2024-2025年新教材高中物理第2章電勢(shì)能與電勢(shì)差5.1實(shí)驗(yàn)觀察電容器的充放電現(xiàn)象課時(shí)檢測(cè)含解析魯科版必修第三冊(cè)

PAGE4-試驗(yàn)視察電容器的充、放電現(xiàn)象1.某同學(xué)按如圖1所示連接電路,利用電壓傳感器探討電容器的放電過(guò)程。先使開(kāi)關(guān)S接1,電容器充電完畢后將開(kāi)關(guān)擲向2,可視為志向電壓表的電壓傳感器將電壓信息傳入計(jì)算機(jī),屏幕上顯示出電壓隨時(shí)間改變的U-t曲線,如圖2所示。電容器的電容C已知,且從圖中可讀出最大放電電壓U0,圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積S、任一點(diǎn)的切線斜率k,但電源電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)電阻、定值電阻R均未知,依據(jù)題目所給的信息,下列物理量不能求出的是 ()A.電容器放出的總電荷量 B.電阻R兩端的最大電流C.定值電阻R D.電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻【解析】選D。由Q=CU0,可知電容器放出的總電荷量可求,所以A選項(xiàng)能求出；依據(jù)I=,變形得Q=It=,Ut為圖像與坐標(biāo)軸所圍面積S可求,可知Q=,則R==,所以C選項(xiàng)可求；電阻R兩端的最大電流出現(xiàn)在電容器剛起先放電的時(shí)候,所以Imax==,選項(xiàng)B電阻R兩端的最大電流可求；依據(jù)題意只知道電源的電動(dòng)勢(shì)等于電容器充溢電兩板間的電壓,也就是剛起先放電時(shí)的電壓,即E=U0,內(nèi)電阻無(wú)法求出,所以選項(xiàng)D不能求出。2.如圖甲,先將開(kāi)關(guān)S擲向1,給平行板電容器C充電,穩(wěn)定后把S擲向2,電容器通過(guò)電阻R放電,電流傳感器將電流信息導(dǎo)入計(jì)算機(jī),屏幕上顯示出電流I隨時(shí)間t改變的圖像如圖乙所示。將電容器C兩板間的距離增大少許,其他條件不變,重新進(jìn)行上述試驗(yàn),得到的I-t圖像可能是 ()【解析】選C。將電容器間距變大,相當(dāng)于增大了板間距,依據(jù)平行板電容器確定式:C=,可知電容變小,則充電電量:Q=CU變小,但充電完成后,電容器兩端電壓仍與電源電壓U相等,所以再次放電,初始時(shí)刻的電流不變,但電量變小,I-t圖像面積代表電量,所以面積比圖乙小,A、B、D錯(cuò)誤,C正確。3.如圖所示,甲圖為探討電容器充、放電試驗(yàn)的電路圖,乙圖為用傳感器在計(jì)算機(jī)上視察到的該電容器放電的I-t圖像,則 ()A.充電后電容器上極板帶負(fù)電B.充電完畢后電容器兩極板間電壓小于電源電動(dòng)勢(shì)C.放電過(guò)程中流過(guò)電阻R的電流方向由a到bD.乙圖圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積大小表示通過(guò)電阻R的電荷量【解析】選D。充電后電容器上極板與電源正極相連接,帶正電,故A錯(cuò)誤；充電完畢后電容器兩極板間電壓等于電源電動(dòng)勢(shì),故B錯(cuò)誤；放電過(guò)程上極板相當(dāng)于電源正極,流過(guò)電阻R的電流方向由b到a,故C錯(cuò)誤；依據(jù)q=It知乙圖圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積大小表示通過(guò)電阻R的電荷量,故D正確。4.“探究電容器充放電”的試驗(yàn)裝置示意圖如圖所示,已知靈敏電流計(jì)0刻度在表盤中心位置,經(jīng)推斷:當(dāng)電流從左接線柱流入時(shí)指針左偏；電流從右接線柱流入時(shí)指針右偏。請(qǐng)依據(jù)所學(xué)學(xué)問(wèn)回答下列問(wèn)題:(1)電容器充電結(jié)束后,將開(kāi)關(guān)S扳到b放電的過(guò)程中,靈敏電流計(jì)指針會(huì)________(選填“左”或“右”)偏。

(2)將開(kāi)關(guān)S扳到a,讓電源給電容器充電結(jié)束后,保持開(kāi)關(guān)位置不變,若在電容器中間插入一層有機(jī)玻璃板,則在插入過(guò)程中靈敏電流計(jì)指針________(選填“左”或“右”)偏。

【解析】(1)當(dāng)電流從左接線柱流入時(shí)指針左偏；電流從右接線柱流入時(shí)指針右偏。電容器充電結(jié)束后,將開(kāi)關(guān)S扳到b放電的過(guò)程中,電流自左向右通過(guò)電流計(jì),靈敏電流計(jì)指針會(huì)左偏。(2)將開(kāi)關(guān)S扳到a,讓電源給電容器充電結(jié)束后,保持開(kāi)關(guān)位置不變,電容器極板間電壓恒定,若將電容器中間插入一層有機(jī)玻璃板,電容增大,電量增大,電流自右向左通過(guò)電流計(jì),靈敏電流計(jì)指針會(huì)右偏。答案:(1)左(2)右5.按圖甲所示連接電路,當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),電源將使電容器兩極板帶上等量異種電荷,這一個(gè)過(guò)程叫作電容器充電。已知電容器的電容為C,電源電動(dòng)勢(shì)大小為E。(1)求充電結(jié)束后電容器所帶的電荷量Q。(2)為了檢驗(yàn)第(1)問(wèn)結(jié)果是否正確,在圖甲中用電流傳感器視察到充電時(shí),電路中電流隨時(shí)間改變的i-t曲線如圖乙所示,其中I0、T0為已知量。類比是一種常用的探討方法,對(duì)于直線運(yùn)動(dòng),我們學(xué)習(xí)了用v-t圖像求位移的方法。請(qǐng)你借鑒此方法,估算充電結(jié)束后電容器所帶的電荷量的大小。(3)電容器在充電過(guò)程中,兩極板間的電壓u隨所帶電荷量q增多而增大,儲(chǔ)存的能量增大。請(qǐng)?jiān)趫D丙中畫出電容器充電過(guò)程中的u-q圖像,并借助圖像求出充電結(jié)束后電容器儲(chǔ)存的能量E0?！窘馕觥?1)充電結(jié)束時(shí),電容器兩端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì),即:U=E依據(jù)電容的定義:C=,得:Q=CE(2)充電結(jié)束后電容器所帶的電荷量等于i-t圖線和橫、縱軸所圍的面積。圖乙中每一小格的面積為:S0=I0T0圖線下約21小格,面積為:S=21S0所以電容器所帶的電量:Q=21I0T0(3)依據(jù)以上