三年高考真题（2022-2024）分类汇编 物理 专题46电容器充放电实验、描绘小灯泡的伏安特性曲线和探究电磁感应现象、变压器实验 含解析

专题46电容器充放电实验、描绘小灯泡的伏安特性曲线和探究电磁感应现象、变压器实验考点三年考情（2022-2024）命题趋势考点1电容器充放电实验（5年3考）2024年高考海南卷：用如图a所示的电路观察电容器的充放电现象。2024年1月浙江选考·第17题：“观察电容器的充、放电现象”实验2023年高考福建卷：某同学用图（a）所示的电路观察矩形波频率对电容器充放电的影响。1.电容器充放电实验高考考查频率较高，主要表现在对充放电电流图像意义的理解。2.描绘小灯泡的伏安特性曲线电路是滑动变阻器分压接法；考查要点主要有：电路连接、元件选用、伏安特性曲线的分析、电功率计算及其相关知识点。3.一般采用条形磁铁、螺线管、灵敏电流计、滑动变阻器、电池等实验装置探究影响感应电流方向的因素；采用可拆变压器等探究变压器的电压与匝数关系。考点2描绘小灯泡的伏安特性曲线（5年2考）2024年6月高考浙江卷：在测绘发光二极管在导通状态下的伏安特性曲线实验2023高考全国甲卷：某同学用伏安法测绘一额定电压为6V、额定功率为3W的小灯泡的伏安特性曲线，2022·全国理综乙卷第23题：一同学探究阻值约为的待测电阻在范围内的伏安特性。考点3探究电磁感应现象和变压器实验（5年2考）2024年高考北京卷：用图2所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素；2023高考重庆卷：兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比，以及交流电频率对输出电压的影响。考点47观察电容器的充放电现象1.（2024年高考海南卷）用如图a所示的电路观察电容器的充放电现象，实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关、开关、导线若干（1）闭合开关，将接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3V。在此过程中，电流表的示数_____（填选项标号）A.一直稳定在某一数值B.先增大，后逐渐减小零C.先增大，后稳定在某一非零数值（2）先后断开开关、，将电流表更换成电流传感器，再将接2，此时通过定值电阻R的电流方向_____（选填“”或“”），通过传感器将电流信息传入计算机，画出电流随时间变化的图像，如图b，时，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出_____（保留2位有效数字）。【答案】（1）B（2）①.②.【解析】（1）电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从0增大某一最大值，后随着电容器的不断充电，电路中的充电电流在减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于开路，电流为0。故选B。（2）[1]根据电路图可知充电结束后电容器上极板带正电，将接2，电容器放电，此时通过定值电阻R的电流方向；[2]时可知此时电容器两端的电压为电容器开始放电前两端电压为，根据图像与横轴围成的面积表示放电量可得间的放电量为后到放电结束间放电量为根据题意，解得2.（2024年1月浙江选考·17）在“观察电容器充、放电现象”实验中，把电阻箱（）、一节干电池、微安表（量程，零刻度在中间位置）、电容器（、）、单刀双掷开关组装成如图1所示的实验电路。（1）把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零：然后把开关S接2，微安表指针偏转情况是___；A.迅速向右偏转后示数逐渐减小B.向右偏转示数逐渐增大C.迅速向左偏转后示数逐渐减小D.向左偏转示数逐渐增大（2）再把电压表并联在电容器两端，同时观察电容器充电时电流和电压变化情况。把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到时保持不变；电压表示数由零逐渐增大，指针偏转到如图2所示位置时保持不变，则电压表示数为___V，电压表的阻值为___（计算结果保留两位有效数字）。【答案】（1）.C（2）.0.50.3.1【解析】（1）[1]把开关S接1，电容器充电，电流从右向左流过微安表，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零；把开关S接2，电容器放电，电流从左向右流过微安表，则微安表指针迅速向左偏转后示数逐渐减小。故选C。（2）[2]由题意可知电压表应选用0~3V量程，由图2可知此时分度值为0.1V，需要估读到0.01V，则读数为0.50V。[3]当微安表示数稳定时，电容器中不再有电流通过，此时干电池、电阻箱、微安表和电压表构成回路，根据闭合电路欧姆定律有根据串联电路规律有联立可得3.