课时作业45 实验十：观察电容器的充、放电现象 专项训练-2027届高三物理一轮复习

**基本信息** 聚焦电容器充放电现象，以真题模拟题为载体，系统整合概念辨析、实验操作与图像分析，构建“现象观察-原理应用-数据处理”的递进式方法体系，强化物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础概念辨析|题1|充放电电流电压变化规律、电荷流向判断|从电势差、电荷量概念出发，推导充放电过程能量转化与电流变化关系| |实验操作与现象分析|题2-3|电表内阻影响分析、充放电快慢影响因素（R、C）|结合实验电路，理解操作规范与误差来源，建立实验现象与理论的联系| |图像与数据处理|题4-6|I-t图像面积计算电荷量（Q=It）、C=Q/U应用|通过图像分析深化电容定义式理解，实现从定性观察到定量计算的提升|

课时作业(四十五)　实验十：观察电容器的充、放电现象 说明：本试卷共6小题，共45分。 1. (5分)(2024·甘肃卷)一平行板电容器充、放电电路如图所示。开关S接1，电源E给电容器C充电；开关S接2，电容器C对电阻R放电。下列说法正确的是(　　) A．充电过程中，电容器两极板间电势差增加，充电电流增加 B．充电过程中，电容器的上极板带正电荷，流过电阻R的电流由M点流向N点 C．放电过程中，电容器两极板间电势差减小，放电电流减小 D．放电过程中，电容器的上极板带负电荷，流过电阻R的电流由N点流向M点 2．(8分) (2026·河北卷) (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1所示。 ①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.使用测力计时未正确调零 (2) 图2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。 ②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 ________ 。 3. (2026·宁波模拟) (8分)某组同学在做“观察电容器的充、放电现象”实验中，把一节干电池（1.5V）、电阻箱R(0～9999Ω)、微安表（量程0～500μA）、电容器C、单刀双掷开关S组装成如图1所示的实验电路。 (1) S接1后，由实验数据得到电流随时间变化的图线如图2所示，图线与坐标轴围成的面积大小为4650μA·s。稳定后，电容器两极板间的电势差为________ V，则电容C的大小为________ μF； (2) 上述S接1后的过程中，观察到某时刻微安表的指针位置如图3所示，再将S接2，电容器放电，观察到微安表指针偏转情况为________； A. 迅速向左偏转到某一刻度后逐渐减小到0 B. 迅速向右偏转到某一刻度后逐渐减小到0 C. 迅速向左偏转到某一刻度后保持不变 D. 迅速向右偏转到某一刻度后保持不变 (3) 实验中发现充、放电过程均比较缓慢，可能的原因是________ (多选) 。 A. R较大 B. R较小 C. C较大 D. C较小 4．(6分)(2024·海南卷)用如图(a)所示的电路观察电容器的充、放电现象，实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关S1、开关S2、导线若干。 (1)闭合开关S2，将S1接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3 V。在此过程中，电流表的示数__________(填选项标号)。 A．一直稳定在某一数值 B．先增大，后逐渐减小为零 C．先增大，后稳定在某一非零数值 (2)先后断开开关S2、S1，将电流表更换成电流传感器，再将S1接2，此时通过定值电阻R的电流方向为________(选填“a→b”或“b→a”)，通过传感器将电流信息传入计算机，画出电流随时间变化的I-t图像，如图(b)，t＝2 s时I＝1.10 mA，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出R＝________kΩ(保留两位有效数字)。 5．(10分)(2023·福建卷)某同学用图(a)所示的电路观察矩形波频率对电容器充、放电的影响。所用器材有：电源、电压传感器、电解电容器C(4.7 μF，10 V)、定值电阻R(阻值2.0 kΩ)、开关S、导线若干。 (1)电解电容器有正、负电极的区别，根据图(a)，将图(b)中的实物连线补充完整。 (2)设置电源，让电源输出图(c)所示的矩形波，该矩形波的频率为________ Hz。 (3)闭合开关S，一段时间后，通过电压传感器可观测到电容器两端的电压UC随时间周期性变化，结果如图(d)所示，A、B为实验图线上的两个点。在B点时，电容器处于______(选填“充电”或“放电”)状态；在________(选填“A”或“B”)点时，通过电阻R的电流更大。 (4)保持矩形波的峰值电压不变，调节其频率，测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的情况，并在坐标纸上作出电容器上最大电压Um与频率f的关系图像，如图(e)所示。当f＝45 Hz时，电容器所带电荷量的最大值Qm为________ C(结果保留两位有效数字)。 (5)根据实验结果可知，电容器在充、放电过程中，其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变，而后随着频率的增大逐渐减小。 6．(8分)(2025·安徽安庆模拟)利用放电法可以测量电容器的电容，让充电后的电容器通过大电阻R放电，电流传感器A与计算机连接(未画出)，记录放电电流随时间变化的图像，可用系统软件计算出电容器的带电荷量Q，Q与充电电压U的比值即为电容器的电容C。 (1)实验开始前先判断电容器的好坏：使用多用电表的电阻挡进行测量，把调零后的多用电表的红、黑表笔分别接触电容器的两极板，观察到多用电表指针先向右偏转较大角度，后又逐渐返回到起始位置，此现象说明电容器是________(选填“好”或“坏”)的。 (2)图甲、图乙为测量电容的两种电路原理图，学生电源应采用________(选填“直流”或“交流”)电源，先使开关S与1端相连，充电结束后，读出电压表的示数；然后把开关S与2端相连，测量出电容器的带电荷量Q，为了减小误差，在甲、乙两图中，应选________图为测量电路。 (3)某同学选择了正确的实验电路图，经过实验操作获得如表所示的多组数据，其中第4组数据的Q未记录，但计算机显示了这次测量的I-t图像如图丙所示，由此可估算出Q＝________ C。请根据以上数据，在图丁中作出Q-U图像，并由图像可得该电容器的电容是________ F(结果均保留两位小数)。 组别测量值 1 2 3 4 5 6 U/V 10.8 13.5 16.8 20.2 23.8 27.0 Q/(×10-3 C) 0.86 1.09 1.22 1.93 2.15 课时数智作业(四十五) 1．C　[电容器不论是充电过程还是放电过程，电流都是逐渐减小的，充电过程电容器两极板的电荷量增加，由C可知电容器两极板间电势差增大，放电过程电容器两极板的电荷量减少，电势差减小，A错误，C正确；根据电路结构可知，不论是充电过程还是放电过程，电容器的上极板都是带正电荷的，充电过程，流过电阻R的电流由N点流向M点，放电过程，流过电阻R的电流由M点流向N点，B、D错误。] 2. 解析： (1) ①由测力计乙的指针位置，读数为2.0 N。 ②两测力计示数总是明显不同，原因可能是使用前未正确调零，导致初始示数有偏差，与量程、材质无关，故选C。 (2) ①将开关S接1端，电容器充电，充电电流先增大后减小至零，故电流表指针迅速偏转到某位置后往回偏转，故选B。 ②将S与1端断开但尚未接2端时，电压表与电容器并联，电容器通过电压表形成放电回路，由于电压表内阻很大，放电缓慢，因此电压表指针逐渐向零刻度偏转。 答案：（1）2.0 C （2）B 电容器通过电压表缓慢放电，电压表内阻大，放电慢. 3. 解析：（1）稳定后电容器电压等于电源电动势：U = 1.5 V，带电量Q = 4650 μA·s = 4650×10⁻⁶ C， （2）S接1充电时，某时刻微安表指针向右偏转（电流从正接线柱流入），说明此时电容器上极板带正电。当S接2放电时，电流从电容器上极板经电阻箱、微安表（从负接线柱流入，正接线柱流出），所以微安表指针会迅速向左偏转到某一刻度后逐渐减小到0。 （3）充放电过程比较缓慢，主要因为电路中的电阻阻值较大，或者电容器的电容较大。 答案：（1）1.5 3100 （2）A （3） A,C 4．解析：(1)电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从0增大到某一最大值，后随着电容器的不断充电，电路中的充电电流减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于断路，电流为0。故选B。 (2)根据题图(a)可知充电结束后电容器上极板带正电，将S1接2，电容器放电，此时通过定值电阻R的电流方向为ab；t2 s时I1.10 mA，可知此时电容器两端的电压为U2IR，电容器开始放电前两端电压为12.3 V，根据I⁃t图像与横轴围成的面积表示放电量可得0~2 s间的放电量为Q1|ΔU|·C(12.3－1.10×10－3×R)C，2 s后到放电结束间放电量为Q2|ΔU'|·C1.10×10－3·RC，根据题意，解得R≈5.2 kΩ。 答案：(1)B　(2)ab　5.2 5．解析：(1)根据电路图连接实物图，如图所示。 (2)由题图(c)可知周期T25×10－3 s， 所以该矩形波的频率为f40 Hz。 (3)由题图(d)可知，B点处于电容器两端的电压在慢慢增大的过程，即电容器处于充电状态；从题图(d)中可得出，A点为放电快结束阶段，B点为充电开始阶段，所以在B点时通过电阻R的电流更大。 (4)由题图(e)可知，当f45 Hz时，电容器此时两端的电压最大值约为Um3.77 V 根据电容的定义式C得此时电容器所带电荷量的最大值为QmCUm4.7×10－6×3.77 C≈1.8×10－5 C。 答案：(1)见解析图　(2)40　(3)充电　B　(4)1.8×10－5 6．解析：(1)使用多用电表的电阻挡进行测量，多用电表内有电源，先对电容器充电，有充电电流，会观察到多用电表指针向右偏转较大角度；随着电容器逐渐充满电，充电电流逐渐减小，最终电容器相当于断路状态，指针又逐渐返回到起始位置，此现象说明电容器是好的。 (2)学生电源应采用直流电源，因为电容器可以通过交流电，其电压不断变化，没法得出稳定的电压，故选直流电源。 当把开关S与2端相连时，电容器放电，题图甲的所有电荷均通过电流传感器，测量准确，题图乙中还有一部分电荷通过电压表，这部分电荷测不出来，故选题图甲。 (3)由ΔQIΔt知电荷量为I⁃t图像与坐标横轴所围的面积，即面积为电容器在开始放电时所带的电荷量，由题图丙可知“面积”格数约为40格(39~42格均正确)，每小格相当于4×10－5 C，所以电容器电压为U20.2 V时，电荷量Q40×4×10－5 C1.60×10－3 C(1.56×10－3~1.68×10－3 C均正确)。 由表格数据描点作图，如图所示， 在图像中选取两个相距较远的点，计算出图线的斜率，即为电容器的电容C F≈7.86×10－5 F。 答案：(1)好　(2)直流　甲　(3)1.60×10－3(1.56×10－3~1.68×10－3均正确)　见解析图　7.86×10－5(7.70×10－5~8.10×10－5均正确) 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $