新高考物理一輪復(fù)習(xí)分層提升練習(xí)專題48 實(shí)驗(yàn)觀察電容器的充放電現(xiàn)象（原卷版）

專題48實(shí)驗(yàn)觀察電容器的充放電現(xiàn)象導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容目標(biāo)1教材經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方案的原理、步驟和數(shù)據(jù)處理目標(biāo)2新高考的改進(jìn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)【知識(shí)導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)練】教材經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方案的原理、步驟和數(shù)據(jù)處理1.實(shí)驗(yàn)原理（1）電容器充電:電源使電容器的兩極板帶上等量異種電荷的過(guò)程,如圖甲。（2）電容器放電:用導(dǎo)線將充好電的電容器的兩極板相連,使兩極板的異種電荷中和的過(guò)程,如圖乙。（3）電容器充放電時(shí)的能量轉(zhuǎn)化:充電后,電容器儲(chǔ)存了電能。放電時(shí),儲(chǔ)存的電能釋放出來(lái),轉(zhuǎn)化為其他形式的能。2.實(shí)驗(yàn)操作（1）電容器的充電：開(kāi)關(guān)S合向1,電容器充電?，F(xiàn)象:①白熾燈開(kāi)始較亮,逐步變暗。②的讀數(shù)由大變小。③的讀數(shù)變大。④最后的大小等于0,的大小等于電源電壓。⑤解釋:電源正極向極板供給正電荷,負(fù)極向極板供給負(fù)電荷。電荷在電路中定向移動(dòng)形成電流,兩極板間有電壓。S剛合上時(shí),電源與電容器之間存在較大的電壓,使大量電荷從電源移向電容器極板,產(chǎn)生較大電流,隨著極板電荷的增加,極板間電壓增大,電流減小。當(dāng)電容器兩極板間電壓等于電源電壓時(shí),電荷不再定向移動(dòng),電流為0,燈不亮。（2）電容器的放電：開(kāi)關(guān)S合向2,電容放電?，F(xiàn)象:①開(kāi)始燈較亮,逐漸變暗,直至熄滅。②開(kāi)始較大,逐漸變小,電流方向與充電方向相反,直至指示為0。③開(kāi)始指示為電源電壓,逐漸減小,直至為0。④解釋:放電過(guò)程中,由于電容器兩極板間的電壓使回路中有電流產(chǎn)生。開(kāi)始這個(gè)電壓較大,因此電流較大,隨著電容器極板上的正、負(fù)電荷的中和,極板間的電壓逐漸減小,電流也減小,最后放電結(jié)束,極板間不存在電壓,電流為0。⑤結(jié)論:當(dāng)電容器極板上所儲(chǔ)存的電荷量發(fā)生變化時(shí),電路中就有電流流過(guò);若電容器極板上所儲(chǔ)存的電荷量恒定不變時(shí),則電路中就沒(méi)有電流流過(guò)。3.分析與論證當(dāng)電容器極板上所儲(chǔ)存的電荷發(fā)生變化時(shí),電路中就有電流流過(guò);若電容器極板上所儲(chǔ)存的電荷量恒定不變時(shí),則電路中就沒(méi)有電流流過(guò)。電路中的平均電流為I=Δq【例1】在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)中，（1）用如圖1所示的電容器做實(shí)驗(yàn)，電容器外殼上面標(biāo)著“2200μF，10V”，下列說(shuō)法正確的是_________；A．電容器的擊穿電壓為10VB．電壓為10V時(shí)，電容器才正常工作C．電容器電壓為5V時(shí)，電容是2200μFD．電容器電壓為5V時(shí)，電容是1100μF（2）把干電池SKIPIF1<0、電阻箱SKIPIF1<0、電容器SKIPIF1<0、電流表SKIPIF1<0、單刀雙擲開(kāi)關(guān)S按圖2電路圖連成實(shí)驗(yàn)電路如圖3所示，將電阻箱SKIPIF1<0調(diào)到合適阻值。①先使開(kāi)關(guān)S接1，電源給電容器充電，觀察到電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為_(kāi)___________；A．逐漸偏轉(zhuǎn)到某一刻度后保持不變

B．逐漸偏轉(zhuǎn)到某一刻度后迅速回到0C．迅速偏轉(zhuǎn)到某一刻度后保持不變

