第43讲 实验:观察电容器的充放电现象(专项训练)(湖南专用)2027年高考物理一轮复习讲练测
2026-07-14
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3份
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36页
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资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高三 |
| 章节 | - |
| 类型 | 题集-专项训练 |
| 知识点 | 电容器,电容 |
| 使用场景 | 高考复习-一轮复习 |
| 学年 | 2027-2028 |
| 地区(省份) | 湖南省 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | ZIP |
| 文件大小 | 3.96 MB |
| 发布时间 | 2026-07-14 |
| 更新时间 | 2026-07-14 |
| 作者 | 红外线 |
| 品牌系列 | 上好课·一轮讲练测 |
| 审核时间 | 2026-07-14 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/58801812.html |
| 价格 | 3.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
摘要:
**基本信息**
聚焦电容器充放电实验,以原型实验为基础,创新应用为拓展,构建从原理到实战的递进式训练体系,培养科学探究与科学思维能力。
**专项设计**
|模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑|
|----|-----------|----------|----------|
|教材原型实验|5题|围绕充放电过程、电荷量计算、电阻影响等基础原理|从电容定义式出发,结合I-t图像面积求电荷量,建立电路动态分析模型|
|创新实验|5题|结合传感器、LC振荡、多电容器组合等拓展情境|通过图像分析深化充放电规律,关联电磁振荡周期公式,体现知识迁移|
|重难·创新演练|4题|涉及闪光电路、衰变类比等实际应用|融合电路分析与能量观念,提升复杂情境问题解决能力|
|真题·实战演练|3题|高考真题及模拟题,突出图像数据处理|对接高考命题趋势,强化实验证据分析与结论推导的科学论证能力|
内容正文:
第43讲 实验:观察电容器的充放电现象(专项训练)
⏳题型01 教材原型实验
1.【答案】(1) 充电 3 (2)100 (3)变长
2.【答案】
缩短
3.【【答案】(1)A
(2) 偏小 偏小
4.【答案】
电容器释放的总电量不变,平均电流变大,放电时间变短
5.【答案】(1) (2) 1.0 0.5 (3) 等于
⏳题型02 创新实验
6.【答案】(1)C (2) 不变 400/400.0 /或/0.0024
7.【答案】 放电 = 更小 1100
8.【答案】(1) 正 大 小 (2) (3) B 比值定义法
9.【答案】(1)BD (2) 0.0092 不变
10.【答案】 2.8 3.3 相等 围成的面积等于电容器充放电的总电荷量,而充放电过程总电荷量相同
重难·创新演练
1.【答案】
2【答案】(1)>
(2)17.2
(3)0.10
3.【答案】(1) 188/189/190/191/192
(2) 慢 330 350
(3) 9.4/9.2/9.3/9.5/9.6 0.52/0.53/0.54/0.55/0.56 正
(4) 2.95 电阻消耗或电磁辐射
4.【答案】
真题·实战演练
1.【答案】(1) 2.0 C
(2) B 开关断开时电容器相当于和电压表形成了闭合回路,电压表内阻为几千欧姆,比较大,因此放电电流比较小,电容器放电的过程中其两端电压逐渐减小,直至最终放电结束,电容器带电荷量变为0,电压表示数减为0
2.【答案】(1)见解析 (2)AD (3) 10.0
(4) 3.55
3.【答案】(1)
(2)15.0
(3)2
(4)4.7×1032.8
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第43讲 实验 观察电容器的充放电现象
目录
模拟·基础演练 1
题型01 教材原型实验 1
题型02 创新实验 6
重难·创新演练 12
真题·实战演练 18
模拟·基础演练
考查重点:考查重点主要集中在原型实验的基本原理上
⏳题型01 教材原型实验
1.(2026·湖南省衡阳市·一模)某同学利用图示电路做“观察电容器的充、放电现象”实验,其中电源电动势E=3.0V、内阻不计,电容器的电容C=1mF,定值电阻R=30kΩ,微安表G(量程-150μA~0~150μA,零刻度在表盘中央),内阻不计,单刀双掷开关S。
(1)将开关S拨向1,微安表G的指针迅速向右偏转到某一刻度,然后逐渐向左偏转到零刻度,此过程电容器在________(选填“充电”或“放电”),稳定后电容器所带电荷量为________mC。
(2)S接1,电路稳定后,将开关S拨向2,S拨向2后瞬间回路中的电流为________μA。
(3)若将定值电阻R换为阻值更大的定值电阻,充电过程中指针回到零刻度所需的时间________(选填“变长”“不变”或“变短”)。
【答案】(1) 充电 3 (2)100 (3)变长
【详解】(1)开关S接1时,微安表向右偏转且最终指针指向零刻度,此过程电容器在充电,充电完成时,电容器两极板间的电压等于电源电动势,结合题述可得,稳定后电容器所带电荷量Q=CE=3mC
(2)开关S拨向2后的瞬间,电路中的电流
(3)定值电阻阻值增大时,在电容器两极板间电压相同的情况下,充电电流变小,电容器充电完成后所带的电荷量不变,则充电时间会变长,即指针回到零刻度所需的时间变长。
2.(2026·湖南省张家界市·一模)简易电容器的结构示意图如图所示,用两片锡箔纸做电极,在两层锡箔纸中间夹以电容纸某种绝缘介质并一起卷成圆柱形,然后接出引线,再密封在塑料瓶中,电容器便制成了。
为增加该电容器的电容,应当 单选。
A.换用介电常数小的电容纸
B.让锡箔纸面积尽可能大
C.让电容器的充电时间长一些
采用如图所示的电路测量该电容器电容的大小。电流传感器可以在计算机上显示出电流随时间变化的关系图像。电源电动势,先将开关置于端,对电容器进行充电,电容器充满电后,再把开关置于端,电容器通过电阻放电,放电电流随时间变化的图像如图所示放电电流曲线与横轴间图形面积共包含个小格。电容器充满电后的带电荷量为 ,电容器的电容 。结果均保留两位有效数字
若仅减小电阻的阻值,则电容器的充电或放电时间将 选填“不变”、“延长”或“缩短”。
【答案】
缩短
【解析】由平行板电容器电容,可得换用介电常数小的电容纸,电容减小,故A错误;
B.由平行板电容器电容,可得锡箔纸面积增大,电容增大,故B正确;
C.由平行板电容器电容,可得电容器的电容大小与充电时间无关,故C错误。
故选B。
由图像与坐标轴围成的面积可得带电荷量,一小格代表的电荷量为
总计有个小格,因此带电荷量为
由电容的定义式可知,电容器的电容
(3)若仅减小电阻的阻值,根据闭合电路欧姆定律,可知电容器开始充电或开始放电的电流增大,而充电的总电量或放电的总电量不变,根据,可知电容器的充电或放电时间将缩短。
3.(25-26高三上·湖南衡阳·模拟预测)为研究某可变电容器(电容器的电容大小与正对面积正相关)的充电特性,将之接到如图甲所示的实验电路中,实验开始时电容器不带电,微电流传感器G可以记录电流随时间变化的I-t图像
(1)首先将开关S打向1,这时观察到G有短暂的示数,稳定后旋转旋钮,使电容器正对面积迅速变大,从开始到最终稳定,微电流传感器G记录的I-t图像可能是______。
