实验组合训练（五） 专项训练 -2027届高三物理一轮复习

实验组合训练（五）-2027届高三物理一轮复习同步练习 姓名： 班级： 学号： 实验：观察电容器的充、放电现象 1.（8分）（2025山西朔州模拟）某实验小组利用如图甲所示电路研究电容器充、放电规律。操作步骤如下： （1）按图甲连接好电路。开关S接1，对电容器进行充电，充电电流方向为　　　　（选填“逆时针”或“顺时针”）；充电过程中用电流传感器记录了充电电流随时间的变化关系如图乙所示，已知电源电动势为12.0 V，内阻可忽略不计，测得I－t曲线与横轴围成的面积为3.6 A·s，则电容器的电容C＝　　　　 F。  （2）采用图甲电路，若不改变其他参数，只增大电阻R0的值，则充电时间会　　　　（选填“变长”“变短”或“不变”）。  （3）仍采用图甲所示电路进行研究，若将电压传感器换成电压表重新进行实验，则测出电容器的电容　　　　（选填“大于”“小于”或“等于”）真实值。  2.（10分）（2026辽宁名校联盟高三检测）某实验小组利用电流传感器观察电容器充、放电的电流变化。电路图如图甲所示，其中电源电动势E＝3.0 V、内阻不计，定值电阻R1＝2 kΩ，定值电阻R2＝5 kΩ， 电流传感器内阻忽略不计。 （1）初始时电容器所带电荷量为0，当单刀双掷开关既不接1，也不接2时，电容器上极板的电势为　　　　。  （2）将单刀双掷开关先接1，电容器充电，当电容器充满电后，再将单刀双掷开关接到2，电容器放电，放电过程中经过R2的电流方向为　　　（选填“a→b”或“b→a”）；电脑通过电流传感器记录整个过程中的电流变化情况如图乙所示，I－t图像中I2的大小为 　　　　mA；已知I－t图像中电流I随时间t变化的关系图线与坐标轴围成的面积均为0.06 mA·s，则该实验使用的电容器电容为C＝　　　　 F。  3.（8分）（2025重庆沙坪坝高三期中）小南同学利用如图甲所示电路研究平行板电容器的充、放电过程。实验采用学生直流稳压电源，图中S、S1、S2为开关，C为平行板电容器，R为滑动变阻器。 （1）闭合开关S、S1给电容器充电，若充电完成后，小南想进一步增大电容器所带的电荷量，可进行的操作是　　　　；  A.增大平行板电容器两极板间距 B.减小平行板电容器两极板间距 C.在两极板间插入玻璃板 D.减小两极板间的正对面积 （2）已知学生电源的电压U＝7.8 V，小南给电容器充满电后，先断开开关S，再闭合开关S2给电容器放电，在放电过程中，电流传感器测得电流I随时间t的变化图像如图乙所示，可以计算得到此电容器的电容为　　　　 μF（计算结果保留3位有效数字）；  丙 （3）在放电过程中，电流传感器测得电流随时间的变化情况如图丙中实线所示。若保持电容器参数不变，将滑动变阻器的滑片向右移动少许，再次将电容器充满电，则对电容器放电时的图像可能是图丙中虚线　　　　（选填“①”“②”“③”或“④”）。  4.（14分）（2025四川绵阳三模）某实验小组用电流传感器观察两个并联电容器的充、放电过程，设计的电路如图甲所示。实验器材有：学生电源（9 V，内阻可忽略）、2个相同的电容器（耐压值15 V，电容3 000 μF）、灵敏电流表A（指针居中，内阻不计）、电流传感器（内阻不计）、电阻箱（0~9 999 Ω）、单刀双掷开关和导线若干。完成实验，并回答问题： （1）正确连接电路后，电阻箱各个旋钮调到如图乙所示位置，单刀双掷开关S接1，一段时间后电容器充电完成，再将S接2，则： ①电阻箱接入电路的阻值为　　　　 Ω；  ②流过电流传感器的电流方向为　　　　（选填“a→b”或“b→a”）；  ③已知灵敏电流表电流从左端流入时指针向左偏转，观察到灵敏电流表A指针偏转情况是　　　　。（填序号）  A.慢慢偏到左边并静止 B.迅速偏到右边并静止 C.慢慢偏到左边并迅速回到正中 D.迅速偏到右边并慢慢回到正中 （2）电流传感器记录放电电流I随时间t的变化情况如图丙所示。图丙中图线与纵轴的交点坐标Im为　　　　 mA，图线与横轴所围的面积为　　　　 C。  （3）若电容器充满电后，减小电阻箱的阻值，则放电时间　　　　（选填“变长”“变短”或“不变”）。  5.（10分）（2024重庆卷）探究电容器充、放电规律，实验电路图如图甲所示。实验器材有电源E，定值电阻R0，电容器C，单刀双掷开关S，导线若干。 （1）为测量电容器充、放电过程电压U和电流I的变化，需在①②处接入测量仪器，位置②应该接入测　　　　（选填“电流”或“电压”）仪器。  （2）连接电路并接通开关，当电压表示数最大时，电流表示数为　　　　。  （3）根据测得的数据，某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示。该过程为　　　　（选填“充电”或“放电”）。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示，0.2 s时R0消耗的功率为　　　　 W。  答案： 1.答案 （1）逆时针　0.3　（2）变长　（3）大于 解析 （1）由题图甲可知，开关S接1，对电容器进行充电，充电电流方向为逆时针；根据q＝It可知，I－t曲线与横轴围成的面积表示充完电后电容器所带的电荷量，则电容器的电容C＝ F＝0.3 F。 （2）采用题图甲电路，若不改变其他参数，只增大电阻R0的值，则充电电流减小，充电时间会变长。 （3）仍采用题图甲所示电路进行研究，若将电压传感器换成电压表重新进行实验，由于电压表有一定的电流通过，所以电流传感器的电流大于通过电容器的电流，则I－t曲线与横轴围成的面积大于充完电后电容器所带的电荷量，根据C＝可知，测出电容器的电容大于真实值。 2.答案 （1）0　（2） a→b　0.6　2×10－5 解析 （1）电容器所带电荷量为0，所以两极板之间的电势差为0，下极板接地，故电容器上极板的电势为0。 （2）由电路图可知，电容器充满电后，上极板带正电，故电容器放电时流过电阻R2的电流方向为a→b。电容器充满电，两极板间的电压等于电源电动势3 V，故开始放电瞬间，流过电阻R2的电流大小为I2＝＝0.6 mA，根据电容的定义式可知，C＝ F＝2×10－5 F。 3.答案 （1）BC　（2）20.4　（3）③ 解析 （1）充电电压不变，要进一步增大电荷量，根据C＝，解得Q＝CU，则需要增大电容。结合电容器的电容C＝，减小平行板电容器两极板间距和在两极板间插入玻璃板均可以使电容增大。故选B、C。 （2）I－t图像与t轴所围面积表示放电的电荷量，数出一共159小格，则有Q＝1.59×10－4 C，此电容器的电容C＝ F＝20.4 μF。 （3）滑动变阻器的滑片向右移动少许，总电阻减小，则开始放电时电流更大，但放电电荷量不变，所以i－t图像与t轴所围面积应保持不变，所以图像可能为题图丙中的虚线③。 4.答案 （1）①1 800　②b→a　③D　（2）5　5.4×10－2　（3）变短 解析 （1）①由题图乙可知电阻箱接入电路的阻值为 R＝（1×1 000＋8×100＋0×10＋0×1） Ω＝1 800 Ω。 ②由电路图可知，充电后电容器右极板带正电，左极板带负电，则放电过程流过电流传感器的电流方向为b→a。 ③已知灵敏电流表电流从左端流入时指针向左偏转，则开关S接2时，电容器进行放电，灵敏电流表电流从右端流入；刚开始由于电容器极板电压最大，所以放电电流最大，随着电容器所带电荷量逐渐减少，电容器极板电压逐渐减小，则放电电流逐渐减小到0；可观察到灵敏电流表A指针偏转情况是迅速偏到右边并慢慢回到正中。故选D。 （2）电容器充完电后极板间的电压为Um＝9 V，由于两电容器为并联关系，所以放电时相当于两相同电源并联，电动势为Um＝9 V，则题图丙中图线与纵轴的交点坐标为Im＝ A＝5 mA，根据q＝It可知，图线与横轴所围的面积等于两电容器充完电所带的总电荷量，则有S＝Q总＝2CU＝2×3 000×10－6×9 C＝5.4×10－2 C。 （3）若电容器充满电后，减小电阻箱的阻值，放电电流与原来相比增大，则放电时间变短。 5.答案 （1）电压　（2）0　（3）放电　0.32 解析 （1）位置②与电容器并联，为测电压仪器。 （2）电压表示数最大时，电容器充电完毕，充电电流为0，电流表示数为0。 （3）电容器充电时，电容器两端电压U＝E－IR0；放电时电容器两端电压U＝IR。题图乙中＝k为定值，结合电路，将图像逆向分析，此为放电过程，k＝R0，故该过程为电容器放电过程。由题图丙可知t＝0.2 s时，电容器两端电压为U＝8 V，由题图乙可知当U＝8 V时，电流I＝40 mA，则电阻R0消耗的功率P＝UI＝8×40×10－3 W＝0.32 W。 电学实验基础 6.（6分）采用如图甲所示的电路图来测量金属丝Rx的电阻率。 甲 乙 （1）实验时，闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应处在　　　　（选填“M”或“N”）端。  （2）按照图甲连接实物图，如图乙所示。