第7章 实验9 观察电容器的充电、放电现象-【名师导航】2025年高考物理一轮总复习讲义（江苏专用）

实验九　观察电容器的充电、放电现象 实验类型·全突破 类型1 题组训练 1．解析：(1)实物电路如图所示。 (2)将开关S拨至位置1，电容器上极板与电源上极板相连，故上极板带正电。 (3)充电完毕，将开关S拨至位置2，根据测得数据作出电路中的电流i随时间t变化的图像如图所示，则电阻箱接入电路的阻值为 R＝-RG＝-2 000 Ω＝8 kΩ。 (4)由题图丙可知，图线与坐标轴所围成的面积表示电荷量，即 Q＝148×20×10-6×1 C＝2.96×10-3 C 根据电容器的电容公式可知 C＝ F＝987 μF。 (5)t＝0时电荷量q应相等，排除A、B；由电荷量的公式q＝It可知，q-t图像的斜率表示电流，图像中斜率小的对应电阻大的，排除C。故选D。 答案：(1)见解析图　(2)正　(3)8　(4)987　(5)D 2．解析：(1)实物图如下。 (2)电表读数为 60.0×1 000 Ω＝60 000 Ω。 (3)根据公式Q＝It可知题图丙图线与坐标轴围成的面积为整个放电过程中释放的电量，题图丙中一个小方格对应的电荷量为 Q0＝10×10-6×5 C＝5×10-5 C 故整个放电过程释放的电荷量为 Q＝55Q0＝55×5×10-5 C＝2.75×10-3 C 可得该电容器的电容大小为 C＝≈4.6×10-4 F。 (4)导致该现象的一个主要原因是电容器的放电时间比较长，而实验测量的时间有限，所以测得的电量偏小，导致电容的测量值偏小。 (5)将电容器放电后与欧姆表连接，相当于先对电容器充电，充电完毕后相当于断开，所以指针先大角度向右偏转然后偏角逐渐减小；欧姆表“×10”档时的内阻较小，可知此时的充电电流较大，根据Q＝CU，可知选用不同档位时，充电结束后电容器的带电量相同，由于欧姆表“×10”档时的充电电流较大，结合公式Q＝It，可知此时充电时间较小，即t1<t2。 答案：(1)见解析图　(2)60 000　(3)4.6×10-4　(4)电容器的放电时间比较长，而实验测量的时间有限，所以测得的电量偏小，导致电容的测量值偏小　(5)小于 类型2 题组训练 1．解析：(1)题图甲中滑动变阻器为分压式接法，滑动变阻器滑片左端的部分与电容器并联，要升高电容器两端的电压，滑动变阻器的滑片应向b端移动。 (2)电压表量程为15 V，分度值为0.5 V，则电压表示数为6.5 V。 (3)题图丙中图线与坐标轴所围图形的面积有37格，则Q＝37×× C＝3.7×10-3 C。 (4)由Q＝CU，得C＝ F≈4.6×10-4 F。 (5)电容器充电后，左板电势高，电容器放电时电流由左板经导线流出，又由于二极管具有单向导电性，故D1闪光。 答案：(1)b　(2)6.5　(3)3.7×10-3　(4)4.6×10-4　(5)D1 2．解析：(1)在甲、乙两图中，实验系统误差较大的是乙，原因是电容器放电时电压表有分流对实验的影响，使电容器放电量值偏小，则电容测量值偏小。 (2)电容器放电时，放电电流逐渐减小，且逐渐变慢，则DIS系统软件记录的放电电流I随时间t变化的图像可能是C。 (3)作出Q-U图像如图 根据C＝可知 C＝ F≈8.9 μF。 (4)能改变电容器充电电压的电路原理图如图。 (5)两表笔与电容器接触后，电容器先有较大的充电电流，然后逐渐减小，则多用表指针的偏转情况是：多用表指针先快速偏大角度，后逐渐回到原位置。 答案：(1)乙　电压表分流　偏小　(2)C　(3)见解析图　8.9(8.6~9.0均可)　(4)见解析图　(5)多用表指针先快速偏大角度，后逐渐回到原位置 学科网（北京）股份有限公司 $$ 　观察电容器的充电、放电现象 实验电路设计与器材选取　 充电时电流从电源正极流出，放电时电容器相当于电源，电流从电容器正极流出。 [题组训练] 1．(2024·南通模拟)用如图所示电路观察电容器的充、放电现象，现提供如下实验器材：电源E(电动势3 V，内阻不计)、电容器C(标称电容1 000 μF)、电阻箱R(0～9 999 Ω)、微安表G(量程500 μA，内阻为2 kΩ)、单刀双掷开关S和导线若干。 (1)根据图甲电路在图中用笔画线代替导线将实物电路连接完整； (2)将开关S拨至位置1，电容器上极板带________电(选填“正”或“负”)； (3)充电完毕，将开关S拨至位置2，根据测得数据作出电路中的电流i随时间t变化的图像如图所示，则电阻箱接入电路的阻值为________ kΩ； (4)图丙中曲线与横轴围成的区域共有148个小格，则电容器电容的测量值为________ μF(结果保留3位有效数字)； (5)根据图丙可作出电容器所带电荷量q随时间t变化的图像。