A. B.
C. D.
(2)利用该电路也能测量电源电动势和内阻,该同学固定电容器正对面积后(电容器可视为理想电容器),先将开关接1,充电稳定后将开关接2,得到微电流传感器的图像,如图乙所示。两次充放电过程中电流峰值分别为I1、I2。若微电流传感器内阻为R,则电源电动势为______,电源内阻为______(用字母“I1、I2、R”表示)。用该方法测量出的电源电动势______真实值,内阻______真实值(选填“大于、等于、小于”)。
【答案】(1)A
(2) 偏小 偏小
【详解】(1)电容器充电时,电流从左到右,刚开始电流比较大,充电结束后,电流为0,电容
当电容器正对面积迅速变大,电容迅速增大,又由
可得电容器的带电量Q增加,故电容器再次充电,电流方向从左到右,充电结束后电流为0,A正确。
故选A。
(2)[1] 电容器充满电后,电容器两端的电压等于电动势,则有
[2] 刚开始充电时,由闭合电路欧姆定律有联立解得电源的内阻为
[3] [4] 由于实际测量中往往不能捕捉到精确的“瞬时最大电流”,造成测得的、均略小于理想值,故用该方法得到的和均会比真实值偏小
4.(2026·江苏省无锡市·月考试卷)某同学利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象,电流传感器与计算机相连,可以显示出电流随时间变化的图像。
为使电源向电容器充电,应将开关与 填“”或“”端相连;
在充电过程中,测绘的充电电流随时间的图像可能是图乙中的 ;
图丙为传感器中电容器放电时的电流随时间的图像,图中每一小方格面积相同,根据图像估算电容器在时间内,释放电荷量的表达式为 用、表示;
图丁中实线是实验得到的放电时的图像,如果不改变电路的其他参数,只减小电阻箱的阻值,则得到的图线是图丁中的 选填“”、“”或“”,理由是 。
【答案】
电容器释放的总电量不变,平均电流变大,放电时间变短
【解析】为使电源向电容器充电,电容器应与电源连接,故应将开关与“”端相连;
充电过程中电容器两端电压逐渐增大,充电电流随时间应逐渐减小至零,故电流随时间的图像可能是图乙中的;
根据图象的含义,因,图线与轴所围成的面积表示电容器放出的电荷量;根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子的电量为,由大于半格算一个,小于半格舍去,因此图象所包含的格子个数为个或个,所以释放的电荷量是或;
应该是,理由是:电容器释放的总电量不变,平均电流变大,放电时间变短。
5..(2026·湖南师大附中月考)某实验小组利用电流传感器观察电容器充放电过程中的电流变化。实验电路如图(a)所示,其中电源电动势、内阻不计,定值电阻,定值电阻,电流传感器内阻忽略不计。
(1)将单刀双掷开关先接1充电,当电容器充满电后,再将单刀双掷开关接到2放电,放电过程中经过的电流方向为________(填“”或“”);
(2)电流传感器记录整个过程中电流随时间变化的图像如图(b)所示,根据元件参数,可计算出图像中的大小为________mA、的大小为________mA;
(3)已知图(b)中内图线与坐标轴围成的面积大小为,则该实验使用的电容器电容大小________F。若考虑电流传感器的内阻,则电容的测量值________真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)。
【答案】(1) (2) 1.0 0.5 (3) 等于
【详解】(1)开关接1充电时,电源正极接电容器上极板,故上极板带正电。开关接2放电时,电容器相当于电源,上极板为正极,电流从上极板流出,经开关流向点,再经过流向点,最后经地线流回电容器下极板。故经过的电流方向为。
(2)[1]充电瞬间(),电容器相当于短路,电路中电流最大,由闭合电路欧姆定律得
[2]放电瞬间(),电容器电压等于电源电动势,回路总电阻为,电流大小
(3)[1]图线与坐标轴围成的面积表示电荷量,即电容器充满电后电压为,由电容定义式得
[2]若考虑电流传感器内阻,充电结束时电路中电流为零,传感器内阻上无电压降,电容器两端电压仍等于电源电动势,故电容测量值等于真实值。
⏳题型02 创新实验
6..(2026·湖南省邵阳市·第一中学月考)利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象。开关未闭合时,电源两端的电压。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,经过一段足够长的时间后,把开关再改接2。实验中使用了电流传感器和电压传感器来采集电流、电压随时间的变化情况。