闭合开关前检查电路时，发现有一根导线接错，该导线为　　　　（选填“a”“b”或“c”）。若闭合开关，该错误连接会带来的问题有　　　　　　　　　　　　　　　　。  7.（6分）电子体温计中常用的测温元器件是热敏电阻，现已被人们广泛使用。某物理兴趣小组准备用热敏电阻制作一个简易电子体温计。 （1）为了寻找合适的外壳包裹热敏电阻及其电路，小雨同学用螺旋测微器测量了热敏电阻的直径，如图甲所示，螺旋测微器的读数是　　　　 mm。  （2）小刚测出这种热敏电阻的I－U图像如图乙所示，他选用的电路应该是图　　　　（选填“A”或“B”）电路；选用的电流表量程是　　　　（选填“0~0.06 A”或“0~0.6 A”）量程。  8.（8分）现有一合金制成的圆柱体（约为几欧），为测量该合金的电阻率，现用伏安法测圆柱体两端之间的电阻，用螺旋测微器测量该圆柱体的直径，用游标卡尺测量该圆柱体的长度。螺旋测微器和游标卡尺的示数分别如图甲和乙所示。 （1）圆柱体的直径为　　　 mm，长度为　　　 cm。  （2）已知实验中所用的滑动变阻器阻值范围为0~10 Ω，电流表内阻约几欧，电压表内阻约20 kΩ。电源为干电池（不宜在长时间、大功率状况下使用），电动势E＝4.5 V，内阻很小。则以下电路图中　　　　（填电路图下方的字母代号）电路为本次实验应当采用的最佳电路。但用此最佳电路测量的结果仍然会比真实值偏　　　　（选填“大”或“小”）。  9.（9分）（2024浙江1月选考）在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中，测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如下表所示。 温度/℃ 4.1 9.0 14.3 20.0 28.0 38.2 45.5 60.4 电阻/（102 Ω） 220 160 100 60 45 30 25 15 某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E＝3 V（内阻不计）的电源、定值电阻R（阻值有3 kΩ、5 kΩ、12 kΩ三种可供选择）、控制开关和加热系统，设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20 ℃，现要求将室内温度控制在20~28 ℃范围，且1、2两端电压大于2 V，控制开关开启加热系统加热。 （1）实验应选择的电路是　　　　，定值电阻R的阻值应选　　　　kΩ；  （2）1、2两端的电压小于　　　　 V时，自动关闭加热系统（不考虑控制开关对电路的影响）。 10.（10分）在伏安法测电阻的实验中，提供了以下实验器材：电源E（电动势约6 V，内阻约1 Ω），待测电阻Rx（阻值小于10 Ω），电压表V（量程0~3 V，内阻约3 kΩ），电流表A（量程0~0.6 A，内阻约1 Ω），滑动变阻器（最大阻值20 Ω），单刀开关S1，单刀双掷开关S2，导线若干。某同学利用上述实验器材设计测量电路如图所示，回答下列问题。 （1）闭合开关S1前，滑动变阻器的滑片P应滑到　　　（选填“a”或“b”）端；  （2）实验时，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应将S2拨向　　　（选填“c”或“d”）；  （3）在上述操作正确的情况下，引起实验误差的主要原因是　　　（填正确选项前的标号）； A.电流表分压 B.电压表分流 C.电源内阻分压 （4）实验时，若已知电流表的内阻为1.2 Ω，在此情况下，为使待测电阻的测量值更接近真实值，应将S2拨向　　　　（选填“c”或“d”）；读得电压表的示数为2.37 V，电流表的示数为0.33 A，则Rx＝　　　　 Ω（结果保留2位有效数字）。  11.（11分）（2025辽宁大连一模）某物理实验小组为探究滑动变阻器最大阻值对“限流电路”和“分压电路”的电压调节范围的影响，设计如下实验。 甲 （1）在探究“限流电路”时，甲同学用电阻箱代替滑动变阻器，设计了如图甲所示的电路图。已知Rx＝10 Ω，调节R1，记录对应的电压数值，最后绘制成U－R1图像如图乙所示。分析图乙可知，采用“限流电路”测量约为10 Ω的电阻时，滑动变阻器的最大阻值应选择　 　。 A.1 Ω　　　　B.30 Ω　　　　C.100 Ω 乙 （2）已知Rx'＝100 Ω，在探究“分压电路”时，在图丙的基础上，小组设计了如图丁所示的电路图（用R1和R2共同模拟最大阻值分别为1 Ω、10 Ω、100 Ω、1 000 Ω的滑动变阻器）。