（北京專(zhuān)用）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第九章 第6講 實(shí)驗(yàn)：觀(guān)察電容器的充、放電現(xiàn)象精練（含解析）

《（北京專(zhuān)用）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第九章 第6講 實(shí)驗(yàn)：觀(guān)察電容器的充、放電現(xiàn)象精練（含解析）》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《（北京專(zhuān)用）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第九章 第6講 實(shí)驗(yàn)：觀(guān)察電容器的充、放電現(xiàn)象精練（含解析）（7頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第6講　實(shí)驗(yàn):觀(guān)察電容器的充、放電現(xiàn)象 A組　基礎(chǔ)鞏固 1.把一個(gè)電容器、電流傳感器、電阻、電源、單刀雙擲開(kāi)關(guān)按圖甲所示連接。先使開(kāi)關(guān)S與1端相連,電源向電容器充電;然后把開(kāi)關(guān)S擲向2端,電容器放電。與電流傳感器相連接的計(jì)算機(jī)所記錄這一過(guò)程中電流隨時(shí)間變化的I-t曲線(xiàn)如圖乙所示。下列關(guān)于這一過(guò)程的分析,正確的是(　　) A.在形成電流曲線(xiàn)1的過(guò)程中,電容器兩極板間電壓逐漸減小 B.在形成電流曲線(xiàn)2的過(guò)程中,電容器的電容逐漸減小 C.曲線(xiàn)1與橫軸所圍面積等于曲線(xiàn)2與橫軸所圍面積 D.S接1端,只要時(shí)間足夠長(zhǎng),電容器兩極板間的電壓就能大于電源電動(dòng)勢(shì)E 答案　C　由于形成電流曲線(xiàn)1

2、的過(guò)程是電容器的充電過(guò)程,形成電流曲線(xiàn)2的過(guò)程是電容器的放電過(guò)程,形成電流曲線(xiàn)1的過(guò)程中,電容器兩極板間電壓會(huì)隨著充電電荷量的增加而逐漸增大,A錯(cuò)誤;由于電容器的電容是不隨電壓、電流的變化而變化的,故B錯(cuò)誤;曲線(xiàn)1與橫軸所圍面積是充電的電荷量,曲線(xiàn)2與橫軸所圍面積就是放電的電荷量,由于充電電荷量等于放電電荷量,故C正確;當(dāng)S接1端時(shí),無(wú)論時(shí)間多么長(zhǎng),電容器兩極板間的電壓都不可能大于電源電動(dòng)勢(shì)E,故D錯(cuò)誤。 2.利用如圖乙所示的電路圖原理描繪電容器放電時(shí)的I-t圖像。 　　(1)將圖甲所示器材連接成實(shí)驗(yàn)電路。 (2)若得到如圖丙所示的電容器放電電流圖像,則電容器充滿(mǎn)電后儲(chǔ)存的電荷量

3、q=　　。? 答案　(1)連接電路如圖。 　　(2)3.36×10-3 C 解析　(1)按照題給的電路圖連接線(xiàn)路。注意電流表極性和電解電容器極性。 (2)電容器放電電流圖象與橫軸所圍面積中包含42個(gè)小方格,每個(gè)小方格面積為0.2 mA×0.4 s=0.08 mAs=8.0×10-5 C,電容器充滿(mǎn)電后儲(chǔ)存的電荷量q=42×8.0×10-5 C =3.36×10-3 C。 3.某同學(xué)利用圖(a)所示電路測(cè)量電容器充電時(shí)兩極板間的電壓隨時(shí)間的變化。實(shí)驗(yàn)中使用的器材為:電池E(內(nèi)阻很小)、開(kāi)關(guān)S1和S2、電容器C(約100 μF)、電阻R1(約200 kΩ)、電阻R2(1 k

4、Ω)、電壓表(量程6 V)、秒表、導(dǎo)線(xiàn)若干。 　　(1)按圖(a)所示的電路原理圖將圖(b)中實(shí)物圖連接起來(lái)。 　　(2)先閉合開(kāi)關(guān)S2,再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2;閉合開(kāi)關(guān)S1,同時(shí)按下秒表開(kāi)始計(jì)時(shí).若某時(shí)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)U,記錄的數(shù)據(jù)如表所示。在給出的坐標(biāo)紙上繪出U-t圖線(xiàn)。已知只有一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差較大,該數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的表中的時(shí)間是　　　　s。? 時(shí)間t/s 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 電壓U/V 2.14 3.45 4.23 4

5、.51 5.00 5.18 　　(4)電路中C、R2和S2構(gòu)成的回路的作用是?　。? 答案　(1)見(jiàn)解析圖　(2)3.60　(3)40.0 (4)使實(shí)驗(yàn)前電容器兩極板上的電荷中和 解析　(1)實(shí)物圖連線(xiàn)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)從數(shù)據(jù)中可得出,電壓表示數(shù)變化得越來(lái)越慢,而從40 s到50 s之間數(shù)據(jù)變化又突然快了,所以該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)表中的時(shí)間為40.0。 (4)電路中C、R2和S2構(gòu)成的回路,先閉合開(kāi)關(guān)S2,再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2,使電容器上所帶電荷釋放干凈,不影響實(shí)驗(yàn)。 B組　綜合提能 1.(2018東城二

