一、對電容器的分析-2024屆一輪復(fù)習(xí)高考物理電學(xué)實驗訓(xùn)練（含解析）

第第頁一、對電容器的分析——2024屆一輪復(fù)習(xí)高考物理電學(xué)實驗訓(xùn)練（含解析）一、對電容器的分析

1.課外實驗小組為加深對電容器的理解進(jìn)行了如下實驗：

（1）圖甲所示的電容器充電后與電源斷開，電容器的_________（選填“電荷量”或“電壓”）將不變，在常見的電介質(zhì)中，由于空氣的_________很小，當(dāng)極板間插入其他的電介質(zhì)時，電容器的電容將_________（選填“增大”“減小”或“不變”），同時可以發(fā)現(xiàn)，靜電計指針偏角將_________（選填“增大”“減小”或“不變”）。

（2）有一平行板電容器，兩極板間電壓為30V，現(xiàn)使它所帶的電荷量減少false，電容器兩極板間的電壓降為原來的false，則此電容器的電容為_________μF。

（3）如圖乙所示，將電容器上極板A接電源正極，下極板B接電源負(fù)極，且將上極板接地。閉合開關(guān)S，有一帶電液滴靜止在電容器兩極板間P點，現(xiàn)將電容器下極板B向下平移一小段距離，則液滴_________（選填“向上運動”“向下運動”或“靜止不動”），P點電勢_________（選填“升高”“降低”或“不變”）。

2.某同學(xué)做“觀察電容器的放電現(xiàn)象”實驗，實驗電路圖如圖甲所示，已知所用電解電容器的長引腳是其正極，短引腳是其負(fù)極。

（1）開關(guān)S應(yīng)先接到_________（選填“1”或“2”），待電容器充滿電后，再接到_________（選填“1”或“2”），觀察電容器的放電現(xiàn)象。

（2）根據(jù)圖甲電路圖，請在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線，完成實物電路的連接。

（3）從電容器開始放電時開始計時，每隔5s讀一次電流i的值，記錄數(shù)據(jù)如下表所示。

時間t/s

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

電流i/μA

500

392

270

209

158

101

75

49

23

15

9

3

請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖丙中作出電流i隨時間t變化的圖線。

（4）根據(jù)false圖像估算，電容器在整個放電過程中釋放的電荷量為_______C。

3.某實驗小組利用如圖1所示的電路來觀察電容器充、放電現(xiàn)象。已知電流從電表的“+”接線柱流入時，指針向右偏轉(zhuǎn)，反之向左偏轉(zhuǎn)；電解電容器的長腳接電源正極，短腳接電源負(fù)極實驗室里部分器材如下：

A.電解電容器C（3000μF，25V）

B.電阻箱R（0~999.9Ω）

C.定值電阻false（阻值約1.5kΩ）

D.直流電壓表V（3V，內(nèi)阻約3kΩ）

E.靈敏電流計G（±300μA，100Ω）

F.學(xué)生電源

G.單刀雙擲開關(guān)

H.導(dǎo)線若干

（1）為了使電流計的量程擴(kuò)大到±3mA，則應(yīng)將電阻箱阻值調(diào)為_______Ω后與電流計并聯(lián)（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

（2）按電路圖連接好電路，如圖2，導(dǎo)線1的另一端應(yīng)與電容器的_______（選填“a”或“b”）連接。

（3）接好電路，為觀察電容器C放電時的現(xiàn)象，將電源電動勢調(diào)至4V后，應(yīng)將單刀雙擲開關(guān)S接_______（選填“A”或“B”）給電容器充電。一段時間后將單刀雙擲開關(guān)接另一接線柱，讓電容器放電，由計算機(jī)得到電容器放電時流過改裝后的電流表的電流I隨時間t的變化曲線如圖3，且由計算機(jī)識別知false圖象面積為9300μA·s，則充電結(jié)束后電容器兩端的電壓約為_______V（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。

4.如圖是某實驗小組定性探究平行板電容器的電容C與其極板間距離d、極板間正對面積S之間的關(guān)系的裝置圖。充電后與電源斷開的平行板電容器的A板與靜電計相連，B板和靜電計金屬殼都接地，A板通過絕緣柄固定在鐵架臺上，人手通過絕緣柄控制B板的移動。請回答下列問題：

