流与充电电流方向相反，电流逐渐变小，且减小得越来越慢，故电流随时间变化的图像为④。(2)由题图(b)可以看出，充电完成时，电容器两端电压约为7.8V，设至少需要将n节干电池串联作为电源，n≥eq\f(7.8,1.6)≈4.9，知至少需要将5节干电池串联作为电源。(3)由题图(b)图线④表示电容器放电过程的I－t图线，图线与t轴围的面积表示放电的总电荷量，即电容器充电完毕时所带的电荷量Q＝9×2mA×0.4s＝7.2×10－3C电容器的电容为C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(7.2,7.8)×10－3F≈9.2×102μF该值与C0的差异为eq