10-9電容器充放電實驗(原卷版)-2024高考一輪復習100考點100講

2024年高考一輪復習100考點100講第10章靜電場第10.9講電容器充電放電實驗【知識點精講】[實驗目的]1．觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。2．探究電容器的充、放電過程中，電流、電壓、電量及能量的轉(zhuǎn)化過程。[實驗原理]1．充電：電源使電容器的兩極板帶上等量異種電荷的過程。如圖1－1甲。圖1－12．放電：用導線將充好電的電容器的兩極板相連，使兩極板的異種電荷中和的過程，如圖乙。3．電容器充放電時的能量轉(zhuǎn)化：充電后，電容器儲存了電能。放電時，儲存的電能釋放出來，轉(zhuǎn)化為其他形式的能。[實驗器材]直流電源、電阻、電容器、電流表（或電流傳感器和計算機）、電壓表、單刀雙擲開關(guān)、導線?！緶剀疤崾尽侩娏鱾鞲衅?與計算機相連,可以測出電容器的放電電流隨時間變化關(guān)系圖像。[實驗步驟]1．把直流電源、電阻、電容器、電流表、電壓表以及單刀雙擲開關(guān)組裝成實驗電路(如圖1－2所示)。2．把開關(guān)S接1，此時電源給電容器充電。在充電過程中，可以看到電壓表示數(shù)迅速增大，隨后逐漸穩(wěn)定在某一數(shù)值，表示電容器兩極板具有一定的電勢差。通過觀察電流表可以知道，充電時電流由電源的正極流向電容器的負極板。同時，電流從電容器的負極板流向電源的負極。隨著兩極板之間電勢差的增大，充電電流逐漸減小至0，此時電容器兩極板帶有一定的等量異種電荷。即使斷開電源，兩極板上電荷由于相互吸引而仍然被保存在電容器中。把電流表、電壓表換成電流傳感器和電壓傳感器的電路如圖。3．把開關(guān)S接2，電容器對電阻R放電。觀察電流表可以知道，放電電流由電容器的正極板經(jīng)過電阻R流向電容器的負極板，正負電荷中和。此時兩極板所帶的電荷量減小，電勢差減小，放電電流也減小，最后兩極板電勢差以及放電電流都等于0。電容器充電的I——t圖像電容器放電的I——t圖像[注意事項]1．電容器的電容要大一些，電源的電壓在6V左右。2．開關(guān)向1閉合時，仔細觀察靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)方向。3．開關(guān)向2閉合時，仔細觀察靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)方向?！痉椒w納】電容器放電的I——t圖像面積表示電容器帶電荷量?！咀钚赂呖碱}精練】1.（2023全國新課程卷）22．（6分）在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中，所用器材如下：電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關(guān)以及導線若干。圖（a）圖（b）（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應該與電池的________（填“正極”或“負極”）接觸。（2）某同學設計的實驗電路如圖（a）所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為R，將單刀雙擲開關(guān)S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后，開關(guān)S再與“2”端相接，相接后小燈泡亮度變化情況可能是________。（填正確答案標號）A．迅速變亮，然后亮度趨于穩(wěn)定B．亮度逐漸增大，然后趨于穩(wěn)定C．迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅（3）將電阻箱的阻值調(diào)為，再次將開關(guān)S與“1”端相接，再次記錄電流隨時間的變化情況。兩次得到的電流I隨時間t變化如圖（b）中曲線所示，其中實線是電阻箱阻值為________（填“R1”或“R2”）時的結(jié)果，曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的________（填“電壓”或“電荷量”）。2（2015·海南物理）某同學利用圖（a）所示電路測量電容器充電時兩極板間的電壓隨時間的變化。實驗中使用的器材為：電池E（內(nèi)阻很?。㈤_關(guān)和、電容器C（約100）、電阻（約200k）、電阻（1k）、電壓表V（量程6V）、秒表、導線若干。(1)按圖（a）所示的電路原理將圖（b）中實物圖連線。(2)先閉合開關(guān)，再斷開開關(guān)：閉合開關(guān)，同時按下秒表開始計時。若某時刻電壓表示數(shù)如圖（c）所示，電壓表的讀數(shù)為________V（保留2位小數(shù)）。(3)該同學每隔10s記錄一次電壓表的讀數(shù)，記錄的數(shù)據(jù)如下表所示，在答題卡給出的坐標紙上繪出圖線，已知只有一個數(shù)據(jù)點誤差較大，該數(shù)據(jù)點對應的表中的時間是______s。(4)電路中C、和構(gòu)成的回路的作用是___________?！