（1）本實驗采用的科學(xué)方法是__________。

A.理想實驗法B.控制變量法C.等效替代法D.建立物理模型法

（2）在該實驗中，靜電計的作用是__________。

A.測定該電容器兩極板間的電勢差變化B.測定該電容器的電容

C.測定該電容器的電荷量D.測定false兩板之間的電場強(qiáng)度

（3）在實驗中可觀察到的現(xiàn)象（選填“變大”“變小”或“不變”）：

①甲圖中的手水平向左移動增大極板間距離d時，靜電計指針的張角___________，

②乙圖中的手豎直向上移動減小極板間正對面積S時，靜電計指針的張角___________。

（4）通過以上實驗可歸納得到的結(jié)論是：___________。

5.如圖為研究與平行板電容器電容有關(guān)的因素的實驗裝置。

（1）同時閉合開關(guān)false，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，使靜電計指針有一定的張角，然后只向右移動A極板，則靜電計指針的張角_______；若保持極板false不動而只將滑動變阻器的滑片P向D端移動，則靜電計指針的張角_____（均填“變大”“變小”或“不變”）

（2）在靜電計指針有明顯張角的情況下，將開關(guān)false斷開，通過移動極板A或在極板false間插入電介質(zhì)，下列說法正確的是________（填正確答案標(biāo)號）。

A.斷開開關(guān)false后，靜電計的指針閉合，電容器的電容變?yōu)?

B.只將電容器A極板向上平移，靜電計指針的張角變小

C.只在極板false間插入玻璃板，靜電計指針張角變小

D.只將電容器A極板向B極板靠近，靜電計指針的張角變小，表明電容增大

6.某實驗小組利用圖甲所示電路測量一電容器的電容，實驗器材有：待測電容器（電容標(biāo)稱值false），6節(jié)干電池，定值電阻R，電壓傳感器，電流傳感器，計算機(jī)，單刀雙擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干。先將開關(guān)S從2端撥至1端，電源對電容器充電；穩(wěn)定后再將開關(guān)S撥至2端，電容器放電。傳感器將信息即時輸入計算機(jī)，屏幕上顯示出如圖乙所示的電流I、電壓U隨時間t變化的false圖線、false圖線。

（1）已知每節(jié)干電池的電動勢為1.6V，為了完成上述實驗，至少需要將_______節(jié)干電池串聯(lián)作為電源。

（2）根據(jù)圖乙估算當(dāng)電容器充電完畢時所帶的電荷量是C，計算電容器的電容C與false的差異為false_______%。（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）

（3）圖丙中實線表示上述實驗中得到的false圖線，若串聯(lián)接入電路的干電池個數(shù)保持不變，減小電阻R，則得到false圖線可能是圖丙中的虛線_______（填“a”“b”或“c”）。

7.（1）某實驗小組利用控制變量法研究影響平行板電容器電容大小的因素.如圖甲所示，保持Q和d不變，若使兩極板的正對面積S變小，則靜電計指針偏轉(zhuǎn)的角度_______（填“變大”“變小”或“不變”）；然后保持Q和S不變，改變兩極板間距d；再保持false不變，插入電介質(zhì)等，通過靜電計指針偏轉(zhuǎn)角度的變化，從而判斷電容的變化.

（2）如圖乙所示，某同學(xué)利用傳感器觀察電容器的放電過程，得到的電容器放電的false圖像如圖丙，實驗所使用的電源電壓為8V，根據(jù)false圖像判斷電容器在全部放電過程中釋放的電荷量最接近false______C（填“0.018”“0.003”或“0.001”），可估算得出電容器的電容false_______F.

答案以及解析

1.答案：(1)電荷量；相對介電常數(shù)；增大；減小

(2)15

(3)向下運動；升高

解析：(1)電容器充電后與電源斷開，電容器的電荷量不會隨其他物理量的變化而發(fā)生改變。空氣的相對介電常數(shù)很小，當(dāng)極板間插入其他電介質(zhì)時，兩極板間電介質(zhì)的相對介電常數(shù)會增大，根據(jù)false，可知電容增大，又電容器的電荷量不變，根據(jù)false，可知電容器兩板板間的電壓降低，故靜電計指針偏角會減小。

(2)根據(jù)false，可得false。

(3)電容器兩極板間的電壓不變，將電容器下極板B向下平移一小段距離，根據(jù)false，可知電容器兩極板間的電場強(qiáng)度減小，帶電液滴所受的電場力將小于重力，液滴要向下運動。取大地的電勢為零，即上極板的電勢為零，P點距離上極板的距離不變，而電容器兩極板間的電場強(qiáng)度減小，根據(jù)false，可知P點與上極板之間的電勢差減小，則P點的電勢升高。

