课时测评12 实验：观察电容器的充、放电现象-【金版新学案】2024-2025学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义配套练习（人教版2019）

课时测评12　实验：观察电容器的充、放电现象 (时间：30分钟　满分：50分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 1．(10分)(2024·山西长治市名校联考)“观察电容器的充放电现象”的实验中 (1)某同学设计的实验电路如图甲所示。调节电阻箱R＝R0，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间变化的情况；改变电阻箱的阻值，开关S接通“2”放电后，再接通“1”，同样记录电流随时间变化的情况。然后将实验结果在同一I-t坐标系中绘出，得到如图乙所示的曲线，其中Ⅱ为R＝R0对应的曲线，则曲线Ⅰ对应的R___________(选填“>”“<”或“＝”)R0；曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的___________(选填“电压”“电荷量”或“电容器存储的电能”，已知q＝It)。 (2)电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变化情况可能是___________。 A．迅速变亮，然后亮度趋于稳定 B．亮度逐渐增大，然后趋于稳定 C．迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭 D．亮度逐渐增大，然后逐渐减小至熄灭 (3)电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，根据(1)的结论进行类比，定值电阻R0越大，小灯泡亮度变化情况是___________(选填“越快”“越慢”或“不变”)。 答案：(1)<　电荷量　(2)C　(3)越慢 解析：(1)曲线Ⅰ相对于曲线Ⅱ初始充电电流大，电阻的阻碍作用小，因此电阻箱的阻值小，R小于R0； 根据q＝It可知，曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的电荷量。 (2)电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，电容器将放电，随着所带电荷量的减小，电容器两端电压减小，电流减小，最终放电完成，电流为0，可知相接后小灯泡亮度变化情况可能是迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭。故选C。 (3)定值电阻R0越大，电阻的阻碍作用越大，因此小灯泡亮度变化越慢。 2．(10分)(2023·浙江省温州市期末)在“观察电容器的充、放电现象”的实验中 (1)用如图1所示的电容器做实验，电容器外壳上面标着“2 200 μF　10 V”，下列说法正确的是______； A．电容器的击穿电压为10 V B．电压为10 V时，电容器才正常工作 C．电容器电压为5 V时，电容是2 200 μF D．电容器电压为5 V时，电容是1 100 μF (2)把干电池E、电阻箱R、电容器C、电流表G、单刀双掷开关S按图2电路图连成实验电路，如图3所示，将电阻箱R调到合适阻值。 ①先使开关S接1，电源给电容器充电，观察到电流表指针偏转情况为________； A.逐渐偏转到某一刻度后保持不变 B．逐渐偏转到某一刻度后迅速回到0 C．迅速偏转到某一刻度后保持不变 D．迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0 ②电容器充电完毕，断开开关，此时如图2所示的电路图中电容器上极板________(选填“带正电”“带负电”或“不带电”)； ③然后将开关S接2，电容器放电。在放电过程中，电路中电流的大小为I，电容器所带电荷量为Q，电容器两极板电势差为U，电容器的电容为C。下面关于I、Q、U、C随时间变化的图像，正确的是________。 答案：(1)C　(2)①D　②带正电　③B 解析：(1)10 V是电容器的额定电压，不是电容器的击穿电压，A错误；10 V是电容器的额定电压，电压低于10 V时，电容器也能正常工作，B错误；电容与电容器所加电压无关，只与自身构造有关，可知电容器电压为5 V时，电容是2 200 μF，C正确，D错误。 (2)①使开关S接1，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，D正确，A、B、C错误。 ②由电路图可知，电容器上极板与电源正极相连，故电容器充电完毕，断开开关，电容器上极板带正电。 ③放电过程中，电容与电容器所带电荷量和电容器极板间电压没有关系，可知电容器电容保持不变，D错误；放电过程中，电容器所带电荷量逐渐减小，根据电容定义式C＝可知电容器极板间电压逐渐减小，则放电电流逐渐减小，电容器电荷量减小得越来越慢，Q -t图像切线斜率的绝对值逐渐减小，B正确，A、C错误。 3．(10分)(2024·河北沧州市高二上学期期末)某同学用如图甲所示的电路研究电容器的充放电规律，直流电源的电动势为6 V。 (1)将单向双掷开关合向“1”，电流传感器记录电容器充电电流随时间变化规律如图乙所示，已知Q＝It。则图乙中图线与坐标轴所围的面积的物理意义为________________________； (2)充电结束时电容器两端的电压为U＝________V，结合图像面积可知，电容器的电容为C＝________F(保留2位有效数字)； (3)将单向双掷开关合向“2”，得到放电电流随时间变化的图像，从图像上得到放电电流的最大值为I1；将R调大，将开关合向“1”后再合向“2”再次得到的放电电流随时间变化的图像上放电电流的最大值为I2；则I1________(选填“>”“<”或“＝”)I2。 答案：(1)充电后电容器的带电量　 (2)6　5.7×10-4　(3)> 解析：(1)根据Q＝It可知，图线与坐标轴所围的面积的物理意义为充电后电容器的带电量。 (2)充电结束时电容器两端的电压等于电源两端电压，为U＝6 V 图线与坐标轴所围的格数为43个，则充电后电容器的带电量为Q＝43×0.2×10-3×0.4 C＝3.44×10-3 C 则电容器的电容C＝≈5.7×10-4 F。 (3)根据im＝可知，R变大，则放电电流的最大值减小，则有I1>I2。 4．(10分)某小组同学用如图甲所示的电路，观察电容器的放电现象。他先按图甲所示电路连接好实验电路，然后进行如下操作：①将开关S接到1，对电容器充电；②将开关S接到2，同时开始计时，利用电流传感器，可以捕捉瞬间的电流变化，并通过计算机画出电流随时间变化的图像即I-t图像，如图乙所示；③根据I-t图像估算出该电容器初始时所带的电荷量Q。(已知q＝It) (1)图乙为某次实验得到的I-t图像。试估算出该电容器初始放电时所带的电荷量Q约为________C。(保留3位有效数字) (2)断开开关后若换用阻值较大的电阻，I-t图像应该是选项______。(实线表示增大R前的图像，虚线代表增大R后的图像) 答案：(1)7.75×10-3　(2)A 解析：(1)由q＝It知，所求电荷量为曲线与坐标轴所围格数的面积，则利用数格子的方法估算出电容器初始放电时的电荷量为Q＝31×0.5×10-3 ×0.5 C＝7.75×10-3 C。 (2)如果只增大电阻R，则电容器放电的最大电流会减小，由于放电电量不变，即I-t图像的“面积”不变，则放电时间变长。故选A。 5．(10分)(2023·江苏南京月考)如图甲是观察电容器的充、放电现象的实验装置。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为平行板电容器。 (1)当开关S接________(选填“1”或“2”)时平行板电容器放电，流经G表的电流方向与充电时________(选填“相同”或“相反”)，此过程中电容器的电容将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)将G表换成电流传感器，电容器充电完毕后再放电，其放电电流随时间变化图像如图乙所示，由图可估算出电容器开始放电时所带的电荷量Q＝________C，并计算电容器的电容C＝________F。 (3)如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，放电时I-t曲线与横轴所围成的面积将________(选填“增大”“不变”或“变小”)，放电时间将________(选填“变长”“不变”或“变短”)，简要说明原因__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)2　相反　不变　(2)3.36×10-3　4.2×10-4　(3)不变　变短　不改变电路其他参数，只减小电阻，对电流的阻碍作用减小，放电电流变大，则放电时间变短 解析：(1)由题图甲可知，电容器放电时接电阻，故开关S接2。 电容器充电时，上极板接电源正极，则电容器上极板带正电，正电荷流入上极板，放电时，正电荷从上极板流出，故流经G表的电流方向与充电时相反。 根据公式C＝可知，电容器的电容与极板上的电荷量和极板间电压无关，由电容器本身所决定，故此过程中电容器的电容将不变。 (2)电容器放电时，根据公式q＝It可知，在I-t图像中，图线与横轴围成的面积表示通过电荷量的多少，由题图乙可知，每一个小格的面积表示通过的电荷量为q＝0.2×10-3×0.4 C＝8×10-5 C，图线与横轴围成的面积为42个小格，则电容器开始放电时所带的电荷量Q＝42q＝3.36×10-3 C。 根据题意及题图甲可知，电容器充电结束时，两极板间电压为8 V，则电容器的电容为C＝＝4.2×10-4 F。 (3)根据Q＝CU可知，如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，极板上的电荷量不变，则I-t图像中，图线与横轴围成的面积不变。 不改变电路其他参数，只减小电阻，对电流的阻碍作用减小，放电电流变大，则放电时间变短。 学科网（北京）股份有限公司 $$