2023版高三一輪總復(fù)習(xí)物理（新教材新高考）實驗針對訓(xùn)練10觀察電容器的充、放電現(xiàn)象

1、 實驗針對訓(xùn)練(十)1(2019北京高考)電容器作為儲能器件，在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用。對給定電容值為C的電容器充電，無論采用何種充電方式，其兩極間的電勢差u隨電荷量q的變化圖像都相同。(1)請在圖1中畫出上述uq圖像。類比直線運動中由vt圖像求位移的方法，求兩極間電壓為U時電容器所儲存的電能Ep。(2)在如圖2所示的充電電路中，R表示電阻，E表示電源(忽略內(nèi)阻)。通過改變電路中元件的參數(shù)對同一電容器進行兩次充電，對應(yīng)的qt曲線如圖3中所示。a兩條曲線不同是_(選填“E”或“R”)的改變造成的；b電容器有時需要快速充電，有時需要均勻充電。依據(jù)a中的結(jié)論，說明實現(xiàn)這兩種充電方式的途徑。圖1圖2圖

2、3(3)設(shè)想使用理想的“恒流源”替換(2)中電源對電容器充電，可實現(xiàn)電容器電荷量隨時間均勻增加。請思考使用“恒流源”和(2)中電源對電容器的充電過程，填寫下表(選填“增大”“減小”或“不變”)?！昂懔髟础?2)中電源電源兩端電壓通過電源的電流解析(1)uq圖像如圖所示電壓為U時，電容器帶電荷量為Q，圖線和橫軸圍成的面積表示所儲存的電能EpEpeq f(1,2)QU，又QCU，故Epeq f(1,2)CU2。(2)a由圖像知，電容器充完電后，兩次電荷量相等，由QCUCE知，兩次電源電動勢相等。故兩條曲線不同不是E的改變造成的，只能是R的改變造成的。b剛開始充電瞬間，電容器兩端的電壓為零，電路的瞬

3、時電流為Ieq f(E,R)，故減小電阻R，剛開始充電瞬間電流I大，曲線上該點切線斜率大，即為曲線。這樣能在較短時間內(nèi)使電荷量達到最大，故可以實現(xiàn)對電容器快速充電。增大電阻R，剛開始充電瞬間電流I小，即為曲線，該曲線接近線性，可以實現(xiàn)均勻充電。(3)接(2)中電源時，由于忽略電源E的內(nèi)阻，故電源兩端電壓不變。通過電源的電流Ieq f(EU,R)，隨著電容器兩端電壓U不斷變大，通過電源的電流減小；“恒流源”是指電源輸出的電流恒定不變。接“恒流源”時，隨著電容器兩端電壓的增大，“恒流源”兩端電壓增大。答案(1)見解析圖Epeq f(1,2)CU2(2)aRb減小電阻R，可以實現(xiàn)對電容器更快速充電；

4、增大電阻R，可以實現(xiàn)更均勻充電。(3)“恒流源”(2)中電源電源兩端電壓增大不變通過電源的電流不變減小2用下列器材測量電容器的電容：一塊多用電表、一臺直流穩(wěn)壓電源，一個待測電容器(額定電壓16 V)，定值電阻R1100 ，定值電阻R2150 ，電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機，單刀雙擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干。實驗過程如下：實驗次數(shù)實驗步驟第1次將電阻R1等器材按照圖甲正確連接電路，將開關(guān)S與1端連接，電源向電容器充電。將開關(guān)S擲向2端，測得電流隨時間變化的it曲線如圖乙所示第2次用電阻R2替換R1，重復(fù)上述實驗步驟，測得電流隨時間變化的it曲線如圖丙中的某條虛線所示說明：兩次實驗中電源輸出的直流電壓恒

5、定且相同甲乙丙請完成下列問題：(1)第1次實驗中，電阻R1兩端的最大電壓U_ V。利用計算機軟件測得it曲線和兩坐標軸所圍的面積為90 mAs，已知電容器放電時其內(nèi)阻可以忽略不計，則電容器的電容為C_ F。(2)第2次實驗中，電流隨時間變化的it曲線應(yīng)該是圖丙中的虛線_(選填“b”“c”或“d”)，判斷依據(jù)是_。解析(1)由題圖知，最大電流為Im90 mA0.09 A，因此最大電壓為UmImR19 V；曲線下圍的面積表示電容器的帶電荷量Q90 mAs，根據(jù)電容器的定義式可得Ceq f(Q,U)1102 F。(2)根據(jù)imeq f(Um,R)，因第2次實驗的最大放電電流小些，而曲線下圍的面積相等

6、，故電流隨時間變化的曲線應(yīng)該是虛線c。答案(1)91102(2)c兩次放電電荷量相等，圖形與t軸圍成的面積相等，另外由于R2R1，開關(guān)擲向2瞬間放電電流較小3某同學(xué)利用圖(a)所示電路測量電容器充電時兩極板間的電壓隨時間的變化。實驗中使用的器材為：電源E(內(nèi)阻很小)、開關(guān)S1和S2、電容器C(約100 F)、電阻R1(約200 k)、電阻R2(1 k)、電壓表V(量程6 V)、秒表、導(dǎo)線若干。(a)(b)(c)(1)按圖(a)所示的電路原理圖將圖(b)中實物圖連線。(2)先閉合開關(guān)S2，再斷開開關(guān)S2；閉合開關(guān)S1，同時按下秒表開始計時。若某時刻電壓表的示數(shù)如圖(c)所示，電壓表的讀數(shù)為_ V(保留2位小數(shù))。(3)該同學(xué)每隔10 s記錄一次電壓表的讀數(shù)，記錄的數(shù)據(jù)如下表所示。時間t/s10.020.030.040.050.060.0電壓U/V2.143.454.234.515.005.18在圖(d)上繪出Ut圖線，已知只有一個數(shù)據(jù)點誤差較大，該數(shù)據(jù)點對應(yīng)的表中的時間是_ s。(d)(4)電路中C、R2和S2構(gòu)成的回路的作用是_。解析(1)根據(jù)電路圖，實物如圖所示。 (2)電壓表的量程為6 V，分度值為0.1 V，所以讀數(shù)為3.60 V。(3)先描點，然后用平滑的曲線將所描的點連接起來，如圖所示。由圖可知誤差較大的數(shù)據(jù)點對應(yīng)表中的時間為40.0 s