第41讲 观察电容器的充、放电现象（练习）（解析版）—高中物理

这是一份第41讲 观察电容器的充、放电现象（练习）（解析版）—高中物理，共13页。试卷主要包含了、单刀双掷开关S和导线若干等内容，欢迎下载使用。

1．（2023·浙江绍兴·统考二模）小姚利用图甲电路观察电容器在充电和放电过程中电流表和电压表示数的变化。实验中电源输出的电压为8V，图乙实物电路中已完成部分连接。

（1）用笔画线代替导线，完成剩余部分的电路连接 。
（2）当S连接1时，电流表示数 ，电压表示数 （选填“逐渐增大”、“逐渐减小”、“保持不变”）；S接1足够长时间后，电流表示数 （选填“为0”或“不为0”）。
当S从1断开后，电流表示数 （选填“逐渐增大”、“逐渐减小”、“为0”），电压表示数 （选填“逐渐增大”、“逐渐减小”、“为0”或“保持不变”）。
（3）图丙所示的电路中，K与L间接一智能电源，用以控制电容器C两端的电压，如果随时间的变化如图丁所示，则下列描述电阻两端电压随时间变化的图像中，正确的是 。

B． 更多课件 教案 视频 等优质滋源请 家 威杏 MXSJ663 C． D．
【答案】 逐渐减小 逐渐增大 不为0 为0 逐渐减小 A
【详解】（1）[1]根据电路图，实物连线如图所示

（2）[2][3][4]当S连接1时，电容器处于充电过程，随着电容器所带电荷量逐渐增加，电流表示数逐渐减小，电压表示数逐渐增大；S接1足够长时间后，由于电压表内阻不可能无穷大，则电路电流可以通过电压表构成回路，电流表示数不为0。
[5][6]当S从1断开后，电流表处于断路状态，电流表示数为0；电容器通过电压表放电，电容器所带电荷量逐渐减小，电容器两端电压逐渐减小，则电压表示数逐渐减小。
（3）[7]根据电容定义式可得由图像可知
内，电容器两端电压随时间均匀增大，则电容器电荷量随时间均匀增大，根据
可知内，电容器充电电流恒定不变，电阻两端电压恒定不变，根据欧姆定律可得
内，电容器两端电压不变，则电容器电荷量不变，电流为0，则电阻两端电压为0；
内，电容器两端电压随时间均匀减小，则电容器电荷量随时间均匀减小，根据
可知内，电容器放电电流恒定不变，电阻两端电压恒定不变，根据欧姆定律可得
故选A。
2．（2023·湖南长沙·长沙一中校考二模）在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图1所示连接电路。电源电动势为8.0V，内阻可以忽略。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2。实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。

（1）如果用欧姆表直接连接待测电容器（未充电）两端，观察到指针的偏转情况是 ；
A．偏转角度一直很小
B．偏转角度一直很大
C．偏转角度逐渐增大
D．偏转角度先很大，再逐渐减小
（2）电容器充电后，开关S改接2使电容器进行放电，此过程得到的图像如图2所示，如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的曲线与坐标轴所围成的面积将 （选填“减小”“不变”或“增大”）。
（3）若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量，则该电容器的电容为 μF。
（4）关于电容器在整个充，放电过程中的图像和图像的大致形状，可能正确的有 （q为电容器极板所带的电荷量，为A，B两板的电势差）。
A． B．
C． D．
【答案】 D 不变 430 AD/DA
【详解】（1）[1]用欧姆表直接连接待测电容两端，表内部电源给电容器充电，在开始时电流较大，所以指针的偏转角度很大，随着电容器所带电荷量不断增大，充电电流逐渐减小，所以指针的偏转角度逐渐减小。
故选D。
（2）[2]根据，电荷量与电阻值R无关，如果不改变电路其他参考数，只减小电阻R的阻值，则此过程的曲线与坐标轴所围成的面积将不变。
（3）[3]根据电容的定义式可得
（4）[4]AB．电容器在充电过程中，电流由最大逐渐减小，放电过程电流也是由最大逐渐减小，根据图像的倾斜程度表示电流的大小，A正确，B错误；
CD．根据电容的定义式可得电容器的电容不变，C错误，D正确。故选AD。
3．（2023·江苏南通·模拟预测）用图所示电路观察电容器的充、放电现象，现提供如下实验器材：电源E（电动势，内阻不计）、电容器C（标称电容）、电阻箱R（）、微安表G（量程，内阻为）、单刀双掷开关S和导线若干。
（1）根据图甲电路在图中用笔画线代替导线将实物电路连接完整 ；