咀钚履M題精練】1.(2023湖南長沙一中三模)在“用傳感器觀察電容器的充放電過程”實驗中，按圖1所示連接電路。電源電動勢為8.0V，內(nèi)阻可以忽略。單刀雙擲開關(guān)S先跟2相接，某時刻開關(guān)改接1，一段時間后，把開關(guān)再改接2。實驗中使用了電流傳感器來采集電流隨時間的變化情況。（1）如果用歐姆表直接連接待測電容器（未充電）兩端，觀察到指針的偏轉(zhuǎn)情況是_______；A．偏轉(zhuǎn)角度一直很小B．偏轉(zhuǎn)角度一直很大C．偏轉(zhuǎn)角度逐漸增大D．偏轉(zhuǎn)角度先很大，再逐漸減小（2）電容器充電后，開關(guān)S改接2使電容器進行放電，此過程得到的圖像如圖2所示，如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R的阻值，則此過程的曲線與坐標軸所圍成的面積將_______（選填“減小”“不變”或“增大”）。（3）若實驗中測得該電容器在整個放電過程中釋放的電荷量，則該電容器的電容為_____μF。（4）關(guān)于電容器在整個充，放電過程中的圖像和圖像的大致形狀，可能正確的有______（q為電容器極板所帶的電荷量，為A，B兩板的電勢差）。A．B．C．D．2．（9分）（2023廣東茂名市一中三模）電容器是一種重要的電學元件，在電工、電子技術(shù)中應用廣泛。某實驗小組用如圖甲所示的電路研究電容器充、放電情況及電容大小，他們用電流傳感器和計算機測出電路中電流隨時間變化的曲線。實驗時，根據(jù)圖甲所示的電路原理圖連接好電路，時刻把開關(guān)K擲向1端，電容器充電完畢后，再把開關(guān)K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算機，屏幕上顯示出電流隨時間變化的圖像如圖乙所示。（1）電容器放電時，流過電阻R的電流方向為________；（選填“由a到b”或“由b到a”）（2）乙圖中，陰影部分的面積______；（選填“>”、“<”或“=”）（3）如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R，放電時間將________；（填“變長”、“不變”或“變短”）（4）圖丙為電壓恒為的電源給電容器充電時作出的電流隨時間變化的圖像，電容器充電完畢后的電荷量為________C，電容器的電容為C=________F。（計算結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）3．（10分）（2023廣東二模）如圖為“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗．實驗器材：電源E（電動勢，內(nèi)阻可忽略）、電容器C（標稱電容值為，擊穿電壓為）、電阻箱R、微安表G、單刀雙擲開關(guān)S和導線若干．完成下列實驗的相關(guān)內(nèi)容：（1）按照圖甲的電路圖，把圖乙中的器材連接成完整的實驗電路．（2）實驗步驟：步驟①將開關(guān)S打到1，給電容器C充電，觀察微安表G的示數(shù)變化直到讀數(shù)穩(wěn)定；步驟②先打開手機視頻錄制軟件，再將開關(guān)S打到2位置，觀察并用視頻記錄電容器C的放電過程中微安表G的示數(shù)變化情況；步驟③斷開開關(guān)S，查閱視頻，記錄內(nèi)，微安表G的讀數(shù)隨時間變化的數(shù)據(jù)；步驟④在坐標紙上以時間t為橫軸，微安表G的讀數(shù)I為縱軸，描點作出圖像，如圖丙．（3）分析圖丙可知：①電容器放電過程電流的變化規(guī)律為：放電電流逐漸__________（選填“增大”“減小”或“不變”），放電電流隨時間的變化率逐漸__________（選填“增大”“減小”或“不變”）；②丙圖中，圖像與橫軸所包圍的面積為86格，則可求得該電容器的電容值為__________．（保留2位有效數(shù)字）（4）步驟①中，微安表G的讀數(shù)穩(wěn)定時，并不為0，始終保持在，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是電容器__________（選填“短路”或“漏電”）。4.（2023長春三模）某同學利用圖甲所示電路觀察電容器的充電和放電現(xiàn)象，計算機屏幕顯示出放電過程的圖像如圖乙所示。下列說法正確的是（）A.電容器放電時電子由b向a通過電阻RB.電容器放電過程中電阻R兩端電壓逐漸增大C.將電阻R換成阻值更大的電阻，放電時間變短D.電容器充電結(jié)束所帶電荷量約為5．（9分）（2023四川遂寧三診）某同學在實驗室發(fā)現(xiàn)一只電壓標稱為10V、電容標稱模糊的電容器，現(xiàn)他找了以下器材來測該電容器的電容值。蓄電池：20V，內(nèi)阻可不計電壓表：12V,內(nèi)阻很大定值電阻有三只：10Ω；50Ω；100Ω滑動變阻器：標稱為“30V,50Ω”一只單刀單擲開關(guān)：S1一只單刀雙擲開關(guān)：S2一臺數(shù)字電流計，可接電子顯示屏，顯示電流隨時間的變化過程實驗操作步驟如下：該同學按圖1所示電路圖進行組裝電路，則定值電阻R1阻值應選Ω。