(1)下列图的四幅图中可能正确反映将S接2后电容器两端电压随时间t变化的图像是________。
A. B.
C. D.
(2)某同学实验中记录了电容器放电的电流I随时间t变化的图像如图乙所示,如果不改变电路其他参数,只减小电阻R的阻值,则此过程的曲线与坐标轴所围成的总面积将_____(选填“增大”“减小”或“不变”)。若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量,则该电容器的电容为______μF。开始放电后经 电流为最大电流的四分之一,则时间内流过电阻R的电荷量为______C。
【答案】(1)C (2) 不变 400/400.0 /或/0.0024
【详解】(1)据对电阻R,由欧姆定律
电容器两端电压-t图像与放电时的I-t图像相似,故选C。
(2)[1] [2] 因曲线与坐标轴所围成的总面积表示放电时的电荷量,在不改变电路其他参数,只减小电阻R的阻值,由
则此过程的总面积将不变,又
[3] 经 电流为最大电流的四分之一,由欧姆定律则
则时间内流过电阻R的电荷量为
7.(2026湖南岳职实验中学月考)某同学利用自制传感器探究电容器的充放电现象。简化电路图如图(a)所示。
(1)按照图(a)完成电路连接。实验所用电源输出的电压恒定不变。打开手机端的物理工坊应用程序,使手机通过蓝牙与电压、电流传感器建立连接,该应用程序可实时展示电压、电流随时间的变化曲线。本实验中电压传感器和电流传感器均视为理想电表,且电容器在充电前不带电。
(2)进行实验操作,给电容充电、放电,得到图(b)、图(c)中的实线图像。图(c)中实线图像时刻为________过程(填“充电”或“放电”)。图(b)为图像,其中与轴围成的面积分别为、,则________(填“>”“=”或“<”)。为了探究不同电阻情况下电容器电压随时间的变化规律,该同学更换电阻后再次进行实验,得到的图像为图(c)中的虚线,则第二次实验更换了一个阻值________的电阻(填“更大”或“更小”)。
(3)图(b)是未更换电阻时电容充放电得到的图像,不考虑电容器的容抗,则未更换前电阻________。
【答案】 放电 = 更小 1100
【详解】(2)[1]由图(c)可知,在时间段内,电容器两端电压随时间从逐渐减小到,说明电容器正在释放电荷,故为放电过程。
[2]图(b)中图像与时间轴围成的面积表示流过的电荷量,表示充电过程充入的电荷量,表示放电过程放出的电荷量的绝对值,根据电荷守恒,充入的电荷量等于放出的电荷量,故。
[3]由可知,初始时刻,电流,虚线斜率大说明初始电流大,故电阻更小。
(3)[4]由图(c)可知,电容器充电完毕后的最大电压即电源电动势。由图(b)可知,充电开始瞬间的电流,在充电瞬间,根据解得。
8.(2026湖南二模)某实验小组利用图甲所示实验电路图研究电容器的充放电现象以及探究电容器所带电荷量与电压间的关系。
(1)实验小组先按照图甲所示将装置连接好,把开关置于1使得电源对电容器进行充电,则充电过程电容器的上极板带______(选填“正”或“负”)电,数字电压表读数变______(选填“大”或“小”),数字电流表读数变______(选填“大”或“小”)。
(2)充电完毕后,将电流表换成电流传感器,随后把开关置于2,由传感器可得放电过程电流随时间变化的情况如图乙所示,则电容器释放的电荷量约为___(保留两位有效数字)。
(3)为了进一步探究电容器所带电荷量与电压间的关系,实验小组再次按照图甲所示连接实验装置,电容器与电容器完全相同,实验操作步骤如下:
①将单刀双掷开关接1,电源对电容器进行充电,读出电压表数据;
②将单刀双掷开关接2,电容器中电荷有一半平分给电容器,再次读出电压表数据;
③断开开关,闭合开关,使得电容器放电,直到带电量为零,然后断开;
④重复步骤②③,使得电荷不断被平分;
⑤将所得数据拟合得到如图乙所示的图像,图像中纵轴代表电压,则横轴代表______;
A.电容器所带的具体电荷量
B.电容器所带电荷量与初始带电量的比值
⑥得到结论:电容器所带电荷量与电压成正比,从而定义电容,定义该物理量的方法为______。
【答案】(1) 正 大 小 (2) (3) B 比值定义法
【详解】(1)[1]开关接1时,电源正极连接电容器上极板,因此充电时上极板带正电;
[2]充电过程中,电容器积累电荷,两端电压逐渐升高,最终接近电源电动势,因此电压表读数变大;
[3]随着电容器极板电荷增加,充电电流逐渐减小,因此电流表读数变小。
(2)放电过程图线与坐标轴围成的面积就是电容器释放的总电荷量,数图中格子计算面积,每个小格代表的电荷量约为,总格子数约40个,总电荷量约为。
(3)实验中每次将电容器A的电荷平分给完全相同的电容器B,再将B放电,重复操作后,只能得到电容器A所带电荷量与初始电荷量的比值,无法得到具体的电荷量;且由
可知电压与比值成正比,符合给出的线性图像,因此选B。
9.电容电池具有无污染、寿命长、充电速度快等诸多优点而广泛应用。某同学想要用电流传感器探究电容电池特性,探究电路如图甲。
(1)第一次探究中,先将开关接1,待电路稳定后再接2.已知电流从上向下流过电流传感器时,电流为正,则电容器充放电过程中的和图像是_____________。
A. B.
C. D.
(2)第二次探究,该同学先将开关接1给电容器充电,待电路稳定后再接3,探究LC振荡电路的电流变化规律。
①实验小组得到的振荡电路电流波形图像,选取了开关接3之后的LC振荡电流的部分图像,如图乙,根据图像中A、B点坐标可知,振荡电路的周期_________s(结果保留两位有效数字)。
②如果使用电动势更小的电源给电容器充电,则LC振荡电路的频率将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
③已知电源电动势,测得充电过程图像的面积为,以及振荡电路的周期,可以得到电感线圈的电感表达式_________。(用测得的已知量表示)
【答案】(1)BD (2) 0.0092 不变