（2）将开关S拨至位置1，电容器上极板带 电（选填“正”或“负”）；
（3）充电完毕，将开关S拨至位置2，根据测得数据作出电路中的电流i随时间t变化的图像如图所示，则电阻箱接入电路的阻值为 ；
（4）图丙中曲线与横轴围成的区域共有148个小格，则电容器电容的测量值为 （结果保留3位有效数字）；

（5）根据图丙可作出电容器所带电荷量q随时间t变化的图像。某小组两次实验中电阻箱接入电路的阻值分别为和，，对应的图像为曲线a和b。则下列图像中可能正确的是 。

【答案】 正 8 987 D
【详解】（1）实物电路如图所示

（2）[2] 将开关S拨至位置1，电容器上极板与电源上极板相连，故上极板带正电；
（3）[3] 充电完毕，将开关S拨至位置2，根据测得数据作出电路中的电流i随时间t变化的图像如图所示，则电阻箱接入电路的阻值为
（4）[4]由图丙可知，图线与坐标轴所围成的面积表示电荷量，即
根据电容器的电容公式可知
（5）[5]由电荷量的公式可知，图像的斜率表示电流。图像中斜率小的对应电阻大的。故选D。
4．（2023·江苏苏州·统考三模）某同学用传感器观察电容器的放电过程，实验操作如下：
（1）本实验的电路如图甲所示，请在图乙中用笔画线代替导线连接实物图（传感器正常工作时电流从红鳄鱼夹流入，从黑鳄鱼夹流出） ；


（2）为校验电阻箱阻值，在电路断开的情况下该同学用欧姆表“×1k”挡测量了电阻箱的阻值，测量结果如图丁所示，则电表读数为 Ω；

（3）已知蓄电池的电动势为6V，内阻不计，实验结束后描绘的电容器放电i-t图像如图丙所示，根据图像求得该电容器的电容大小约为 F（保留二位有效数字）；
（4）实验结果表明，电容的测量值小于标识值，请写出导致该现象的一个主要原因 ；
（5）将电容器放电后，该同学用欧姆表“×10”档检测电容器，当红黑表笔与电容器两极连接后，发现指针先大角度向右偏转然后偏角逐渐减小，经t1时间后返回；将该电容器放电后换用“×100”档再次检测，指针经t2时间后返回，则t1 t2（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
【答案】 60000 4.6×10-4 电容器的放电时间比较长，而实验测量的时间有限，所以测得的电量偏小，导致电容的测量值偏小 小于
【详解】（1）[1]实物图如下：