某小组两次实验中电阻箱接入电路的阻值分别为Ra和Rb，Ra>Rb，对应的q-t图像为曲线a和b。则下列图像中可能正确的是________。 A　　　　　B　　　　C　 　　　D 2．(2023·苏州三模)某同学用传感器观察电容器的放电过程，实验操作如下： (1)本实验的电路如图甲所示，请在图乙中用笔画线代替导线连接实物图(传感器正常工作时电流从红鳄鱼夹流入，从黑鳄鱼夹流出)； (2)为校验电阻箱阻值，在电路断开的情况下该同学用欧姆表“×1 k”挡测量了电阻箱的阻值，测量结果如图丁所示，则电表读数为______ Ω； (3)已知蓄电池的电动势为6 V，内阻不计，实验结束后描绘的电容器放电i-t图像如图丙所示，根据图像求得该电容器的电容大小约为________ F(保留二位有效数字); (4)实验结果表明，电容的测量值小于标识值，请写出导致该现象的一个主要原因__________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________； (5)将电容器放电后，该同学用欧姆表“×10”档检测电容器，当红黑表笔与电容器两极连接后，发现指针先大角度向右偏转然后偏角逐渐减小，经t1时间后返回；将该电容器放电后换用“×100”档再次检测，指针经t2时间后返回，则t1________t2(选填“大于”、“小于”或“等于”)。 实验数据处理与分析　 电容器充放电的电流不是恒定的，是变化的，电荷量的计算需利用i-t图线，i-t曲线与坐标轴围成面积表示对应的电荷量，大于半格的算一格，小于半格的不算。 [题组训练] 1．(2023·山东卷)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。某同学设计如图甲所示电路，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10 V，电容标识不清)； 电源E(电动势12 V，内阻不计)； 电阻箱R1(阻值0～99 999.9 Ω)； 滑动变阻器R2(最大阻值20 Ω，额定电流2 A)； 电压表V(量程15 V，内阻很大)； 发光二极管D1、D2，开关S1、S2，电流传感器，计算机，导线若干。 回答以下问题： (1)按照如图甲所示连接电路，闭合开关S1，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向________端滑动(选填“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8.0 V时，开关S2掷向1，得到电容器充电过程的I-t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S2掷向2，发光二极管________(选填“D1”或“D2”)闪光。 2．利用DIS电流传感器可以测量电容器的电容。让充电后的电容器通过大电阻R放电，电流传感器A与计算机连接，记录放电电流I随时间t变化的图像，图像与坐标轴围成的面积数值上等于电容器的带电量Q(可用DIS系统软件计算)，Q与充电电压U的比值即为电容器的电容C。 (1)图甲、图乙为放电法测量电容的两种电路原理图，先把开关S与1端相连，充电结束后，读出电压表的示数。然后把开关掷向2端，记录I-t图像，测量出电容器的带电量Q。在甲、乙两图中，实验系统误差较大的是________(选填“甲”或“乙”)，原因是________对实验的影响，使电容测量值________(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。 (2)DIS系统软件记录的放电电流I随时间t变化的图像可能是________。 A　　　　　　　　B C　　　　　　　　D (3)某同学选择了正确的实验电路图，经过实验操作获得了多组数据，如下表所示： 1 2 3 4 5 6 U/V 10.8 13.7 16.8 20.0 23.8 27.0 Q/×10-4 C 0.92 1.20 1.22 1.70 2.08 2.41 请根据以上数据，在图丙中作出Q-U图像，由图像可得该电容器的电容是________ μF(结果保留两位有效数字)。 (4)该同学是通过滑动变阻器来改变电容器的充电电压的，请结合上述电路原理图，在下面的方框内作出能改变电容器充电电压的电路原理图。 (5)该同学在完成电容的测量实验后，把一多用表的选择开关调到欧姆挡，正确调零后把红黑表笔同时与电容器的两极接触，请你描述接触后多用表指针的偏转情况________。 7/7 学科网（北京）股份有限公司 $$