【详解】(1)AB.第一次探究过程为先给电容器充电,后电容器通过R放电,给电容器充电过程中电流从上向下流过传感器,即为正,由于充电后电容器右极板带正电,电容器通过R放电时,电流从下向上流过传感器,即为负,故A错误,B正确;
CD.给电容器充电和电容器放电,通过电压传感器的电流方向均为从右向左,都为正,故C错误,D正确。
故选BD。
(2)①[1]由图乙可知。
②[2]由振荡周期可知,如果使用电动势更大的电源给电容器充电,则LC振荡电路的周期不变,则频率也不变。
③[3]充电过程图像的面积为,则有可得振荡周期可得
10.(25-26高三上·广东·模拟预测)某老师用自制的数字化信息系统(DIS)指导学生完成创新实验“观察电容器充放电现象,并测量干电池的电动势和内阻”。图1是实验的实物图和简化电路结构图。
实验步骤:
(1)按图1连接好电路图,图中电源由两节旧的干电池串联而成。打开手机物理工坊APP,让手机通过蓝牙与DIS系统连接,手机物理工坊APP上可实时显示电压传感器和电流传感器采集到的电压和电流随时间变化的情况,如图2所示。电压、电流传感器可视为理想电表,充电前电容器不带电。
(2)观察电容器充电:将双掷开关拨至______端(填“”或“”),电容器开始充电,通过、图可观察到电容器充电过程中其两端电压和电路中电流的变化情况。根据图3可得两节干电池的总电势______V。
(3)观察电容器放电:待充电完成后,把双掷开关拨至另一端,电容器开始放电,通过、图可观察到电容器放电过程中其两端电压和电路中电流的变化情况。根据图3求得两节干电池的总内阻____________(结果保留两位有效数字)。
(4)在图3的图像中,、分别为充、放电的时间段,这两个时间段的图线与时间轴围成的面积______(填“相等”或“不相等”),原因是:______________________________。
【答案】 2.8 3.3 相等 围成的面积等于电容器充放电的总电荷量,而充放电过程总电荷量相同
【详解】(2)[1]观察电容器充电:将双掷开关拨至端,电容器开始充电;
[2]根据图3可得两节干电池的总电势2.8V。
(3)[3]根据图3可知电容器刚开始充电时 电容器刚开始放电时可得电源内阻r=3.3Ω。
(4)[4][5]根据Q=It可知,在图3的图像中,图像与坐标轴围成的面积等于电容器的带电量,可知、分别为充、放电的时间段,这两个时间段的图线与时间轴围成的面积相等,原因是:围成的面积等于电容器充放电的总电荷量,而充放电过程总电荷量相同。
重难·创新演练
设题创新:结合照相机闪光电路考查充放电现象(T15);类比氡元素衰变考查放电时间和结合振动电路考查LC振荡周期(T16)。。
1.(2026·山东省·模拟题)某实验小组利用图所示电路测量一电容器的电容,实验器材有:待测电容器电容标称值、节干电池、定值电阻、电压传感器、电流传感器、计算机、单刀双掷开关、导线若干。
请回答下列问题:
按图连接实物电路。先将开关从端拨至端,电源对电容器充电;再将开关拨至端,电容器放电。传感器将信息即时输入计算机,屏幕上显示出如图所示的电流、电压随时间变化的图线、图线,则曲线 选填“”“”“”“”表示电容器充电过程的图线,曲线 选填“”“”“”“”表示电容器放电过程的图线。
已知每节干电池的电动势为,为了完成上述实验,至少需要将 节干电池串联作为电源。
根据图估算当电容器充电完毕时所带的电荷量是 ,计算电容器的电容 ,该值与的差异为 。结果均保留位有效数字
【答案】
【解析】充电过程,电压逐渐增大,且增大得越来越慢,故充电过程电压随时间变化的图线为;放电过程电压逐渐变小,减小得越来越慢,电容器放电,放电电流与充电电流方向相反,电流逐渐变小,且减小得越来越慢,故放电过程电流随时间变化的图像为。
由题图可以看出,充电完成时,电容器两端电压约为,设至少需要将节干电池串联作为电源,,至少需要将节干电池串联作为电源。
由题图图线表示电容器放电过程的图线,图线与横坐标轴围的面积表示放电的总电荷量,即电容器充电完毕时所带的电荷量
电容器的电容为
该值与的差异为。
2.(25-26高三上·重庆·模拟预测)如图甲所示为照相机闪光电路图,其中左边部分电路通过升压电路使C2两端获得几百伏高压,右边部分电路是触发电路,按下K2开关电容器放电使闪光灯发出耀眼的光。此电路原理可简化为如图乙所示电路:图中R=500Ω,电源(内阻不计)经升压为E=300V,开关打到a端即为充电,打到b端看作触发电路工作,测得放电电流如图丙所示。
(1)闪光时电阻R两端电势关系φM_______φN(填“>”或“<”)。
(2)开关打到b端的瞬间闪光管的电阻为_____________Ω(保留一位小数)。
(3)试估算电容器的电容为_____μF(保留两位小数)。
【答案】(1)>
(2)17.2
(3)0.10
【详解】(1)闪光时电容器放电,因上极板带正电,可知电阻R两端电势关系φM>φN。
(2)开关打到b端的瞬间,回路瞬时电流为0.58A,则闪光管的电阻
(3)因I-t图像的面积等于电容器的带电量,则Q=76×0.02×0.2×10-4C=3.04×10-5C
可得
3.(2026·浙江·模拟预测)某同学为完成电容器系列实验,准备了如下器材:一只电解电容器(标称、25V)、一块电池(标称9V)、一个定值电阻(标称)、一块灵敏电流表(量程,内阻)、一块数字多用电表(选用直流20V挡,内阻为)、一只电感(标称)、一只电压传感器及电脑、一块机械秒表、开关和导线若干。
(1)在“观察电容器的充电现象”实验中,图1是准备过程中的器材及连接方式的局部照片,除黑表笔外,电池、开关等均已连接完毕;图2是测量过程中的灵敏电流表照片,读数为______。实验观察到,灵敏电流表的示数开始阶段逐渐减小,但减小到左右就不再变化。请根据这一现象判断测量过程中黑表笔实际接触的是______(在“—”和“”)接线柱。
(2)利用图1电路完成“观察电容器的放电过程”实验,断开开关,利用多用电表的内阻放电。实验时,在多用电表旁边摆放一只机械秒表,读取多组电压值和对应时刻,作出如图3所示的图线,可以看出,电压越小电压变化越______(选填“快”或“慢”)。该同学发现图线与课本上氡元素衰变的图线非常相似,则该放电过程的“半衰期”大约是______s。
