2025年1月浙江省物理学业水平考试电学实验专题训练（一）

　2025年1月浙江省学业水平考试电学实验专题训练（一）实验：观察电容器的充、放电现象 1.某同学用电流传感器和电压传感器研究电容器的放电情况，按如图1连接电路，实验时，先将开关S与1端相连，待电路稳定后，将开关掷向2端，传感器将信息传入计算机，屏幕上可以显示出电流、电压随时间变化的i－t图线、u－t图线。 图1 (1)由图1可知，传感器2应为________传感器(选填“电流”或“电压”)。 (2)计算机屏幕上显示的i－t图线可能为下图中的______，u－t图线可能为下图中的______。 (3)结合屏幕显示的i－t图线、u－t图线信息，可以估算出________。 A.电容器的电容 B.电容器储存的电荷量 2.(2024·浙江塘下中学高二月考)在“观察电容器的充、放电现象”实验中。 (1)甲同学观察如图甲所示的电容器，电容器外壳上面标明的“10 V”的含义是________。 甲 A.电容器的击穿电压为10 V B.电容器的额定电压为10 V C.电容器在10 V电压下才正常工作 (2)乙同学的实验电路图如图乙所示，电源输出电压恒为8 V，S是单刀双掷开关，G为灵敏电流计，C为电容器。 乙 ①当开关S接到“1”时，电容器处于__________过程(选填“充电”或者“放电”)，电容器所带的电荷量逐渐________(选填“增加”或“减少”)。 ②下面说法正确的是________。 A.电容器充电时，电压表示数先迅速增大，然后逐渐稳定在某一数值 B.电容器充电时，灵敏电流计G的示数一直增大 C.电容器放电时，电阻R中的电流方向从左到右 D.电容器放电时，电容器两极板的电荷量正在减少 (3)丙同学使用图丙所示电路观察电容器的充、放电过程。电路中的电流传感器与计算机相连，可以显示电路中电流随时间的变化。图丙中实验前电容器不带电。先使S与“1”端相连给电容器充电，充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的i－t曲线如图丁所示。 ①图像阴影表示i－t图像与对应时间轴所围成的面积，面积表示的物理意义是____________________________________________________________________； ②乙图中阴影部分的面积S1________S2(选填“>”“<”或“＝”)。 3.(2024·浙江磐安中学学考模拟)超级电容器也称电化学电容器，因其存储能量大，质量轻，可多次充放电而成为一种新型的储能装置。某探究小组的同学想研究某超级电容器的充电现象。 用保护电阻R1、R2、电流传感器和其他器材设计如图甲所示的电路，已知电源的电动势E＝9 V(电流传感器内阻和电源电动势内阻相较于R2足够小，可忽略不计)。 (1)先将单刀双掷开关接1后断开，使电容器初始电荷量为零； (2)再将单刀双掷开关接2，并将此时刻记为t＝0。通过电流传感器(与计算机相连)观测到充电过程中电流传感器示数i随充电时间t变化的图像如图乙中曲线所示，请估算该实验中电容器储存的电荷量(即i－t图线与t轴所围成的面积)约为________C(保留到小数点后1位)； (3)请估算该实验中所用超级电容的电容C约为________F(保留到小数点后1位)。 4．用下列器材测量电容器的电容：一块多用电表，一台直流稳压电源，一个待测电容器（额定电压16V），定值电阻R1=100Ω，定值电阻R2=150Ω，电流传感器、数据采集器和计算机，单刀双掷开关S，导线若干。实验过程如下： 实验次数 实验步骤 第1次 ①将电阻R1等器材按照图甲正确连接电路，将开关S与1端连接，电源向电容器充电。 ②将开关S掷向2端，测得电流随时间变化的i-t曲线如图乙中的实线a所示。 第2次 ③用电阻R2替换R1，重复上述实验步骤①②，测得电流随时间变化的it曲线如图丙中的某条虚线所示。 说明：两次实验中电源输出的直流电压恒定且相同。 请完成下列问题： (1)第1次实验中，电阻R1两端的最大电压U=_______ V。利用计算机软件测得i-t曲线和两坐标轴所围的面积为90 mA·s，已知电容器放电时其内阻可以忽略不计，则电容器的电容为C=_______ F。 (2)第2次实验中，电流随时间变化的i-t曲线应该是图丙中的虚线___________（选填“b”“c”或“d”），判断依据是_______。 5．如下图所示是定性研究平行板电容器的电容与结构之间的关系的装置，平行板电容器的A板与静电计相连，B板和静电计金属壳都接地，若充电后保持电容器带电量不变。 试指出下列三个图所示的情况下，静电计指针的偏转角度变化情况，(填“变大、变小或不变”) ①正对面积减小时，静电计指针的偏转角度______，说明平行板电容器的电容随______而增大； ②板间距离增大时，静电计指针的偏转角度______，说明平行板电容器的电容随______而增大； ③插入电介质时，静电计指针的偏转角度______，说明平行板电容器的电容随______而增大。 6．如图甲所示的实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素，其中电容器左侧极板和静电计外壳均接地，电容器右侧极板与静电计金属球相连，使电容器带电后与电源断开。 （1）影响平行板电容器电容的因素有________。 A．两极板的正对面积 B．两板间距离 C．电介质的介电常数 D．极板的材料 （2）下列关于实验中使用静电计的说法正确的是有________。 A．使用静电计的目的是观察电容器电压的变化情况 B．使用静电计的目的是测量电容器电量的变化情况 C．静电计可以用电压表替代 D．