2023版高三一輪總復(fù)習(xí)物理（新教材新高考）第8章實(shí)驗(yàn)10觀察電容器的充電、放電現(xiàn)象

1、 實(shí)驗(yàn)十觀察電容器的充電、放電現(xiàn)象 教材原型實(shí)驗(yàn)1下列關(guān)于電容器相關(guān)知識(shí)描述正確的是()甲乙丙丁戊A圖甲為電容器充電示意圖，充完電后電容器上極板帶正電，兩極板間的電壓U等于電源的電動(dòng)勢(shì)EB圖乙為電容器放電示意圖，若電容器上極板帶電荷量為Q，則放電過程中通過安培表的電流方向從右向左，流過的總電荷量為2QC圖丙為電解電容器的實(shí)物圖和符號(hào)，圖丁為可變電容器及其符號(hào)，兩種電容使用時(shí)都嚴(yán)格區(qū)分正負(fù)極D圖戊中的電容器上有“5 V2.5 F”字樣，說明該電容器只有兩端加上5 V的電壓時(shí)電容才為2.5 FA圖甲為電容器充電過程，充完電后電容器上極板帶正電，同時(shí)兩極板間的電壓U等于電源的電動(dòng)勢(shì)E，故A正確；圖乙

2、為電容器放電過程，若電容器上極板帶電荷量為Q，則放電過程中通過安培表的電流方向從右向左，且流過的總電荷量為Q，故B錯(cuò)誤；圖丙為電解電容器的實(shí)物圖和符號(hào)，圖丁為可變電容器及其符號(hào)，前者電容器使用時(shí)嚴(yán)格區(qū)分正負(fù)極，后者沒有，故C錯(cuò)誤；圖戊中的電容器上有“5 V2.5 F”字樣，說明該電容器兩端電壓最大值為5 V，而電容與電容器的電壓及電荷量均無關(guān)，總是為2.5 F，故D錯(cuò)誤。2如圖為研究電容器充放電現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路圖，開始電容器不帶電。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，首先將開關(guān)S合向1，這時(shí)觀察到靈敏電流計(jì)G有短暫的示數(shù)，這說明電路中有電流流過，這過程叫作_，經(jīng)過這一過程，電容器的兩極板就會(huì)帶上等量的異種電荷，其上極板

3、帶_電荷(選填“正”或“負(fù)”)，電路穩(wěn)定后靈敏電流計(jì)G的示數(shù)為零。當(dāng)把開關(guān)S由1合向2時(shí)，有_(選填“自左向右”或“自右向左”)流過靈敏電流計(jì)G的短暫電流，這個(gè)過程叫作_。解析將開關(guān)S合向1，電源與電容器連通，電路中有電流流過，說明電源在給電容器儲(chǔ)存電荷，這過程叫作充電；經(jīng)過這一過程，電容器的兩極板就會(huì)帶上等量的異種電荷，其上極板帶正電荷；當(dāng)把開關(guān)S由1合向2時(shí)，從電勢(shì)高的正極板能形成電流到電勢(shì)低的負(fù)極板，則有自右向左流過靈敏電流計(jì)G的短暫電流，這個(gè)過程叫作放電。答案充電正自右向左放電3如圖甲是用高電阻放電法測(cè)電容的實(shí)驗(yàn)電路圖。其原理是測(cè)出電容器在充電電壓為U時(shí)所帶的電荷量Q，從而求出其電容C

4、。該實(shí)驗(yàn)的操作步驟如下：甲(1)按電路圖接好實(shí)驗(yàn)電路；(2)接通開關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使微安表的指針接近滿刻度。記下這時(shí)的電壓表讀數(shù)U06.2 V和微安表讀數(shù)I0490 A；(3)斷開開關(guān)S并同時(shí)開始計(jì)時(shí)，每隔5 s或10 s讀一次微安表的讀數(shù)i，將讀數(shù)記錄在預(yù)先設(shè)計(jì)的表格中；(4)根據(jù)表格中的12組數(shù)據(jù)，以t為橫坐標(biāo)，i為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，如圖乙所示(圖中用“”表示)。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖像，可以估算出當(dāng)電容器兩端電壓為U0時(shí)該電容器所帶的電荷量Q0約為_ C，從而算出該電容器的電容約為_ F。乙解析按照?qǐng)D中的點(diǎn)，用光滑曲線把它們依次連接起來，得到it圖線，圖線和橫軸所圍的面積就

