课时测评12 实验：观察电容器的充、放电现象-【金版新学案】2025-2026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）

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)(2025·天津西青区期末)如图1所示是观察电容器的充、放电现象实验装置的电路图。电源输出电压恒为8 V，S是单刀双掷开关，G为灵敏电流表，C为平行板电容器。 (1)当开关S接________(选填“1”或“2”)时，平行板电容器充电。当电容器放电时，流经电流表的电流方向与电容器充电时________(选填“相同”或“相反”)。 (2)将电流表换成电流传感器(可显示电流I的大小)，电容器充电完毕后，让电容器再放电，其放电电流I随时间t变化的图像如图2所示，已知流过电路的电荷量与电流之间满足Q＝It，图线与横轴所围的面积约为39个小方格，则电容器释放的电荷量Q约为________ C。 答案：(1)1　相反　(2)3.12×10-3 解析：(1)电容器与电源相连时充电，所以当开关S接1时平行板电容器充电。电容器充电时电源正极接电容器上极板，放电时正电荷从上极板流出，所以电容器放电时，流经电流表的电流方向与充电时相反。 (2)根据Q＝It可知，放电电流随时间变化曲线与横轴所围区域的面积即为通过的电荷量，所以电容器释放的电荷量Q＝39×0.4×0.2×10-3 C＝3.12×10-3 C。 2．(10分)(2025·四川成都期末)图(a)为观察电容器充、放电现象的实验装置。实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。电源输出电压恒为8 V，S为单刀双掷开关，C为电容器，R为电阻箱。当开关S接1，电容器开始充电，电容器充电完毕后，把开关改接2进行放电，其放电电流随时间变化关系如图(b)所示。 (1)开关接1，电容器开始充电后，电流大小________(填正确选项前的标号)。 A．逐渐增大 B．保持不变 C．逐渐减小 (2)已知流过电路的电荷量与电流之间满足Q＝It，根据图(b)可估算出电容器开始放电时所带的电荷量Q＝________ C(保留2位有效数字)。 (3)如果不改变电路其他参数，只增大电阻箱的阻值R并重复上述实验，实线和虚线分别表示改变前后放电过程电流随时间变化的曲线，最符合实际情况的图像为________(填图像对应的标号)。 答案：(1)C　(2)1.7×10-2　(3)A 解析：(1)刚开始充电时电流较大，随着极板上电荷的增多，电容器两极板间的电势差增大，回路中的电压减小，所以电流逐渐减小。 (2)I-t图线与横轴围成的面积表示电荷量。由题图(b)可得，面积为17个小格，即电荷量为Q＝17×0.5×10-3×2 C＝1.7×10-2 C。 (3)只增大电阻箱的阻值R，放电电流变小，但因开关接1时，电容器两极板间的电势差不变，即电容器稳定时电荷量不变，则放电时间变长。故选A。 3．(10分)(2025·山东潍坊期末)电容器是一种重要的电学元件，有着广泛的应用。某学习兴趣小组用图甲所示电路探究电容器两极板间的电势差与所带电荷量的关系。实验操作如下： ①开关S1接1给电容器A充电，记录电压表示数U1，A所带电荷量记为Q1； ②开关S1接2，使另一个相同的但不带电的电容器B跟A并联，稳定后断开S1，记录电压表示数U2，A所带电荷量记为Q2，闭合S2，使B放电，断开S2。 ③重复操作②，记录电压表示数Un，A所带电荷量记为Qn。 电荷量 Q1 Q2 Q3 Q4 … 电压表示数/V 3.15 1.60 0.78 0.39 … (1)在操作②中，开关S2闭合前电容器A所带电荷量________(选填“大于”“等于”或“小于”)电容器B所带电荷量。结合表格数据进一步分析可知电容器两极板间的电势差与其所带电荷量成________(选填“正比”或“反比”)关系。 (2)该小组用图乙所示电路进一步探究电容器A的充、放电规律。 ①开关S接1，电源给电容器A充电，观察到电流表G的指针偏转情况为________。 A．逐渐偏转到某一刻度后迅速回到0 B．逐渐偏转到某一刻度后保持不变 C．迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0 D．迅速偏转到某一刻度后保持不变 ②图丙为电容器A放电过程的I-t图像。已知电容器A放电之前两极板间的电压为3 V，则电容器A的电容为____________ F(结果保留2位有效数字，且已知流过电路的电荷量与电流之间满足Q＝It)。 