（2024年高考广西卷）某同学为探究电容器充、放电过程，设计了图甲实验电路。器材如下：电容器，电源E（电动势，内阻不计），电阻，电阻，电流传感器，开关、，导线若干。实验步骤如下：（1）断开、，将电流传感器正极与a节点相连，其数据采样频率为，则采样周期为_____s；（2）闭合，电容器开始充电，直至充电结束，得到充电过程的曲线如图乙，由图乙可知开关闭合瞬间流经电阻的电流为_____（结果保留3位有效数字）；（3）保持闭合，再闭合，电容器开始放电，直至放电结束，则放电结束后电容器两极板间电压为_____V；（4）实验得到放电过程的曲线如图丙，曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为，则电容器的电容C为_____。图丙中曲线与横坐标、直线所围面积对应电容器释放的电荷量为，则时电容器两极板间电压为_____V（结果保留2位有效数字）。【答案】（1）（2）15.0（3）2（4）①.②.5.2【解析】（1）采样周期为（2）由图乙可知开关闭合瞬间流经电阻的电流为；（3）放电结束后电容器两极板间电压等于两端电压，根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为（4）[1]充电结束后电容器两端电压为，故可得解得[2]设时电容器两极板间电压为，得代入数值解得4.（2023年高考福建卷）某同学用图（a）所示的电路观察矩形波频率对电容器充放电的影响。所用器材有：电源、电压传感器、电解电容器C（，），定值电阻R（阻值）、开关S、导线若干。（1）电解电容器有正、负电极的区别。根据图（a），将图（b）中的实物连线补充完整_________；（2）设置电源，让电源输出图（c）所示的矩形波，该矩形波的频率为_________；（3）闭合开关S，一段时间后，通过电压传感器可观测到电容器两端的电压随时间周期性变化，结果如图（d）所示，A、B为实验图线上的两个点。在B点时，电容器处于_________状态（填“充电”或“放电”）在_________点时（填“A”或“B”），通过电阻R的电流更大；（4）保持矩形波的峰值电压不变，调节其频率，测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的情况，并在坐标纸上作出电容器上最大电压与频率f关系图像，如图（e）所示。当时电容器所带电荷量的最大值_________C（结果保留两位有效数字）；（5）根据实验结果可知，电容器在充放电过程中，其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变，而后随着频率的增大逐渐减小。【参考答案】（1）.（2）.（3）充电.B（4）【名师解析】（1）根据电路图连接实物图，如图所示（2）由图（c）可知周期，所以该矩形波的频率为（3）由图（d）可知，B点后电容器两端的电压慢慢增大，即电容器处于充电状态；从图中可得出，A点为放电快结束阶段，B点为充电开始阶段，所以在B点时通过电阻R的电流更大。（4）由图（e）可知当时，电容器此时两端的电压最大值约为根据电容的定义式得此时电容器所带电荷量的最大值为5.（2023高考山东高中学业水平等级考试）电容储能已经在电动汽车，风、光发电、脉冲电源等方面得到广泛应用。某同学设计图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程，器材如下：电容器C（额定电压，电容标识不清）；电源E（电动势，内阻不计）；电阻箱（阻值）；滑动变阻器（最大阻值，额定电流）；电压表V（量程，内阻很大）；发光二极管，开关，电流传感器，计算机，导线若干。回答以下问题：（1）按照图甲连接电路，闭合开关，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向___________端滑动（填“a”或“b”）。（2）调节滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图乙所示，示数为___________V（保留1位小数）。（3）继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为时，开关掷向1，得到电容器充电过程的图像，如图丙所示。借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法，根据图像可估算出充电结束后，电容器存储的电荷量为___________C（结果保留2位有效数字）。（4）本电路中所使用电容器的电容约为___________F（结果保留2位有效数字）。（5）电容器充电后，将开关掷向2，发光二极管___________（填“”或“”）闪光。【参考答案】（1）b（2）6.5（3）（4）.（5）.【名师解析】（1）滑动变阻器分压式接法，故向b端滑动充电电压升高；（2）电压表量程15V，每个小格0.5V，估读，电压表示数为6.5V；（3）图像所围的面积，等于电容器存储的电荷量，35个小格，故电容器存储的电荷量为C；（4）由电容的定义式得：C；（5）开关掷向2，电容器放电，故闪光。