2.答案：(1)1；2

(2)如圖1所示

(3)如圖2所示

(4)false(false也可)

解析：(1)開關(guān)S應(yīng)先接到1，對電容器進(jìn)行充電，待電容器充滿電后，再接到2，電容器開始放電，觀察電容器的放電現(xiàn)象。

(2)根據(jù)題圖甲所示電路圖完成實物電路的連接，如圖1所示。

(3)根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對應(yīng)點，然后過盡可能多的點作曲線，不能過的點則均勻分布在曲線兩側(cè)，作出圖線如圖2所示。

(4)根據(jù)false圖像中面積表示電荷量，可知一個小方格對應(yīng)的電荷量false，數(shù)出的小方格數(shù)為32，則電容器在整個放電過程中釋放的電荷量false。

3.答案：（1）11.1

（2）a

（3）A；3.1

解析：（1）將量程為0.3mA的電流計改裝成3mA的電流表，則并聯(lián)的電阻false。

（2）電解電容器中長腳接電源正極，導(dǎo)線1是從正極接過來的，所以導(dǎo)線1的另一端應(yīng)該接a腳。

（3）單刀雙擲開關(guān)接A時，電容器與電源相連，此時電容器充電；根據(jù)false可得充電結(jié)束后電容器兩端的電壓為false。

4.答案：（1）B

（2）A

（3）①變大

②變大

（4）見解析

解析：（1）探究電容大小與多種因素的關(guān)系，采用的是控制變量法，故選B。

（2）該實驗中靜電計是為了測定該電容器兩極板間的電勢差，從而反映出電容器電容大小的變化，故選A。

（3）①甲圖中的手水平向左移動，增大極板間距離d時，由false可知，電容器電容C減小，又由于Q不變，則由false可知，U變大，則靜電計指針的張角變大。

②乙圖中的手豎直向上移動減小極板間正對面積S時，由false可知，電容器電容C減小，又由于Q不變，則由false可知，U變大，則靜電計指針的張角變大。

（4）由實驗現(xiàn)象歸納總結(jié)可得：平行板電容器極板間距d越大，電容C越??；兩板間的正對面積S越小，電容C越小。

5.答案：（1）不變；變小

（2）CD

解析：（1）電路簡化示意圖如圖所示，

靜電計指針張角大小顯示電容器兩極板間的電勢差，電勢差越大，靜電計指針張角越大。電容器充電后與電路連接，電路結(jié)構(gòu)不變，若只改變極板間距離或正對面積，電容器兩極板間的電勢差不變，故靜電計指針張角不變；滑動變阻器全部接入電路中與電源串聯(lián)，電容器兩端電壓與false間電壓相等，將滑動變阻器的滑片P向D端移動時，電容器兩端的電壓減小，故靜電計的指針張角變小。

（2）斷開開關(guān)false后，電容器與外電路斷開，電容器極板上的電荷量不變，且電容器的電容與電荷量無關(guān)，電容器的電容由電容器本身的性質(zhì)決定，而電容器本身的性質(zhì)未變，故電容器的電容不變，故A錯誤；斷開開關(guān)false后，電容器極板上的電荷量不變，將A極板上移時，正對面積減小，由false知電容的電容減小，由false，可知電容器極板間電勢差增大，所以靜電計指針張角變大，故B錯誤；而在極板間插入玻璃板時，電容器的電容增大，由false可知電容器極板間電勢差減小，所以靜電計指針張角變小，故C正確；將A極板向右靠近B極板，極板間距離d減小，由false知電容器的電容增大，由false可知電容器極板間電勢差減小，所以靜電計指針張角應(yīng)減小，故D正確。故選C、D。

6.答案：（1）5

（2）false；8.0

（3）b

解析：（1）充電過程中，電壓逐漸增大，且增大得越來越慢，故電壓隨時間變化的圖線為①；可以看出，充電完成時，電容器兩端電壓約為7.8V，設(shè)至少需要將n節(jié)干電池串聯(lián)作為電源，則false，至少需要將5節(jié)干電池串聯(lián)作為電源。

（2）題圖乙圖線④表示電容器放電過程的false圖線，圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示放電的總電荷量，即電容器充電完畢時所帶的電荷量false；電容器的電容為false，該值與false的差異為false。

（3）由于干電池個數(shù)保持不變，充電完成時電容器兩端電壓不變，電荷量不變，減小電阻，則初始電流增大，電荷量不變即圖線與坐