（2）[2]电表读数为
（3）[3]根据公式可知图丙图线与坐标轴围成的面积为整个放电过程中释放的电量，图丙中一个小方格对应的电荷量为故整个放电过程释放的电荷量为
可得该电容器的电容大小为
（4）[4]导致该现象的一个主要原因为电容器的放电时间比较长，而实验测量的时间有限，所以测得的电量偏小，导致电容的测量值偏小。
（5）[5]将电容器放电后与欧姆表连接，相当于先对电容器充电，充电完毕后相当于断开，所以指针先大角度向右偏转然后偏角逐渐减小；欧姆表“×10”档时的内阻较小，可知此时的充电电流较大，根据，选用不同档位时，充电结束后电容器的带电量相同，由于欧姆表“×10”档时的充电电流较大，结合公式，可知此时充电时间较小，即。
5．（2023·四川遂宁·统考三模）某同学在实验室发现一只电压标称为10V、电容标称模糊的电容器，现他找了以下器材来测该电容器的电容值。
蓄电池：20V，内阻可不计
电压表：12V， 内阻很大
定值电阻有三只：10Ω；50Ω；100Ω
滑动变阻器：标称为“30V， 50Ω”
一只单刀单掷开关：S1
一只单刀双掷开关：S2
一台数字电流计，可接电子显示屏，显示电流随时间的变化过程
实验操作步骤如下：
（1）该同学按图1所示电路图进行组装电路，则定值电阻R1阻值应选 Ω。
（2）他先闭合开关S1，S2刀片掷于 ，调节滑动变阻器R2，稳定后读出电压表读数为4V。然后，他把S2刀片掷于 ，在电子显示屏上得到如图2中的甲曲线。
（3）利用单位面积法算得I-t图中甲曲线和两坐标轴所围的面积为0.04mA·s，已知电容器放电时其内阻可以忽略不计，则电容器的电容为C = F。
（4）接着，他以同样的操作步骤，重新调节滑动变阻器R2，在电子显示屏上得到如图2中的乙曲线，则稳定时电压表读数为 V。（保留两位有效数字）
【答案】 b a 6.9/7.0/7.1/
【详解】（1）[1]根据题意可知蓄电池电压为20V，电压标称为10V，根据串联电阻分压关系可知定值电阻的阻值应选50Ω；
（2）[2][3]他先闭合开关S1，S2刀片掷于b端，调节滑动变阻器R2，稳定后读出电压表读数为4V，电容器充电；然后，他把S2刀片掷于a端，电容器放电；
（3）[4]根据I-t图线与坐标轴所围的面积表示电荷量，则
（4）[5]由图可知调节滑动变阻器R2的阻值后，电容释放的电荷量为=0.07mA·s
稳定时电压表读数即为电容两端的电压
6．（2023·安徽芜湖·芜湖一中校考模拟预测）如图为“观察电容器的充、放电现象”实验。
实验器材：电源E（电动势，内阻可忽略）、电容器C（标称电容值为，击穿电压为）、电阻箱R、微安表G、单刀双掷开关S和导线若干。完成下列实验的相关内容：
（1）按照图甲的电路图，把图乙中的器材连接成完整的实验电路 。
（2）实验步骤：
步骤①将开关S打到1，给电容器C充电，观察微安表G的示数变化直到读数稳定；
步骤②先打开手机视频录制软件，再将开关S打到2位置，观察并用视频记录电容器C的放电过程中微安表G的示数变化情况；
步骤③断开开关S，查阅视频，记录内，微安表G的读数随时间变化的数据；
步骤④在坐标纸上以时间t为横轴，微安表G的读数I为纵轴，描点作出图像，如图丙。
（3）分析图丙可知：
①电容器放电过程电流的变化规律为：放电电流逐渐 （选填“增大”“减小”或“不变”），放电电流随时间的变化率逐渐 （选填“增大”“减小”或“不变”）；
②丙图中，图像与横轴所包围的面积为86格，则可求得该电容器的电容值为 。（保留2位有效数字）
（4）步骤①中，微安表G的读数稳定时，并不为0，始终保持在，出现这种现象的原因是电容器 （选填“短路”或“漏电”）。
【答案】 减小 减小 漏电
【详解】（1）[1] 按照图甲的电路图，实物图如图
（3）①[2][3]由图丙可知，电容器放电过程电流的变化规律为：放电电流逐渐减小，放电电流随时间的变化率逐渐减小。
②[4]由电容定义
（4）[5]步骤①中，微安表G的读数稳定时，并不为0，始终保持在，出现这种现象的原因是电容器漏电。
7．（2023·广东汕头·统考一模）收音机中可变电容器作为调谐电台使用。如图为空气介质单联可变电容器的结构，它是利用正对面积的变化改变电容器的电容大小，某同学想要研究这种电容器充、放电的特性，于是将之接到如图所示的实验电路中，实验开始时电容器不带电。
（1）首先将开关S打向1，这时观察到灵敏电流计G有短暂的示数，稳定后，旋转旋钮，使电容器正对面积迅速变大，从开始到最终稳定，灵敏电流计示数随时间变化的图像可能是 （填选项中的字母）序号
A． B．
C． D．
（2）充电稳定后，断开单刀双掷开关，用电压表接在电容器两端测量电压，发现读数缓慢减小，原因是 。
（3）该同学做完实验，得到电容器的电容后，突然想起他用的是一节旧电池（电动势不变，内阻不可忽略），他想要得到尽量精确的电容值， （填“需要”或“不需要”）重新换一节新电池来测量。
【答案】 A 电压表并非理想电表，电容器通过电压表放电 不需要
【详解】（1）[1]电容器充电时，刚开始电流比较大，充电结束后，电流为0。由电容器的决定式
可知当电容器正对面积迅速变大，电容迅速增大，又由可得电容器的带电量Q增加，故电容器再次充电，充电结束后电流为0。只有A图像满足上述描述。
故选A。
（2）[2]用电压表接在电容器两端测量电压，发现读数缓慢减小，说明电容器在缓慢放电，电路中有电流，电压表不是理想电压表。
（3）[3]本实验测量电容的原理是电容器的带电量Q由可由步骤（1）所得的图线与坐标轴围成的面积求得；充电后两极板之间电压则由步骤（2）中的电压表测得。给电容器充电时由于使用了旧电池，导致充电时电流较小，但最终充电的时间会稍长一点，当充电电流等于0的时候，电容器两端电压仍然等于电源电动势，所以电容器最终所带电量不变，不影响测量结果。所以不需要更换电池。
8．（2023·广东茂名·茂名市第一中学校考三模）电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛。某实验小组用如图甲所示的电路研究电容器充、放电情况及电容大小，他们用电流传感器和计算机测出电路中电流随时间变化的曲线。
实验时，根据图甲所示的电路原理图连接好电路，时刻把开关K掷向1端，电容器充电完毕后，再把开关K掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的图像如图乙所示。
（1）电容器放电时，流过电阻R的电流方向为 ；（选填“由a到b”或“由b到a”）
（2）乙图中，阴影部分的面积 ；（选填“>”、“<”或“=”）
（3）如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，放电时间将 ；（填“变长”、“不变”或“变短”）
（4）图丙为电压恒为的电源给电容器充电时作出的电流随时间变化的图像，电容器充电完毕后的电荷量为 C，电容器的电容为C= F。（计算结果均保留两位有效数字）
【答案】 由a到b = 变短 / //
【详解】（1）[1]电容器充电时上极板接电源正极，故上极板带正电荷，放电时上极板正电荷通过电阻流向下级板，故流过电阻R的电流方向为由a到b。
（2）[2]根据电流的定义式则乙图中，阴影部分的面积等于充、放电的电荷量，而充放电的电荷量相等，故
（3）[3] 根据电流的定义式可得如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，则放电电流将增大，由上式可知放电时间将变短。
（4）[4]根据图像的面积表示电容器充电完毕后的电荷量，由图知，每小格代表的电荷量为数出图线包围的格数，满半格或超过半格的算一格，不满半格的舍去，数得格数为32格，则电容器充电完毕后的电荷量为因从图中数格数有一定误差，故结果也可能为
[5]根据电容的定义知，电容器的电容为因电荷量有一定误差，故电容的计算值也可以是或。
9．（2023·山西·统考高考真题）在“观察电容器的充、放电现象”实验中，所用器材如下：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。

（1）用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时，红表笔应该与电池的 （填“正极”或“负极”）接触。
（2）某同学设计的实验电路如图（a）所示。先将电阻箱的阻值调为，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变化。电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变化情况可能是 。（填正确答案标号）
A．迅速变亮，然后亮度趋于稳定
B．亮度逐渐增大，然后趋于稳定
C．迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭
（3）将电阻箱的阻值调为，再次将开关S与“1”端相接，再次记录电流随时间的变化情况。两次得到的电流I随时间t变化如图（b）中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为 （填“R1”或“R2”）时的结果，曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的 （填“电压”或“电荷量”）。
【答案】 正极 C 电荷量
【详解】（1）[1]多用电表红表笔流入电流，黑表笔流出电流，故电流表红表笔应该与电池的正极接触；
（2）[2]电容器充电完成后，开始时两极板电量较多，电势差较大，当闭合“2”接入小灯泡，回路立即形成电流，灯泡的迅速变亮；随着时间的积累，两极板电量变少，电势差变小，流过灯泡的电流减小，直至两极板电荷量为零不带电，则无电流流过小灯泡即熄灭，故选C。
（3）[3]开始充电时两极板的不带电，两极板电势差为零，设电源内阻为r，则开始充电时有
由图像可知开始充电时实线的电流较小，故电路中的电阻较大，因此电阻箱阻值为；
[4]图像的物理意义为充电过程中电流随时间的变化图线，故曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的电荷量。