5、是放電電荷量，即原來電容器的帶電荷量。每小格相當(dāng)于2.5104 C，用四舍五入法數(shù)得小方格有35個(gè)，所以Q08.75103 C。再由Ceq f(Q0,U0)，得C1.4103 F。答案(4)8.751031.4103 拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新典例1在“用傳感器觀察電容器的充電和放電”實(shí)驗(yàn)中，電路圖如圖甲。一位同學(xué)使用的電源電動(dòng)勢(shì)為10.0 V，測(cè)得放電的It圖像如圖乙所示。甲乙(1)若按“四舍五入(大于半格算一個(gè)，小于半格舍去)”法，根據(jù)“It 圖線與兩坐標(biāo)軸包圍面積”，電容器在全部放電過程中釋放的電荷量約為_ C。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)根據(jù)以上數(shù)據(jù)估算電容器的電容值為_ F。(結(jié)果保

6、留兩位有效數(shù)字)(3)如果將電阻R換一個(gè)阻值更大的電阻，則放電過程釋放的電荷量_(選填“變多”“不變”或“變少”)。解析(1)電容器的放電圖像是一條逐漸下降的曲線，而qIt，從微元法得到，It 圖像與坐標(biāo)軸圍成的面積就是總的電荷量，經(jīng)確認(rèn)：圖像下共有42格，所以電容器在全部放電過程中釋放的電荷量約為Q420.0010.4 C0.017 C。(2)從上一問知道，電容器充滿電后所帶的電荷量Q0.017 C，而所加電壓UE10 V，所以Ceq f(Q,U)0.001 7 F。(3)若將電阻換一個(gè)阻值較大電阻，由于電容器電荷量一定，則所有電荷將通過電阻R釋放，只是圖像更加平緩些，但總量不變。答案(1)

7、0.017(0.0160.018)(2)0.001 7(0.001 60.001 8)(3)不變本題的創(chuàng)新之處在于應(yīng)用電流傳感器結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬信號(hào)分析電流的變化規(guī)律代替通過記錄電流表讀數(shù)變化列表畫圖分析數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新典例2在測(cè)定電容器電容值的實(shí)驗(yàn)中，將電容器、電壓傳感器、阻值為3 k的電阻R、電源、單刀雙擲開關(guān)按圖甲所示電路圖進(jìn)行連接。先使開關(guān)S與1端相連，電源向電容器充電，充電完畢后把開關(guān)S擲向2端，電容器放電，直至放電完畢。實(shí)驗(yàn)得到的與電壓傳感器相連接的計(jì)算機(jī)所記錄的電壓隨時(shí)間變化的ut曲線如圖乙所示，圖丙為由計(jì)算機(jī)對(duì)圖乙進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后記錄了“峰值”及曲線與時(shí)間軸所圍“面積”的圖。甲乙丙(1)根據(jù)圖甲所示的電路，觀察圖乙可知：充電電流與放電電流方向_(選填“相同”或“相反”)，大小都隨時(shí)間_(選填“增加”或“減小”)。(2)當(dāng)開關(guān)接“1”時(shí)，(3)某同學(xué)認(rèn)為：仍利用上述裝置，將電壓傳感器從電阻兩端改接在電容器的兩端，也可以測(cè)出電容器的電容值。請(qǐng)你分析并說明該同學(xué)的說法是否正確。解析(1)根據(jù)圖甲所示的電路，觀察圖乙可知：充電電流與放電電流方向相反，大小都隨時(shí)間減小。(2)當(dāng)開關(guān)接“1”(3)正確。因?yàn)楫?dāng)開關(guān)S與2連接，電容器放電的過程中，電容器C與電阻R上的電壓大小相等，因此通過對(duì)放電曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后