6．（2023全国高考新课程卷）（6分）在“观察电容器的充、放电现象”实验中，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。图（a）图（b）（1）用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时，红表笔应该与电池的________（填“正极”或“负极”）接触。（2）某同学设计的实验电路如图（a）所示。先将电阻箱的阻值调为R，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变化。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化情况可能是________。（填正确答案标号）A．迅速变亮，然后亮度趋于稳定B．亮度逐渐增大，然后趋于稳定C．迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭（3）将电阻箱的阻值调为，再次将开关S与“1”端相接，再次记录电流随时间的变化情况。两次得到的电流I随时间t变化如图（b）中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为________（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________（填“电压”或“电荷量”）。【参考答案】（1）正极（2）C（3）R2电荷量【名师解析】（1）用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时，红表笔应该与电池的正极接触。（2）电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，电容器放电，通过小灯泡的电流迅速减小，即相接后小灯泡亮度变化情况可能是迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭，C正确；（3）将电阻箱的阻值调为，得到的电流I随时间t变化如图（b）中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值较大即为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。考点02描绘小灯泡的伏安特性曲线实验1..（2024年6月高考浙江卷）在测绘发光二极管在导通状态下的伏安特性曲线实验中，（1）用多用电表欧姆挡判断发光二极管的正负极选用挡时，变换表笔与二极管两极的连接方式，发现电表指针均不偏转。选用挡_______（选填””或“”）重新测试，指针仍不偏转，更换二极管极性后，发现指针偏转，此时与多用电表红色表笔相连的是二极管_________（选填“正极”或“负极”）。（2）图（A）是已完成部分连线的实物图，为实现电压可从零开始调节，并完成实验，P应连接________接线柱（选填“a"“b”“c”或“d”），Q应连接_________接线柱（选填“a”、“b”、“c”或“d”）。某次选用多用电表量程为50mA挡测量，指针如图（B）所示，则电流I=__________mA（3）根据测得数据，绘出伏安特性曲线如图（C）所示，说明该二极管是__________元件（选填“线性”或“非线性”，正常发光时电压在_________V范围。【答案】（1）①.×1k②.负极（2）①.a②.d③.45.0（3）①.非线性②.1.9-2.5【解析】（1）指针未偏转，说明可能电阻过大，应换用档继续实验；根据“红进黑出”原则及二极管单向导电性可知红色表笔相连的是二极管负极。（2）实现电压可从零开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，P应连接a；根据图C可知电压表选取量程，故Q接d；多用电表量程为50mA，分度值为1mA，需要估读到0.1mA，故电表的读数为（3）根据图像可知I随U非线性变化，故说明该二极管是非线性元件，根据图像可知正常发光时即有电流通过时电压在1.9V-2.5V范围。2（2023高考全国甲卷）（5分）某同学用伏安法测绘一额定电压为6V、额定功率为3W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为6kΩ，电流表内阻约为1.5Ω，实验中有图（a）和（b）两个电路供选择。（1）实验中得到的电流I和电压U的关系曲线如图（c）所示，该同学选择的电路为图（填“a”或“b”）（2）若选择另一电路图进行实验，在答题卡所给图上画出实验中应得到的关系曲线的示意图。【参考答案】（1）图（a）（2）【命题意图】本题考查描绘小灯泡伏安特性曲线电路选择及其对伏安特性曲线的理解。