(3)利用图3完成“探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系”实验。时电容的放电电流为______(保留两位有效数字)。由图线得下表:
时间范围
电压变化
电量变化
0.86mC
0.69mC
其中,之间的电量变化是______mC(保留两位有效数字)。分析表格数据可知,在误差允许范围内,与成______(选填“正”或“反”)比。
(4)在“观察振荡电路中电压的波形”实验中,电路如图4所示,将电压传感器接到电容器的两端。根据图中参数,振荡周期的理论值为______ms(保留三位有效数字)。先将开关打到1,稳定后再打到2,得到如图5所示的波形,振幅衰减的可能原因是________________________。
【答案】(1) 188/189/190/191/192
(2) 慢 330 350
(3) 9.4/9.2/9.3/9.5/9.6 0.52/0.53/0.54/0.55/0.56 正
(4) 2.95 电阻消耗或电磁辐射
【详解】(1)[1]由图可知,灵敏电流表的分度值为10,所以读数为;
[2]由题意可知,当电容器充电完成后,电容器没有电流通过,但依然有电流通过灵敏电流计,所以电路为灵敏电流计的外接,即黑表笔实际接触的是接线柱。
(2)[1]图线的斜率表示电压变化的快慢,由图可知,斜率越来越小,所以电压越小电压变化越慢;
[2]由图可知,电压从8V降低到4V所用时间为
所以该放电过程的“半衰期”大约是350s。
(3)[1]因为断开开关,利用多用电表的内阻放电。由图3可知,时电容器两端的电压为
此时的放电电流为
[2][3]分析前两组数据可知,在误差允许的范围内与的比值近似相等,即在误差允许范围内,与成正比;根据
代入数据,解得
(3)
[1]振荡周期的理论值为
[2]振幅衰减的原因是能量损失,可能是电阻消耗或电磁辐射。
4.(2026·河南省·期末考试)某学校物理兴趣小组的同学利用如图所示的电路来研究电容器的充、放电过程。图中和是两个完全相同的电容器,电流传感器的内阻忽略不计,初始时电容器所带电荷量均为。
某次充电、放电实验时,闭合,将开关拨至,待电容器充电完成后,将开关拨至,流经电流传感器的电流随时间的变化规律如图所示。已知电源电压为,充电过程中的图像所围的面积为,则电容器的电容 ,若放电过程中的图像所围的面积为,则 。
某次实验时,先闭合,将开关拨至,待电容器充电完成后,将开关拨至,放电过程电流随时间的变化规律如图所示,图中阴影部分面积约为个小正方形面积。然后断开,将开关拨至,待电容器充电完成后,将开关拨至,放电过程中流过电阻的电荷量为 ,若电源的电压为,则电容器的电容为 。
【答案】
【解析】由图像可知,图像所围的面积就是充电完成后电容器储存的电荷量,此时电容器两极板间的电压为电源电压,故;
放电过程中的图像所围的面积代表放电过程中电容器释放的电荷量,与充电时所带电荷量相同,。
每个小方格对应的电荷量,电容器储存的电荷量,电容器的电容为。
开关断开,开关由拨至时,电容器、平均分配电荷,电容器减少的电荷都通过向充电,。
真题·实战演练
高频考点:观察电容器的充放电现象创新实验。
1.(2026·河北·高考真题)(1)某同学用弹簧测力计探究作用力和反作用力的关系。将甲、乙两测力计水平连接在一起,测力左侧固定,用手向右缓慢拉测力计乙。拉至某位置时两测力计示数如图所示。
测力计乙的读数是__________N。
②实验中发现两测力计示数总是明显不同、原因可能是__________。(单选)
A.两测力计的量程不同
B.两测力计弹簧的材质不同
C. 使用测力计前未正确调零
(2)图为探究电容器充、放电实验的电路图,实验选用内阻为几千欧姆的电压表和内阻很小且零刻度的电流表,
①实验时将开关S接1端,可观察到电流表指针__________(填字母,“A.迅速偏转到某位置后稳定不动”或“B.迅速偏转到某位置后往回偏转”),同时电压表指针偏转到某位置后稳定不动。
现将S与1端断开,但尚未与2端连接,此时发现电压表的指针逐渐向零刻度偏转。经检查器材完好,线路连接正确,出现此现象的原因可能是____________________。
【答案】(1) 2.0 C
(2) B 开关断开时电容器相当于和电压表形成了闭合回路,电压表内阻为几千欧姆,比较大,因此放电电流比较小,电容器放电的过程中其两端电压逐渐减小,直至最终放电结束,电容器带电荷量变为0,电压表示数减为0
【详解】(1)①由图可知弹簧测力计的分度值为0.2N,需要读到同分位,因此读数为2.0N。
②探究作用力和反作用力的关系实验中,根据牛顿第三定律可知作用力和反作用力总是大小相等,,量程和弹簧测力计弹簧的材质都不影响其示数的准确性,两个测力计示数总是明显不同原因可能是测力计未正确调零。
故选C。
(2)①电容器充电过程中,开关闭合时充电电流瞬间达到较大的值,然后又逐渐减小,充电完成时,电流为0,因此观察到的现象是电流表指针迅速偏转到某位置后往回偏转。
故选B。
②观察题图可以发现,开关断开时电容器相当于和电压表形成了闭合回路,电压表内阻为几千欧姆,比较大,因此放电电流比较小,电容器放电的过程中其两端电压逐渐减小,直至最终放电结束,电容器带电荷量变为0,电压表示数减为0。
2.(2026·河南·高考真题)某实验小组探究电容器充放电特性并测量新能源电池的电动势,图1为设计的电路原理图。实验器材有:电池(电动势,内阻不计),定值电阻、(阻值均未知),电容器,电流传感器(内阻可忽略),电压传感器(内阻很大),数据采集分析系统,开关S,导线若干等。完成下列问题:
(1)根据图1所示原理图,完成图2中实物图的连线。
(2)使电流传感器和电压传感器正常工作,闭合S,给电容器充电,直至电压传感器示数稳定。然后断开S,电容器放电。图中A、B、C、D为电流传感器和电压传感器采集的电流-时间()和电压-时间()图像,属于充电过程的是__________(填写图像对应的标号)。
