2025版高考物理一輪總復(fù)習(xí)考點(diǎn)突破第9章靜電場實(shí)驗(yàn)10觀察電容器的充放電現(xiàn)象考點(diǎn)1教材原型實(shí)驗(yàn)

考點(diǎn)1教材原型實(shí)驗(yàn)(基礎(chǔ)考點(diǎn)·自主探究)【跟蹤訓(xùn)練】(電容器充、放電現(xiàn)象的定性分析)(2022·北京卷)利用如圖所示電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，其中E為電源，R為定值電阻，C為電容器，A為電流表，V為電壓表。下列說法正確的是(B)A．充電過程中，電流表的示數(shù)逐漸增大后趨于穩(wěn)定B．充電過程中，電壓表的示數(shù)迅速增大后趨于穩(wěn)定C．放電過程中，電流表的示數(shù)均勻減小至零D．放電過程中，電壓表的示數(shù)均勻減小至零[解析]充電過程中，隨著電容器C兩極板電荷量的積累，電路中的電流逐漸減小，電容器充電結(jié)束后，電流表示數(shù)為零，A錯誤；充電過程中，隨著電容器C兩極板電荷量的積累，電壓表測量電容器兩端的電壓，電容器兩端的電壓迅速增大，電容器充電結(jié)束后，最后趨于穩(wěn)定，B正確；電容器放電過程的I－t圖像如圖所示，可知電流表和電壓表的示數(shù)不是均勻減小至0的，C、D錯誤。(儀器選取和電容器帶電荷量的計(jì)算)電流傳感器可以像電流表一樣測量電流，能顯示出電流隨時間變化的I－t圖像。照圖甲連接電路，先使開關(guān)S與1端相連，電源向電容器充電，這個過程可在較短時間內(nèi)完成。然后把開關(guān)S擲向2端，電容器通過電阻R放電，傳感器將電流信息傳入計(jì)算機(jī)，屏幕上顯示出電流隨時間變化的I－t圖像如圖乙所示。(1)在圖乙中畫一個豎立的狹長矩形(在圖乙的最左邊)，它的面積的物理意義是_電荷量__(填寫面積所代表物理量的名稱)(2)根據(jù)I－t圖像估算電容器在全部放電過程中釋放的電荷量約為_3×10－3__C(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)。(3)若對應(yīng)開關(guān)S與1端相連的充電過程，電荷量隨時間變化的q－t圖像的示意圖是怎樣的？請?jiān)趫D丙中定性畫出。_見解析圖__(4)實(shí)驗(yàn)中，為使能觀察到的放電過程持續(xù)更長的時間，請通過分析，判斷：在其他條件一定的條件下，電阻R應(yīng)選擇_盡量大一些__(“盡量大一些”或“盡量小一些”)。(5)某實(shí)驗(yàn)小組在完成實(shí)驗(yàn)后，積極展開思考，進(jìn)一步進(jìn)行理論探究“為什么放電過程中電流的變化率越來越小”，假如你也是實(shí)驗(yàn)小組的一員，請你對此做出合理的理論分析：_見解析__。[解析](1)在極短時間內(nèi)，電容器放電電流I可以認(rèn)為不變，認(rèn)為圖乙中0.1s內(nèi)放電電流不變，則狹長矩形面積的物理意義為電容器放出的電荷量。(2)根據(jù)電流定義式I＝eq\f(q,t)，可得q＝It。所以在I－t圖像中，圖線與橫軸圍成的面積等于電荷量，所以電容器在全部放電過程中釋放的電荷量為圖線與橫軸圍成的面積，由圖可知，一小格代表的電荷量為q0＝0.2×10－3×0.4C＝8×10－5C。圖線與橫軸圍成的區(qū)域中大約有41個小方格，所以總電荷量為Q＝41q0＝41×8×10－5C＝3.28×10－3C≈3×10－3C。(3)若對應(yīng)開關(guān)S與1端相連的充電過程，開始時充電電流較大，則q－t圖像的切線斜率較大，隨著充電電流逐漸減小，則q－t圖像的切線斜率逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定，q－t圖像如圖所示。(4)實(shí)驗(yàn)中，為使能觀察到的放電過程持續(xù)更長的時間，電阻R應(yīng)選擇盡量大一些，因?yàn)獒尫诺碾姾闪渴且欢ǖ?，電流越小，放電過程持續(xù)時間越長。(5)放電過程中電流的變化率為eq\f(ΔI,Δt)＝eq\f(ΔneSv,Δt)＝neSeq\f(Δv,Δt)＝