D．迅速偏轉(zhuǎn)到某一刻度后逐漸減小到0②電容器充電完畢，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，此時(shí)如圖2所示電路圖中電容器上極板____________（填“帶正電”、“帶負(fù)電”或“不帶電”）；③然后將開(kāi)關(guān)S接2，電容器放電。在放電過(guò)程中，電路中的電流大小為SKIPIF1<0，電容器所帶電荷量為SKIPIF1<0，電容器兩極板電勢(shì)差為SKIPIF1<0，電容器的電容為SKIPIF1<0。下面關(guān)于SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、SKIPIF1<0隨時(shí)間SKIPIF1<0的變化的圖像，正確的是____________。A．B．C．D．新高考的改進(jìn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)【例2】在測(cè)定電容器電容的實(shí)驗(yàn)中，將電容器C、電壓傳感器、阻值為3kΩ的電阻R、電源（6V）、單刀雙擲開(kāi)關(guān)S按圖甲所示電路圖進(jìn)行連接。先將開(kāi)關(guān)S擲向1，電源給電容器充電，充電完畢后，將開(kāi)關(guān)S擲向2，電容器放電，直至放電完畢。與電壓傳感器相連接的計(jì)算機(jī)所記錄的電壓隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示；由計(jì)算機(jī)對(duì)圖乙進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后得到的“峰值”及圖線與時(shí)間軸所圍“面積”的圖像如圖丙所示。（結(jié)果均保留兩位，有效數(shù)字）（1）充電過(guò)程中，流過(guò)電阻SKIPIF1<0的電流方向?yàn)開(kāi)_____（填“向上”或“向下”）。（2）電容器充電結(jié)束時(shí)的帶電荷量為_(kāi)_____SKIPIF1<0。（3）該電容器的電容為_(kāi)_____SKIPIF1<0。（4）某同學(xué)認(rèn)為，仍利用上述裝置，將電壓傳感器從電阻兩端改接在電容器的兩端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也可以測(cè)出電容器的電容值。該同學(xué)的觀點(diǎn)是否正確______（填“正確”或“錯(cuò)誤”）?！径嗑S度分層專練】1．電流傳感器可以像電流表一樣測(cè)量電流，它可以和計(jì)算機(jī)相連，能畫出電流與時(shí)間的變化圖象。某同學(xué)設(shè)計(jì)了圖甲所示的電路來(lái)觀察電容器充、放電過(guò)程。當(dāng)他將開(kāi)關(guān)S接1時(shí)，待充電完成后，把開(kāi)關(guān)S再與2接通，電容器通過(guò)電阻R放電，在計(jì)算機(jī)上顯示出電流隨時(shí)間變化的i—t圖象如圖乙所示。請(qǐng)根據(jù)以上操作回答：（1）電容器放電時(shí)，通過(guò)電阻R的電流方向是__________（選填“由a到b”或“由b到a”）（2）圖乙中圖線與兩坐標(biāo)軸所包圍的面積的物理意義是__________。（3）若充電完成后，電容器所帶的電荷量為2.8×10-3C，且該同學(xué)使用的電源電動(dòng)勢(shì)為8V，則該電容器的電容為_(kāi)_________F。（保留2位有效數(shù)字）（4）其它條件不變，僅減小R的阻值，則放電電流隨時(shí)間變化的i-t曲線應(yīng)該是圖丙中的__________（選填“b”“c”或“d”）。2．測(cè)量電容器電容的方法多種多樣，其中利用電容器放電測(cè)電容是常用的方法，實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示，實(shí)驗(yàn)器材主要有電源、理想電壓表V、兩個(gè)理想電流表A1和A2。被測(cè)電解電容器C、滑動(dòng)變阻器R、兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1和S2導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：①按圖1連接好電路。②斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2，閉合開(kāi)關(guān)S1，讓電池組給電容器充電，當(dāng)電容器充滿電后，讀出并記錄電壓表的示數(shù)U，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1。③斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1后，閉合開(kāi)關(guān)S2，每間隔5s讀取并記錄一次電流表A2的電流值I2，直到電流消失。④以放電電流I2為縱坐標(biāo)，放電時(shí)間t為橫坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出I2—t圖像。（1）在電容器的充電過(guò)程中，電容器兩極板上的電荷量逐漸___________（選填“增大”或“減小”），電流表A1的示數(shù)逐漸__________（選填“增大”或“減小”）。（2）由I2—t圖像可知，充電結(jié)束時(shí)電容器儲(chǔ)存的電荷量Q=__________C。（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）（3）若步驟②中電壓表的示數(shù)U=2.95V，則滑動(dòng)變阻器接入電路部分的阻值R=__________Ω。（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）（4）類比直線運(yùn)動(dòng)中由v—t圖像求位移的方法，當(dāng)電容為C的電容器兩板間電壓為U時(shí)，電容器所儲(chǔ)存的電能Ep=__________（請(qǐng)用帶有U、C的表達(dá)式表示）。3．電容器是一種重要的電學(xué)元件，在電工、電子技術(shù)中應(yīng)用廣泛。使用圖甲所示電路觀察電容器的充、放電過(guò)程。電路中的電流傳感器與計(jì)算機(jī)相連，可以顯示電路中電流隨時(shí)間的變化。圖甲中直流電源電動(dòng)勢(shì)E=8V，實(shí)驗(yàn)前電容器不帶電。先使S與“1”端相連給電容器充電，充電結(jié)束后，使S與“2”端相連，直至放電完畢。計(jì)算機(jī)記錄的電流隨時(shí)間變化的i=t曲線如圖乙所示。（1）乙圖中陰影部分的面積S1___________S2；（選填“>”、“<”或“=”）（2）計(jì)算機(jī)測(cè)得S1=1203mA·s，則該電容器的電容為_(kāi)________F；（保留兩位有效數(shù)字）（3）由甲、乙兩圖可判斷阻值R1____________R2。（選填“>”、“<”或“=”）4．電容器作為儲(chǔ)能器件，在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用。對(duì)給定電容值為C的電容器充電，無(wú)論采用何種充電方式，其兩極間的電勢(shì)差u隨電荷量q的變化圖像都相同。（1）求兩極間電壓為U時(shí)電容器所儲(chǔ)存的電能SKIPIF1<0___________（2）在如圖1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(guò)改變電路中元件的參數(shù)對(duì)同一電容器進(jìn)行兩次充電，對(duì)應(yīng)的SKIPIF1<0曲線如圖2①②中所示。a、①②兩條曲線不同是___________（選填E或R）的改變?cè)斐傻?；b、電容器有時(shí)需要快速充電，有時(shí)需要均勻充電。依據(jù)a中的結(jié)論，說(shuō)明實(shí)現(xiàn)這兩種充電方式的途徑。___________（3）設(shè)想使用理想的“恒流源”替換（2）中電源對(duì)電容器充電，可實(shí)現(xiàn)電容器電荷量隨時(shí)間均勻增加。請(qǐng)思考使用“恒流源”和（2）中電源對(duì)電容器的充電過(guò)程，填寫下表（選填“增大”、“減小”或“不變”）?！昂懔髟础保?）中電源電源兩端電壓______________________通過(guò)電源的電流______________________5．超級(jí)電容器也稱電化學(xué)電容器，因其存儲(chǔ)能量大，質(zhì)量輕，可多次充放電而成為一種新型的儲(chǔ)能裝置。某探究小組的同學(xué)想研究某超級(jí)電容的充電現(xiàn)象。（1）用保護(hù)電阻SKIPIF1<0、SKIPIF1<0、電流傳感器和其他器材設(shè)計(jì)如圖甲所示的電路，已知電源的電動(dòng)勢(shì)SKIPIF1<0（電流傳感器內(nèi)阻和電源電動(dòng)勢(shì)內(nèi)阻相較于SKIPIF1<0足夠小，可忽略不計(jì)）。①先將單刀雙擲開(kāi)關(guān)接1后斷開(kāi)，其目的是讓電容器初始電量______；②再將單刀雙擲開(kāi)關(guān)接2，并將此時(shí)刻記為SKIPIF1<0。通過(guò)電流傳感器（與計(jì)算機(jī)相連）觀測(cè)得充電過(guò)程中電流傳感器示數(shù)i隨充電時(shí)間t變化的圖像如圖乙中Ⅰ曲線所示，請(qǐng)估算該實(shí)驗(yàn)中所用超級(jí)電容的電容C約為_(kāi)_____F（保留到小數(shù)點(diǎn)后一位）；③在充電過(guò)程中，電容器兩端電壓為u、電容器電荷量為q，充電時(shí)間為t，則下列圖像中它們之間的關(guān)系可能正確的是______（填正確答案標(biāo)號(hào)）；A．