答案：(1)等于　正比　(2)C　8.5×10-4 解析：(1)在操作②中，S1从1接2，S2处于断开状态，A、B两电容器并联，稳定后，A、B两电容器极板间的电压相等，故开关S2闭合前电容器A所带电荷量等于电容器B所带电荷量。结合题表数据进一步分析可知，电容器两极板间的电势差与其所带电荷量的比值近似相等，故成正比关系。 (2)①开关S接1，电源给电容器A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的电流表指针迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0。故选C。 ②电荷量为曲线与坐标轴所围的面积，则Q＝32×0.2×10-3×0.4 C＝2.56×10-3 C，由C＝，解得C≈8.5×10-4 F。 4．(10分)电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛。使用图甲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。图甲中直流电源电压U＝8 V，电源内阻不计，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图像如图乙所示，已知流过电路的电荷量与电流之间满足Q＝It。 　 (1)图像中阴影为I-t图像与对应时间轴所围成的面积，表示的物理意义是___________。 (2)图乙中阴影部分的面积S1________(选填“>”“<”或“＝”)S2。 (3)计算机测得S1＝1 203 mA·s，则该电容器的电容为________F(结果保留2位有效数字)。 (4)由甲、乙两图可判断出阻值R1________(选填“>”“<”或“＝”)R2。 答案：(1)电荷量　(2)＝　(3)0.15　(4)＜ 解析：(1)根据Q＝It，可知I-t图像与时间轴所围的面积表示的物理意义是电荷量。 (2)S1表示电容器充电后所带电荷量，S2表示电容器放电的电荷量，所以S1＝S2。 (3)该电容器的电容为C＝≈0.15 F。 (4)由题图乙可知，电容器充电瞬间的电流比电容器放电瞬间的电流大， 且电容器充电瞬间电源电压和放电瞬间电容器两端电压相等，则有>，所以R1<R2。 5．(10分)(2025·山东德州期末)图甲所示电路为“用传感器观察电容器的放电过程”实验电路图。开关未闭合时，电源的电压U＝6.0 V。实验操作时，单刀双掷开关S先跟2相接。某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2。实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。开关再改接2后得到的I-t图像如图乙所示。已知流过电路的电荷量与电流之间满足Q＝It。 (1)开关S改接1后流经电阻R上的电流方向为____________(选填“自上而下”或“自下而上”)。 (2)已知电容器的电容为4×103 μF，则图乙中图线与坐标轴所围“面积”为__________ C。 (3)电容器充电后就储存了能量，某同学研究电容器储存的能量E与电容器的电容C、电荷量Q及电容器两极板间电压U之间的关系。他从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服静电力所做的功。为此他还做出电容器两极板间的电压U随电荷量Q变化的图像如图丙所示。按照他的想法，下列说法正确的是________。 A．U-Q图线的斜率越大，电容C越小 B．对同一电容器，电容器储存的能量E与电荷量Q成正比 C．对同一电容器，电容器储存的能量E与电容器两极板间电压U的平方成正比 答案：(1)自上而下　(2)2.4×10-2　(3)AC 解析：(1)开关S接1时，电源给电容器充电，电容器上极板接正极，充电完成上极板带正电，下极板带负电，故开关S改接1后流经电阻R上的电流方向为自上而下。 (2)题图乙中图线与坐标轴所围“面积”为电容器充电后所带电荷量，由C＝得Q＝CU＝4×103×10-6×6.0 C＝2.4×10-2 C。 (3)由C＝得U＝Q，U-Q图线的斜率为 ，故U-Q图线的斜率越大，电容C越小，故A正确；电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服静电力所做的功，也等于U-Q图像与横轴所围的面积，则E＝，解得E＝，从上面的式子可以看出，对同一电容器，电容器储存的能量与电荷量Q的平方成正比，电容器储存的能量E与电容器两极板间电压U的平方成正比，故B错误，故C正确。故选AC。 学科网（北京）股份有限公司 $