A. B.
C. D.
(3)经数据采集分析系统合成,得到电容器在充放电过程中的图像,如图3所示。设放电过程PQ段的斜率为,由图作直线可得__________(保留3位有效数字),其对应于__________的阻值(填“”或“”)。
(4)对充电过程MN段,设流经、的电流分别为和,则。电容器两端电压可表示为,其中斜率__________(用、表示),截距__________(用、、 表示)。由图3作直线求出和,得________V(保留3位有效数字)。
【答案】(1)见解析 (2)AD (3) 10.0
(4) 3.55
【详解】(1)根据电路图可知实物连接图如图所示
(2)AB.充电电流初始最大,逐渐衰减到0(方向为正),故A正确,B错误;
CD.电容器电压从0逐渐升高,最终稳定在最终稳定在两端的分压值,故C错误,D正确。
故选AD。
(3)[1][2]根据题图可得斜率的绝对值
放电时,电容器仅通过放电,即其对应于的阻值。
(4)[1][2]充电时,有
又,联立可得
与对比可知,
[3]根据题图可得,
解得。
3.(2024·广西·高考真题)某同学为探究电容器充、放电过程,设计了图甲实验电路。器材如下:电容器,电源E(电动势6V,内阻不计),电阻R1=400.0Ω,电阻R2=200.0Ω,电流传感器,开关S1、S2,导线若干。实验步骤如下:
(1)断开S1、S2,将电流传感器正极与a节点相连,其数据采样频率为5000Hz,则采样周期为____s;
(2)闭合S1,电容器开始充电,直至充电结束,得到充电过程的I—t曲线如图乙,由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为_____mA(结果保留3位有效数字);
(3)保持S1闭合,再闭合S2,电容器开始放电,直至放电结束,则放电结束后电容器两极板间电压为_____V;
(4)实验得到放电过程的I—t曲线如图丙,I—t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0188C,则电容器的电容C为_____μF。图丙中I—t曲线与横坐标、直线t=1s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0038C,则t=1s时电容器两极板间电压为_____V(结果保留2位有效数字)。
【答案】(1)
(2)15.0
(3)2
(4)4.7×1032.8
【解析】(1)采样周期为
(2)由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0mA;
(3)放电结束后电容器两极板间电压等于R2两端电压,根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为
(4)[1]充电结束后电容器两端电压为,故可得
解得
[2]设t=1s时电容器两极板间电压为,得
代入数值解得
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第43讲 实验 观察电容器的充放电现象
目录
模拟·基础演练 1
题型01 教材原型实验 1
题型02 创新实验 6
重难·创新演练 12
真题·实战演练 18
模拟·基础演练
考查重点:考查重点主要集中在原型实验的基本原理上
⏳题型01 教材原型实验
1.(2026·湖南省衡阳市·一模)某同学利用图示电路做“观察电容器的充、放电现象”实验,其中电源电动势E=3.0V、内阻不计,电容器的电容C=1mF,定值电阻R=30kΩ,微安表G(量程-150μA~0~150μA,零刻度在表盘中央),内阻不计,单刀双掷开关S。
(1)将开关S拨向1,微安表G的指针迅速向右偏转到某一刻度,然后逐渐向左偏转到零刻度,此过程电容器在________(选填“充电”或“放电”),稳定后电容器所带电荷量为________mC。
(2)S接1,电路稳定后,将开关S拨向2,S拨向2后瞬间回路中的电流为________μA。
(3)若将定值电阻R换为阻值更大的定值电阻,充电过程中指针回到零刻度所需的时间________(选填“变长”“不变”或“变短”)。
2.(2026·湖南省张家界市·一模)简易电容器的结构示意图如图所示,用两片锡箔纸做电极,在两层锡箔纸中间夹以电容纸某种绝缘介质并一起卷成圆柱形,然后接出引线,再密封在塑料瓶中,电容器便制成了。
为增加该电容器的电容,应当 单选。
A.换用介电常数小的电容纸
B.让锡箔纸面积尽可能大
C.让电容器的充电时间长一些
采用如图所示的电路测量该电容器电容的大小。电流传感器可以在计算机上显示出电流随时间变化的关系图像。电源电动势,先将开关置于端,对电容器进行充电,电容器充满电后,再把开关置于端,电容器通过电阻放电,放电电流随时间变化的图像如图所示放电电流曲线与横轴间图形面积共包含个小格。电容器充满电后的带电荷量为 ,电容器的电容 。结果均保留两位有效数字
若仅减小电阻的阻值,则电容器的充电或放电时间将 选填“不变”、“延长”或“缩短”。
3.(25-26高三上·湖南衡阳·模拟预测)为研究某可变电容器(电容器的电容大小与正对面积正相关)的充电特性,将之接到如图甲所示的实验电路中,实验开始时电容器不带电,微电流传感器G可以记录电流随时间变化的I-t图像
(1)首先将开关S打向1,这时观察到G有短暂的示数,稳定后旋转旋钮,使电容器正对面积迅速变大,从开始到最终稳定,微电流传感器G记录的I-t图像可能是______。
A. B.
C. D.
(2)利用该电路也能测量电源电动势和内阻,该同学固定电容器正对面积后(电容器可视为理想电容器),先将开关接1,充电稳定后将开关接2,得到微电流传感器的图像,如图乙所示。两次充放电过程中电流峰值分别为I1、I2。若微电流传感器内阻为R,则电源电动势为______,电源内阻为______(用字母“I1、I2、R”表示)。用该方法测量出的电源电动势______真实值,内阻______真实值(选填“大于、等于、小于”)。
4.(2026·江苏省无锡市·月考试卷)某同学利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象,电流传感器与计算机相连,可以显示出电流随时间变化的图像。
为使电源向电容器充电,应将开关与 填“”或“”端相连;
在充电过程中,测绘的充电电流随时间的图像可能是图乙中的 ;
图丙为传感器中电容器放电时的电流随时间的图像,图中每一小方格面积相同,根据图像估算电容器在时间内,释放电荷量的表达式为 用、表示;
图丁中实线是实验得到的放电时的图像,如果不改变电路的其他参数,只减小电阻箱的阻值,则得到的图线是图丁中的 选填“”、“”或“”,理由是 。
5..(2026·湖南师大附中月考)某实验小组利用电流传感器观察电容器充放电过程中的电流变化。实验电路如图(a)所示,其中电源电动势、内阻不计,定值电阻,定值电阻,电流传感器内阻忽略不计。
(1)将单刀双掷开关先接1充电,当电容器充满电后,再将单刀双掷开关接到2放电,放电过程中经过的电流方向为________(填“”或“”);
(2)电流传感器记录整个过程中电流随时间变化的图像如图(b)所示,根据元件参数,可计算出图像中的大小为________mA、的大小为________mA;
(3)已知图(b)中内图线与坐标轴围成的面积大小为,则该实验使用的电容器电容大小________F。若考虑电流传感器的内阻,则电容的测量值________真实值(选填“大于”“小于”或“等于”)。
⏳题型02 创新实验
6..(2026·湖南省邵阳市·第一中学月考)利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象。开关未闭合时,电源两端的电压。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,经过一段足够长的时间后,把开关再改接2。实验中使用了电流传感器和电压传感器来采集电流、电压随时间的变化情况。