【解题思路】（1）根据得到的电流I和电压U的关系图像可知，当电压为额定电压U=6V时，通过的电流为I=0.5A，可知，该同学选择的电路为图（a）。（2）由于小灯泡正常发光时电阻RD=U/I=6Ω，若选择另一电路图进行实验，则在电流表读数为0.5A时，电压表读数为U’=I（RD+rA）=0.5×（6+1.5）=3.75A，所以实验应该得到的关系图像如下。【规律总结】采用电流表外接电路，则电流表读数稍大于通过小灯泡的电流；采用电流表内接电路，则电压表读数稍大于通过小灯泡两端电压。3.（2022·全国理综乙卷·23）一同学探究阻值约为的待测电阻在范围内的伏安特性。可用器材有：电压表V（量程为，内阻很大），电流表A（量程为，内阻为），电源E（电动势约为，内阻不计），滑动变阻器R（最大阻值可选或），定值电阻（阻值可选或），开关S，导线若干。（1）要求通过的电流可在范围内连续可调，在答题卡上将图（a）所示的器材符号连线，画出实验电路的原理图________；（2）实验时，图（a）中的R应选最大阻值为______（填“”或“”）的滑动变阻器，应选阻值为______（填“”或“”）的定值电阻；（3）测量多组数据可得的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流麦的示数分别如图（b）和图（c）所示，则此时两端的电压为______V，流过的电流为_____，此组数据得到的的阻值为______（保留3位有效数字）。【参考答案】①.②.③.④.⑤.⑥.【名师解析】（1）[1]电流表内阻已知，电流表与并联扩大电流表量程，进而准确测量通过的电流，电压表单独测量的电压；滑动变阻器采用分压式接法，电表从开始测量，满足题中通过的电流从连续可调，电路图如下（2）[2]电路中应选最大阻值为的滑动变阻器，方便电路的调节，测量效率高、实验误差小；[3]通过的电流最大为，需要将电流表量程扩大为原来的倍，根据并联分流的规律示意图如下根据并联分流，即并联电路中电流之比等于电阻的反比，可知解得（3）[4]电压表每小格表示，向后估读一位，即；[5]电流表每小格表示，本位估读，即，电流表量程扩大倍，所以通过的电流为；[6]根据欧姆定律可知考点03探究电磁感应现象和变压器实验1.（2024年高考北京卷）（2）用如图2所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素．如图3所示，分别把条形磁体的N极或S极插入、拔出螺线管，观察并标记感应电流的方向．关于本实验，下列说法正确的是____________（填选项前的字母）．A．需要记录感应电流的大小B．通过观察电流表指针的偏转方向确定感应电流的方向C．图3中甲和乙表明，感应电流的方向与条形磁体的插入端是N极还是S极有关【参考答案】BC【名师解析】本实验探究影响感应电流方向的因素，故不需要记录感应电流的大小，A错误；本实验通过电流表指针的偏转方向确定感应电流的方向，B正确；由题图3甲和乙知，条形磁体插入N极和S极时，电流方向不同，故感应电流的方向与条形磁体的插入端是N还是S有关，C正确．2.（9分）（2023高考重庆卷）一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比，以及交流电频率对输出电压的影响。题12图1为实验电路图，其中L1和L2为变压器的原、副线圈，S1和S2为开关，P为滑动变阻器Rp的滑片，R为电阻箱，E为正弦式交流电源（能输出电压峰值不变、频率可调的交流电）。闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P向右滑动后，与滑动前相比，电表的示数（选填“变大”“不变”“变小”）。保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为2500mV时，用示波器测得线圈L2两端电压u随时间t的变化曲线如题12图2所示，则线圈L1两端与L2两端的电压比值为（保留3位有效数字）。闭合S2，滑动P到某一位置并保持不变。分别在E输出的交流电频率为50Hz、1000Hz的条件下，改变R的阻值，用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U，得到U-R关系曲线如题12图3所示。用一个阻值恒为20Ω的负载R0替换电阻箱R，由图可知，当频率为1000Hz时，R0两端的电压为mV；当频率为50Hz时，为保持R0两端的电压不变，需要将R0与一个阻值为Ω的电阻串联。（均保留3位有效数字）【参考答案】（1）变大（2）12.5(3)27013.0【名师解析】（1）闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P向右滑动后，与滑动前相比，变压器原线圈输入电压增大，电表的示数变大。（2）保持S2断开状态，调整E输出的交流电频率为50Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈L1两端的电压为U1=2500mV时，用示波器测得线