调节R1和R2，记录数据，绘制如图戊所示的图像。 丙　　　　 丁 戊 分析图戊可知，考虑电压调节范围尽量大些，应排除　　　　；考虑电压随滑动变阻器阻值均匀变化，应排除　　　　。（均选填“①”“②”“③”或“④”）  （3）某同学认为用“分压电路”测量电阻时，滑动变阻器的最大阻值越小越好。请判断该观点是否正确，并简要说明理由   　。 答案： 6.答案 （1）M　（2）b　移动滑片时，电压表和电流表的示数不变，均为零 解析 （1）本实验，滑动变阻器采用分压式接法，所以闭合开关S前，为保护电路，滑动变阻器的滑片P应处在M端。 （2）滑动变阻器采用分压式接法，滑动变阻器下端两接线柱与电源相连，故b导线接错；该错误带来的问题是移动滑片的过程中电压表和电流表的示数不变，均为零。 7.答案 （1）2.150　（2）B　0~0.06 A 解析 （1）由题图甲可知螺旋测微器的固定刻度示数为2.0 mm，热敏电阻的直径为2.0 mm＋15.0×0.01 mm＝2.150 mm。 （2）根据热敏电阻的I－U图像可知电压从零开始变化，滑动变阻器应选用分压式接法，故选图B电路。根据题图乙得出电路中的最大电流没有超过0.06 A，故选用的电流表量程是0~0.06 A。 8.答案 （1）1.850　4.240　（2）A　小 解析 （1）由螺旋测微器读出圆柱体的直径D＝1.5 mm＋35.0×0.01 mm＝1.850 mm，由游标卡尺读出圆柱体的长度L＝42 mm＋8× mm＝42.40 mm＝4.240 cm。 （2）根据题意可知，电源为干电池，不宜在长时间、大功率状况下使用，则滑动变阻器采用限流式接法；待测电阻远小于电压表内阻，采用电流表外接法，故A正确。 根据欧姆定律R＝可知，由于电压表的分流作用而使得圆柱体电阻测量值偏小。 9.答案 （1）C　3　（2）1.8 解析 （1）电路A，定值电阻和热敏电阻并联，Rt两端电压不变，故不能实现电路的控制；电路B，定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，定值电阻分得电压越小，无法实现1、2两端电压大于2 V，控制开关开启，加热系统加热；电路C，定值电阻和热敏电阻串联，温度越低，热敏电阻的阻值越大，热敏电阻分得电压越大，可以实现1、2两端电压大于2 V，控制开关开启，加热系统加热，故实验应选的电路为C。 由表格可知，Rt温度为20.0 ℃时阻值为60×100 Ω＝6 kΩ，由题意可知U12＝E＝×3 V＝2 V，解得R＝3 kΩ。 （2）由题意可知，Rt的温度到达28 ℃时关闭加热系统，此时热敏电阻阻值为4.5 kΩ，则1、2两点间的电压为×4.5 V＝1.8 V，故1、2两端的电压小于1.8 V时，自动关闭加热系统。 10.答案 （1）b　（2）c　（3）B　（4）d　6.0 解析 （1）滑动变阻器采用限流式接法，开关S1闭合前，滑片P应滑到b端，使滑动变阻器接入电路的阻值最大，保护电路。 （2）根据题意可知待测电阻的阻值Rx<10 Ω，满足，所以电流表的分压比较明显，电流表应采用外接法，所以开关S2应拨向c端。 （3）外接法的测量误差主要来源于电压表的分流，故选B。 （4）若电流表内阻Rg＝1.2 Ω，则电流表的分压可以准确计算，所以电流表应采用内接法，开关S2拨向d端；电压表测量电流表和待测电阻的总电压为U＝2.37 V，电流表分压为Ug＝IRg＝0.33×1.2 V＝0.396 V，根据欧姆定律可知待测电阻阻值为Rx＝ Ω＝6.0 Ω。 11.答案 （1）B　（2）①　④　（3）不正确，理由见解析 解析 （1）采用“限流电路”测量约为10 Ω的电阻时，滑动变阻器作为限流元件；若阻值过小，调节滑动变阻器的滑片时，电流变化不明显；若阻值过大，不方便调节滑动变阻器的滑片，当滑动变阻器的滑片有微小变化，电路的电流就会有显著变化；滑动变阻器的阻值与待测电阻相当，既能起到限流作用，又方便调节，故A、C错误，B正确。 （2）分析题图戊可知，图线①的电压调节范围约为0~2 V，为了使电压U调节范围尽量大些，则最应排除的是图线①；图线④在>0.8时，出现了明显的弯曲，使电压U随滑动变阻器的滑片移动趋于均匀变化，则最应排除图线④。 （3）他的观点不正确；根据上述（2）分析可知，当Rm＝1 Ω时，电压调节范围最小，因此当滑动变阻器最大阻值过小时，电压调节范围会过小，用“分压电路”测量电阻时，滑动变阻器的最大阻值Rm并不是越小越好。 学科网（北京）股份有限公司 $