(1)下列图的四幅图中可能正确反映将S接2后电容器两端电压随时间t变化的图像是________。
A. B.
C. D.
(2)某同学实验中记录了电容器放电的电流I随时间t变化的图像如图乙所示,如果不改变电路其他参数,只减小电阻R的阻值,则此过程的曲线与坐标轴所围成的总面积将_____(选填“增大”“减小”或“不变”)。若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量,则该电容器的电容为______μF。开始放电后经 电流为最大电流的四分之一,则时间内流过电阻R的电荷量为______C。
7.(2026湖南岳职实验中学月考)某同学利用自制传感器探究电容器的充放电现象。简化电路图如图(a)所示。
(1)按照图(a)完成电路连接。实验所用电源输出的电压恒定不变。打开手机端的物理工坊应用程序,使手机通过蓝牙与电压、电流传感器建立连接,该应用程序可实时展示电压、电流随时间的变化曲线。本实验中电压传感器和电流传感器均视为理想电表,且电容器在充电前不带电。
(2)进行实验操作,给电容充电、放电,得到图(b)、图(c)中的实线图像。图(c)中实线图像时刻为________过程(填“充电”或“放电”)。图(b)为图像,其中与轴围成的面积分别为、,则________(填“>”“=”或“<”)。为了探究不同电阻情况下电容器电压随时间的变化规律,该同学更换电阻后再次进行实验,得到的图像为图(c)中的虚线,则第二次实验更换了一个阻值________的电阻(填“更大”或“更小”)。
(3)图(b)是未更换电阻时电容充放电得到的图像,不考虑电容器的容抗,则未更换前电阻________。
8.(2026湖南二模)某实验小组利用图甲所示实验电路图研究电容器的充放电现象以及探究电容器所带电荷量与电压间的关系。
(1)实验小组先按照图甲所示将装置连接好,把开关置于1使得电源对电容器进行充电,则充电过程电容器的上极板带______(选填“正”或“负”)电,数字电压表读数变______(选填“大”或“小”),数字电流表读数变______(选填“大”或“小”)。
(2)充电完毕后,将电流表换成电流传感器,随后把开关置于2,由传感器可得放电过程电流随时间变化的情况如图乙所示,则电容器释放的电荷量约为___(保留两位有效数字)。
(3)为了进一步探究电容器所带电荷量与电压间的关系,实验小组再次按照图甲所示连接实验装置,电容器与电容器完全相同,实验操作步骤如下:
①将单刀双掷开关接1,电源对电容器进行充电,读出电压表数据;
②将单刀双掷开关接2,电容器中电荷有一半平分给电容器,再次读出电压表数据;
③断开开关,闭合开关,使得电容器放电,直到带电量为零,然后断开;
④重复步骤②③,使得电荷不断被平分;
⑤将所得数据拟合得到如图乙所示的图像,图像中纵轴代表电压,则横轴代表______;
A.电容器所带的具体电荷量
B.电容器所带电荷量与初始带电量的比值
⑥得到结论:电容器所带电荷量与电压成正比,从而定义电容,定义该物理量的方法为______。
9.电容电池具有无污染、寿命长、充电速度快等诸多优点而广泛应用。某同学想要用电流传感器探究电容电池特性,探究电路如图甲。
(1)第一次探究中,先将开关接1,待电路稳定后再接2.已知电流从上向下流过电流传感器时,电流为正,则电容器充放电过程中的和图像是_____________。
A. B.
C. D.
(2)第二次探究,该同学先将开关接1给电容器充电,待电路稳定后再接3,探究LC振荡电路的电流变化规律。
①实验小组得到的振荡电路电流波形图像,选取了开关接3之后的LC振荡电流的部分图像,如图乙,根据图像中A、B点坐标可知,振荡电路的周期_________s(结果保留两位有效数字)。
②如果使用电动势更小的电源给电容器充电,则LC振荡电路的频率将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
③已知电源电动势,测得充电过程图像的面积为,以及振荡电路的周期,可以得到电感线圈的电感表达式_________。(用测得的已知量表示)
(25-26高三上·广东·模拟预测)某老师用自制的数字化信息系统(DIS)指导学生完成创新实验“观察电容器充放电现象,并测量干电池的电动势和内阻”。图1是实验的实物图和简化电路结构图。
实验步骤:
(1)按图1连接好电路图,图中电源由两节旧的干电池串联而成。打开手机物理工坊APP,让手机通过蓝牙与DIS系统连接,手机物理工坊APP上可实时显示电压传感器和电流传感器采集到的电压和电流随时间变化的情况,如图2所示。电压、电流传感器可视为理想电表,充电前电容器不带电。
(2)观察电容器充电:将双掷开关拨至______端(填“”或“”),电容器开始充电,通过、图可观察到电容器充电过程中其两端电压和电路中电流的变化情况。根据图3可得两节干电池的总电势______V。
(3)观察电容器放电:待充电完成后,把双掷开关拨至另一端,电容器开始放电,通过、图可观察到电容器放电过程中其两端电压和电路中电流的变化情况。根据图3求得两节干电池的总内阻____________(结果保留两位有效数字)。
(4)在图3的图像中,、分别为充、放电的时间段,这两个时间段的图线与时间轴围成的面积______(填“相等”或“不相等”),原因是:______________________________。
重难·创新演练
设题创新:结合照相机闪光电路考查充放电现象(T15);类比氡元素衰变考查放电时间和结合振动电路考查LC振荡周期(T16)。。
1.(2026·山东省·模拟题)某实验小组利用图所示电路测量一电容器的电容,实验器材有:待测电容器电容标称值、节干电池、定值电阻、电压传感器、电流传感器、计算机、单刀双掷开关、导线若干。
请回答下列问题:
按图连接实物电路。先将开关从端拨至端,电源对电容器充电;再将开关拨至端,电容器放电。传感器将信息即时输入计算机,屏幕上显示出如图所示的电流、电压随时间变化的图线、图线,则曲线 选填“”“”“”“”表示电容器充电过程的图线,曲线 选填“”“”“”“”表示电容器放电过程的图线。
已知每节干电池的电动势为,为了完成上述实验,至少需要将 节干电池串联作为电源。
根据图估算当电容器充电完毕时所带的电荷量是 ,计算电容器的电容 ,该值与的差异为 。结果均保留位有效数字
2.(25-26高三上·重庆·模拟预测)如图甲所示为照相机闪光电路图,其中左边部分电路通过升压电路使C2两端获得几百伏高压,右边部分电路是触发电路,按下K2开关电容器放电使闪光灯发出耀眼的光。此电路原理可简化为如图乙所示电路:图中R=500Ω,电源(内阻不计)经升压为E=300V,开关打到a端即为充电,打到b端看作触发电路工作,测得放电电流如图丙所示。