6、模)在測(cè)定電容器電容值的實(shí)驗(yàn)中,將電容器、電壓傳感器、阻值為3 kΩ 的電阻R、電源、單刀雙擲開(kāi)關(guān)按圖甲所示電路圖進(jìn)行連接。先使開(kāi)關(guān)S與1端相連,電源向電容器充電,充電完畢后把開(kāi)關(guān)S擲向2端,電容器放電,直至放電完畢。實(shí)驗(yàn)得到的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u-t曲線(xiàn)如圖乙所示,圖丙為由計(jì)算機(jī)對(duì)圖乙進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后記錄了“峰值”及曲線(xiàn)與時(shí)間軸所圍“面積”的圖。 甲 乙 丙 (1)根據(jù)圖甲所示的電路,觀(guān)察圖乙可知:充電電流與放電電流方向　　　　　　(選填“相同”或“相反”),大小都隨時(shí)間　　　　　　　(選填“增加”或“減小”);? (2)該電容器的電容為　

7、　　　F;(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)? (3)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,也可以測(cè)出電容器的電容值。請(qǐng)你分析并說(shuō)明該同學(xué)的說(shuō)法是否正確。 答案　(1)相反　減小 (2)1.0×10-2 (3)見(jiàn)解析 解析　(1)從圖像就可以看出,充電和放電過(guò)程的電流方向是相反的,電流大小都隨著時(shí)間減小。 (2)由Q=It=UR·t可知將圖中曲線(xiàn)與時(shí)間軸所圍面積數(shù)值除以電阻值,就可以得到電荷量Q,再由C=QU即可求得電容。 (3)正確。因?yàn)楫?dāng)開(kāi)關(guān)S與2連接,電容器放電的過(guò)程中,電容器C與電阻R上的電壓大小相等,所以通過(guò)對(duì)放電曲線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后記錄的“峰值Um

8、”及曲線(xiàn)與時(shí)間軸所圍“面積S”,仍可應(yīng)用C=QU=SRUm計(jì)算電容。 2.用下列器材測(cè)量電容器的電容: 一塊多用電表,一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源,一個(gè)待測(cè)電容器(額定電壓16 V),定值電阻R1=100 Ω,定值電阻R2=150 Ω,電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī),單刀雙擲開(kāi)關(guān)S,導(dǎo)線(xiàn)若干。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下: 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 實(shí)驗(yàn)步驟 第1次 ①將電阻R1等器材按照?qǐng)D甲正確連接電路,將開(kāi)關(guān)S與1端連接,電源向電容器充電 ②將開(kāi)關(guān)S擲向2端,測(cè)得電流隨時(shí)間變化的i-t曲線(xiàn)如圖乙中的實(shí)線(xiàn)a所示 第2次 ③用電阻R2替換R1,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟①②,測(cè)得電流隨時(shí)間變化的i-t曲線(xiàn)如圖丙中的某條虛線(xiàn)所示

9、 說(shuō)明:兩次實(shí)驗(yàn)中電源輸出的直流電壓恒定且相等 　　請(qǐng)完成下列問(wèn)題: (1)第1次實(shí)驗(yàn)中,電阻R1兩端的最大電壓Um=　V。? 利用計(jì)算機(jī)軟件測(cè)得i-t曲線(xiàn)和兩坐標(biāo)軸所圍的面積為90 mA·s,已知電容器放電時(shí)其內(nèi)阻可以忽略不計(jì),則電容器的電容為C=　　　　F。? (2)第2次實(shí)驗(yàn)中,電流隨時(shí)間變化的i-t曲線(xiàn)應(yīng)該是圖丁中的虛線(xiàn)　　　　(選填“b”“c”或“d”),判斷依據(jù)是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。? 答案　(1)9　10.0×10-3　 (2)c　兩次放電電量相等,圖線(xiàn)與t軸圍成的面積相等,另由于R2>R1,開(kāi)關(guān)擲向2瞬間放電電流較小 解析　(1)由圖可知,最大電流Im=90 mA=0.09 A,計(jì)算得出最大電壓為Um=ImR1=0.09×100 V=9 V,i-t曲線(xiàn)和兩坐標(biāo)軸所圍的面積表示電容器的帶電量Q=90 mA·s,由電容器電容的定義式,C=Q/Um可得:C=10.0×10-3 F。 (2)第2次實(shí)驗(yàn)中,電流隨時(shí)間變化的i-t曲線(xiàn)應(yīng)該是圖丁中的虛線(xiàn)c。判斷依據(jù)是:根據(jù)im=UmR,因第2次實(shí)驗(yàn)的最大放電電流小些,故不是b,根據(jù)Qm=CUm,因兩條曲線(xiàn)分別與坐標(biāo)軸所圍成的面積相等,故不是d而應(yīng)該是c,所以正確答案是c。 7