B．C．

D．6．電荷的定向移動(dòng)形成電流，電流表示單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，即SKIPIF1<0。圖甲是研究電容器充、放電過(guò)程中電壓和電流隨時(shí)間變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)電路圖，按圖甲連接好實(shí)驗(yàn)器材，根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，回答下列問(wèn)題：（1）先接通開(kāi)關(guān)K1，給電容器充電，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K1，再閉合開(kāi)關(guān)K2，電容器放電，電阻R中電流的方向?yàn)開(kāi)__________（選填“a到b”或“b到a”）；（2）閉合開(kāi)關(guān)K2的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)在同一坐標(biāo)系中描繪出電壓U和電流I隨放電時(shí)間t的變化圖線，如圖乙所示。圖中電流I隨時(shí)間t的變化圖線與坐標(biāo)軸圍成的陰影面積的物理意義是___________，圖中陰影面積S1與陰影面積S2的比值是___________；（3）若用計(jì)算機(jī)測(cè)得圖中陰影面積S1=916.13mA?s，則該電容器的電容為_(kāi)__________F。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）7．某實(shí)驗(yàn)小組利用圖（a）所示電路測(cè)量一電容器的電容，實(shí)驗(yàn)器材有：待測(cè)電容器（電容標(biāo)稱值SKIPIF1<0），6節(jié)干電池，定值電阻R，電壓傳感器，電流傳感器，計(jì)算機(jī)，單刀雙擲開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線若干。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）按圖（a）連接實(shí)物電路。先將開(kāi)關(guān)S從2端撥至1端，電源對(duì)電容器充電；再將開(kāi)關(guān)S撥至2端，電容器放電。傳感器將信息即時(shí)輸入計(jì)算機(jī)，屏幕上顯示出如圖（b）所示的電流I、電壓U隨時(shí)間t變化的SKIPIF1<0圖線、SKIPIF1<0圖線，則曲線___________（選填①②③④）表示電容器充電過(guò)程的SKIPIF1<0圖線，曲線___________（選填①②③④）表示電容器放電過(guò)程的SKIPIF1<0圖線；（2）已知每節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.6V，為了完成上述實(shí)驗(yàn)，至少需要將___________節(jié)干電池串聯(lián)作為電源；（3）根據(jù)圖（b）估算當(dāng)電容器充電完畢時(shí)所帶的電荷量是___________C，計(jì)算電容器的電容C=___________SKIPIF1<0，該值與SKIPIF1<0的差異為SKIPIF1<0___________%；（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）（4）圖（c）中實(shí)線表示上述實(shí)驗(yàn)中得到的SKIPIF1<0圖線，若串聯(lián)接入電路的干電池個(gè)數(shù)保持不變，減小電阻R，則得到SKIPIF1<0圖線可能是圖（c）中的虛線___________（選填“a”“b”“c”）。8．利用SKIPIF1<0電流傳感器可以測(cè)量電容器的電容。讓充電后的電容器通過(guò)大電阻R放電，電流傳感器A與計(jì)算機(jī)連接，記錄放電電流隨時(shí)間變化的圖像如圖