(1)闪光时电阻R两端电势关系φM_______φN(填“>”或“<”)。
(2)开关打到b端的瞬间闪光管的电阻为_____________Ω(保留一位小数)。
(3)试估算电容器的电容为_____μF(保留两位小数)。
3.(2026·浙江·模拟预测)某同学为完成电容器系列实验,准备了如下器材:一只电解电容器(标称、25V)、一块电池(标称9V)、一个定值电阻(标称)、一块灵敏电流表(量程,内阻)、一块数字多用电表(选用直流20V挡,内阻为)、一只电感(标称)、一只电压传感器及电脑、一块机械秒表、开关和导线若干。
(1)在“观察电容器的充电现象”实验中,图1是准备过程中的器材及连接方式的局部照片,除黑表笔外,电池、开关等均已连接完毕;图2是测量过程中的灵敏电流表照片,读数为______。实验观察到,灵敏电流表的示数开始阶段逐渐减小,但减小到左右就不再变化。请根据这一现象判断测量过程中黑表笔实际接触的是______(在“—”和“”)接线柱。
(2)利用图1电路完成“观察电容器的放电过程”实验,断开开关,利用多用电表的内阻放电。实验时,在多用电表旁边摆放一只机械秒表,读取多组电压值和对应时刻,作出如图3所示的图线,可以看出,电压越小电压变化越______(选填“快”或“慢”)。该同学发现图线与课本上氡元素衰变的图线非常相似,则该放电过程的“半衰期”大约是______s。
(3)利用图3完成“探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系”实验。时电容的放电电流为______(保留两位有效数字)。由图线得下表:
时间范围
电压变化
电量变化
0.86mC
0.69mC
其中,之间的电量变化是______mC(保留两位有效数字)。分析表格数据可知,在误差允许范围内,与成______(选填“正”或“反”)比。
(4)在“观察振荡电路中电压的波形”实验中,电路如图4所示,将电压传感器接到电容器的两端。根据图中参数,振荡周期的理论值为______ms(保留三位有效数字)。先将开关打到1,稳定后再打到2,得到如图5所示的波形,振幅衰减的可能原因是________________________。
4.(2026·河南省·期末考试)某学校物理兴趣小组的同学利用如图所示的电路来研究电容器的充、放电过程。图中和是两个完全相同的电容器,电流传感器的内阻忽略不计,初始时电容器所带电荷量均为。
某次充电、放电实验时,闭合,将开关拨至,待电容器充电完成后,将开关拨至,流经电流传感器的电流随时间的变化规律如图所示。已知电源电压为,充电过程中的图像所围的面积为,则电容器的电容 ,若放电过程中的图像所围的面积为,则 。
某次实验时,先闭合,将开关拨至,待电容器充电完成后,将开关拨至,放电过程电流随时间的变化规律如图所示,图中阴影部分面积约为个小正方形面积。然后断开,将开关拨至,待电容器充电完成后,将开关拨至,放电过程中流过电阻的电荷量为 ,若电源的电压为,则电容器的电容为 。
真题·实战演练
高频考点:观察电容器的充放电现象创新实验。
1.(2026·河北·高考真题)(1)某同学用弹簧测力计探究作用力和反作用力的关系。将甲、乙两测力计水平连接在一起,测力左侧固定,用手向右缓慢拉测力计乙。拉至某位置时两测力计示数如图所示。
测力计乙的读数是__________N。
②实验中发现两测力计示数总是明显不同、原因可能是__________。(单选)
A.两测力计的量程不同
B.两测力计弹簧的材质不同
C. 使用测力计前未正确调零
(2)图为探究电容器充、放电实验的电路图,实验选用内阻为几千欧姆的电压表和内阻很小且零刻度的电流表,
①实验时将开关S接1端,可观察到电流表指针__________(填字母,“A.迅速偏转到某位置后稳定不动”或“B.迅速偏转到某位置后往回偏转”),同时电压表指针偏转到某位置后稳定不动。
现将S与1端断开,但尚未与2端连接,此时发现电压表的指针逐渐向零刻度偏转。经检查器材完好,线路连接正确,出现此现象的原因可能是____________________。
2.(2026·河南·高考真题)某实验小组探究电容器充放电特性并测量新能源电池的电动势,图1为设计的电路原理图。实验器材有:电池(电动势,内阻不计),定值电阻、(阻值均未知),电容器,电流传感器(内阻可忽略),电压传感器(内阻很大),数据采集分析系统,开关S,导线若干等。完成下列问题:
(1)根据图1所示原理图,完成图2中实物图的连线。
(2)使电流传感器和电压传感器正常工作,闭合S,给电容器充电,直至电压传感器示数稳定。然后断开S,电容器放电。图中A、B、C、D为电流传感器和电压传感器采集的电流-时间()和电压-时间()图像,属于充电过程的是__________(填写图像对应的标号)。
A. B.
C. D.
(3)经数据采集分析系统合成,得到电容器在充放电过程中的图像,如图3所示。设放电过程PQ段的斜率为,由图作直线可得__________(保留3位有效数字),其对应于__________的阻值(填“”或“”)。
(4)对充电过程MN段,设流经、的电流分别为和,则。电容器两端电压可表示为,其中斜率__________(用、表示),截距__________(用、、 表示)。由图3作直线求出和,得________V(保留3位有效数字)。
3.(2024·广西·高考真题)某同学为探究电容器充、放电过程,设计了图甲实验电路。器材如下:电容器,电源E(电动势6V,内阻不计),电阻R1=400.0Ω,电阻R2=200.0Ω,电流传感器,开关S1、S2,导线若干。实验步骤如下:
(1)断开S1、S2,将电流传感器正极与a节点相连,其数据采样频率为5000Hz,则采样周期为____s;
(2)闭合S1,电容器开始充电,直至充电结束,得到充电过程的I—t曲线如图乙,由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为_____mA(结果保留3位有效数字);
(3)保持S1闭合,再闭合S2,电容器开始放电,直至放电结束,则放电结束后电容器两极板间电压为_____V;
(4)实验得到放电过程的I—t曲线如图丙,I—t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0188C,则电容器的电容C为_____μF。图丙中I—t曲线与横坐标、直线t=1s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0038C,则t=1s时电容器两极板间电压为_____V(结果保留2位有效数字)。
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