静电计可以用电流表替代 （3）某位同学用如图乙所示研究电容器电容与哪些因素有关。A、B为平行板电容器的金属板，G为静电计，开始时开关S闭合，静电计指针张开一定角度；若保持开关S闭合，将A、B两极板间距变大些，指针张开角度将________；若断开开关S后，将A、B两极板正对面积变小些，指针张开角度将________（以上均选填“变大”、“变小”或“不变”） 7．如图所示是“研究决定平行板电容器电容的因素”的实验装置。将一个平行板电容器的两极板分别与静电计的金属球及地线相连，静电计的外壳接地，给电容器充电，此时静电计的指针偏转一定角度，表明电容器的两极板间存在一定的电势差。使电容器带电后与电源断开，此时静电计指针张开一定角度，再进行以下实验（每次保证其他条件不变，以下空格均选填“变大”“变小”或“不变”）： (1)如图甲所示，若仅将左极板适当左移，则静电计指针的偏角将___________； (2)如图乙所示，若仅将左极板适当上移，则静电计指针的偏角将___________； (3)如图丙所示，若仅在两板板间插入云母片，则静电计指针的偏角将__ ( 第 1 页 共 3 页 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$ 浙江省学业水平考试电学实验专题训练（一） 【参考答案】 实验：观察电容器的充、放电现象 1.(1)电压　 (2)B　D　 (3)AB 解析　(1)传感器2与电阻R并联，应为电压传感器。 (2)随着电容器放电，电容器电荷量减小，由C＝，可知电容器两端电压减小，电阻R保持不变，电流传感器、电压传感器示数均减小，故it图像选B，ut图像选D。 (3)根据it图像的面积可以估算出电荷量，根据电容定义式C＝，可以估算出电容，故选A、B。 2.　(1)B　(2)①充电　增加　②ACD　(3)①电容器所带电荷量　②＝ 解析　(1)电容器上“10 V”是电容器的额定电压，不是电容器的击穿电压，电容器在10 V以下都能正常工作。故选B。 (2)①当开关S接到“1”时，电容器与电源相连，是充电过程，电容器所带电荷量逐渐增加； ②电源给电容器充电，随着电容器所带电荷量逐渐增大，电容器两极板间的电压迅速增大，然后逐渐稳定在某一数值(接近电源电压)，A正确；电源给电容器充电，电路瞬间有了充电电流，随着电容器所带电荷量逐渐增大，电容器两极板间的电压逐渐增大，充电电流逐渐减小，所以此过程中观察到电流表指针迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0，B错误；电容器充电完毕，电容器的上极板带正电，电容器放电时，放电电流从电容器上极板流出，经电阻R流到电容器的下极板，所以电阻R中的电流方向从左到右，C正确；电容器电容保持不变，放电过程中，电容器所带电荷量逐渐减小，D正确。 (3)①根据公式i＝可知q＝it，得出i－t图像“面积”表示电容器所带电荷量； ②电容器充电前电荷量为零，电容器放电结束后电荷量为零，因此图线与坐标轴围成的面积S1＝S2。 3.(2)92.8　(3)10.3 解析　(2)计算曲线下方格数时，大于或等于半格记为一个计数格，小于半格不计数，由图可知曲线下的面积约为116格；根据q＝It可知，i－t图像中图线与坐标轴围成的面积表示电容器储存的电荷量，由图可知每一小格表示的电荷量为q0＝0.02 A×40 s＝0.8 C，则电容器储存的电荷量为Q＝116×0.8 C＝92.8 C。 (3)稳定后电容器两端的电压等于电源电动势，故电容器的电容为C＝＝＝10.3 F。 4．9 1.00×10-2 c 两次放电电荷量相等，图形与t轴围成的面积相等，另由于R2>R1，开关掷向2瞬间放电电流较小 【详解】(1) 由题图知，最大电流为Im=90 mA=0.09 A 因此最大电压为Um=ImR1=9 V 曲线下围的面积表示电容器的带电荷量Q=90 mA·s 根据电容器的定义式可得C=1.00×10-2 F (2) 两次放电电荷量相等，图形与t轴围成的面积相等，根据Im= 由于R2>R1，第2次实验的最大放电电流小些，而曲线下围的面积相等，因此不是b。故电流随时间变化的曲线应该是虚线c。 5．增大 正对面积的增大 增大 板间距离的减小 减小 相对介电常数的增大 【详解】①正对面积减小时，根据，判断电容变小，电容器的带电量Q不变，根据 判断电势差变大，所以静电计指针的偏转角度增大；正对面积减小时，电容变小，说明平行板电容器的电容随正对面积的增大而增大； ②板间距离增大时，电容变小，电容器的带电量Q不变，电势差变大，静电计指针的偏转角度增大；板间距离增大时，电容变小，说明平行板电容器的电容随板间距离的减小而增大； ③插入电介质时，电容变大，带电量不变，电势差减小，静电计指针的偏角减小； 插入电介质时，电容变大，说明平行板电容器的电容随相对介电常数的增大而增大。 6．ABC A 不变 变大 【详解】（1） 根据，可知影响平行板电容器电容的因素有：两极板的正对面积、两板间距离、电介质的介电常数。故选ABC。 （2）本实验电量不变，则用静电计是为了观察电压的变化。故选A。 （3）若保持开关S闭合，则两板间电压U一定，则指针张开角度将不变。 若断开开关S后，将A、B两极板正对面积变小些，根据，而其电容C减小，两极板所带电荷量Q保持不变，根据，将变大，指针张开角度将变大。 7．变大 变大 变小 【详解】根据，解得 (1)如图甲所示，根据，若仅将左极板适当左移，d变大，U变大，则静电计指针的偏角将变大； (2)如图乙所示，根据，若仅将左极板适当上移，S变小，U变大，则静电计指针的偏角将变大； (3)如图丙所示，根据，若仅在两板板间插入云母片，ε变大，U变小，则静电计指针的偏角将变小。 学科网（北京）股份有限公司 $$