（2）他先閉合開關(guān)S1，S2刀片擲于，調(diào)節(jié)滑動變阻器R2，穩(wěn)定后讀出電壓表讀數(shù)為4V。然后，他把S2刀片擲于，在電子顯示屏上得到如圖2中的甲曲線。（3）利用單位面積法算得I-t圖中甲曲線和兩坐標軸所圍的面積為0.04mA·s，已知電容器放電時其內(nèi)阻可以忽略不計，則電容器的電容為C=F。（4）接著，他以同樣的操作步驟，重新調(diào)節(jié)滑動變阻器R2，在電子顯示屏上得到如圖2中的乙曲線，則穩(wěn)定時電壓表讀數(shù)為V。（保留兩位有效數(shù)字）6.（2023廣州二模）用圖甲所示的電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，請完成下列實驗內(nèi)容。（1）實驗時，要通過電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向來觀測電路中電流的方向。因此電流表應采用圖乙中的_____（選填“a”、“b”）；（2）依照圖中所示的電路圖，將圖乙的實驗器材用筆畫線代替導線連接成實驗電路_________（圖中已有部分連接）：（3）開關(guān)S接1后，小燈泡L_______（填選項前的字母）：A.一直不亮B.逐漸變亮，穩(wěn)定后保持亮度不變C.突然變亮，然后逐漸變暗，直到熄滅（4）開關(guān)S接1足夠長時間后，再將開關(guān)S接2。開關(guān)S接2之后電壓表讀數(shù)_____（選填“逐漸增大”“逐漸減小”）；（5）圖乙中電容器的電容為____μF。當電容器的電壓為10V時其帶電量為______C（保留兩位有效數(shù)字）。7.（2023湖南邵陽二模）隨著傳感器技術(shù)的不斷進步，傳感器開始在中學實驗室逐漸普及。某同學用電流傳感器和電壓傳感器做“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗，電路如圖甲所示。（1）先使開關(guān)K與1端相連，電源向電容器充電，這個過程很快完成，充滿電的電容器上極板帶______電；（2）然后把開關(guān)K擲向2端，電容器通過電阻放電，傳感器將電流電壓信息傳入計算機，經(jīng)處理后得到電流和電壓隨時間變化的、曲線，如圖乙所示；（3）由圖乙可知，電容器充滿電的電荷量為______，電容器的電容為______；（保留兩位有效數(shù)字）（4）若將電路中的電阻換成一阻值更大的電阻，把開關(guān)K擲向2端電容器放電，請在圖乙的左圖中定性地畫出曲線。（）8.（2023湖南衡陽二模）在“用傳感器觀察電容器的充放電過程”實驗中，按圖甲所示連接電路。電源電動勢為，內(nèi)阻可以忽略。單刀雙擲開關(guān)先跟2相接，某時刻開關(guān)改接1，一段時間后，把開關(guān)再改接2，實驗中使用了電流傳感器來采集電流隨時間的變化情況。（1）開關(guān)改接2后，電容器進行的是______（選填“充電”或“放電”）過程，此過程中流經(jīng)電阻上的電流方向______（選填“自上而下”或“自下而上”）。實驗得到的圖像如圖乙所示，如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻的阻值，則此過程的曲線與坐標軸所圍成的面積將______（選填“減小”“不變”或“增大”）。（2）若實驗中測得該電容器在整個放電過程中釋放的電荷量，則該電容器的電容為______μF。9.(2023浙江名校新高考研究聯(lián)盟第一次聯(lián)考)某興趣小組利用圖1所示的電路，把開關(guān)擲向a對給定電容值為C的電容器充電。R表示接入的電阻，E表示電源（忽略內(nèi)阻）。通過改變電路中元件的參數(shù)對同一電容器進行兩次充電，得到i－t圖后經(jīng)過計算機軟件處理得到如圖所示的q－t曲線如圖2中①②所示。（1）根據(jù)q－t圖像以下判斷正確的是（）A．①②兩條曲線不同是E的改變造成的B．①②兩條曲線不同是R的改變造成的C．需要對電容器快速充電時，R越小越好D．需要對電容器快速充電時，R越大越好（2）小明同學利用圖3和圖4的電路圖連接電路，分別完成了“測量電源電動勢和內(nèi)阻”和“測量某一段長度已知的電阻絲的電阻率”兩個實驗，兩個電路使用同一電源。①圖5是該同學根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)在同一坐標軸上同時作出兩個實驗的U－I圖像，下列說法正確的是（）A．圖3中電壓表的內(nèi)阻對實驗結(jié)果無影響；B．圖4中電壓表的內(nèi)阻對實驗結(jié)果無影響；C．圖5可知，電源的電動勢為1.49V，內(nèi)阻為2.5Ω；D．在測量的電阻時，若將滑動變阻器移到最右端，消耗的功率約為0.60W②如圖6，用螺旋測微器測得該電阻絲的直徑d＝______mm，根據(jù)實驗所選的電表量程，電壓表的示數(shù)U＝______V。10.（2022南京三模）(15分)某課外興趣小組用如圖甲所示的電路觀察電解電容器的充、放電現(xiàn)象，并測量電容器的電容．(1)粗略觀察充放電的電流大小和方向時，應選擇表頭為________(選填“乙”或“丙”)圖的電流表．