第九章 微專題65　電容器　實驗：觀察電容器的充放電現(xiàn)象-2025年物理《加練半小時》新教材版

第九章靜電場微專題65電容器實驗：觀察電容器的充放電現(xiàn)象1．電容器的電容由電容器本身性質(zhì)決定，與電荷量及電壓無關(guān)。2.電容器充電放電過程：最大電荷量不變，電流方向相反。1．(2023·江蘇省聯(lián)考)如圖所示為實時監(jiān)控生產(chǎn)絕緣材料厚度的傳感器的結(jié)構(gòu)簡化圖，M、N為兩個固定的、水平正對放置的金屬板，分別與恒壓電源的正、負(fù)極相連，絕緣材料從兩金屬板間穿行的過程中，電流顯示器檢測的電流為I，則()A．I＝0且恒定時，絕緣材料厚度均勻B．I>0且恒定時，絕緣材料厚度均勻C．I變大時，絕緣材料厚度一定增大D．I由a流向b時，絕緣材料厚度增大答案A解析M、N兩個水平正對放置的金屬板構(gòu)成電容器，板間的絕緣材料厚度變化即改變相對介電常數(shù)，根據(jù)電容的決定式C＝eq\f(εrS,4πkd)，當(dāng)絕緣材料厚度均勻時，相對介電常數(shù)不變，電容不變，根據(jù)電容的定義式C＝eq\f(Q,U)可得，電容上的電荷量保持不變，電路中電流恒為0，故A正確，B錯誤；當(dāng)絕緣材料厚度增大時，相對介電常數(shù)增大，電容增大，電容器所帶電荷量增加，電容器充電，充電電流可能增大；當(dāng)絕緣材料厚度減小時，相對介電常數(shù)減小，電容減小，電容器所帶電荷量減小，電容器放電，放電電流也可能增大，故C錯誤；I由a流向b時，電容器上的電荷量減小，即電容減小，絕緣材料的厚度減小，故D錯誤。2.(2023·江蘇省模擬)如圖所示，一個電容為C的理想電容器與兩個阻值均為R的電阻串聯(lián)后通過開關(guān)K連接在電動勢為E的直流電源的兩端，電源的內(nèi)阻不計。開始開關(guān)K斷開，電容器不帶電，t＝0時刻閉合開關(guān)K接通電路，則能正確表示1、2兩點間電壓隨時間變化的圖像是()答案C解析根據(jù)閉合電路歐姆定律，電容器不帶電的情況下，剛開始充電時短暫時間內(nèi)電流不為0，電路視為通路，只有兩電阻R分壓，故電容器和串聯(lián)的電阻R兩端電壓之和初始值為0.5E，之后隨著電容器充電結(jié)束，電路視為斷路，故電容器和串聯(lián)的電阻R兩端電壓等于電動勢E不變。故選C。3．(多選)如圖所示，取一個電容器A和數(shù)字電壓表(可視為理想電表)相連，把開關(guān)S1接1，用幾節(jié)干電池串聯(lián)后給A充電，可以看到A充電后數(shù)字電壓表顯示一定數(shù)值。取另一個相同的但不帶電的電容器B跟A并聯(lián)，通過改變開關(guān)S1和S2的閉合與斷開狀態(tài)，從而探究電容器兩極板間電勢差跟所帶電荷量的關(guān)系，在沒有電荷漏失的情況下，下列說法正確的是()A．S1接1，S2處于斷開狀態(tài)，A、B兩電容器都處于充電狀態(tài)B．S1從1接2，S2處于斷開狀態(tài)，穩(wěn)定后，A、B兩電容器電荷量相等C．S1從1接2，S2處于斷開狀態(tài)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時電壓表示數(shù)不變D．S1從1接2，S2處于斷開狀態(tài)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時電壓表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话氪鸢窧D解析S1接1，S2處于斷開狀態(tài)，只有A電容器處于充電狀態(tài)，故A錯誤；S1從1接2，S2處于斷開狀態(tài)，A、B兩電容器并聯(lián)，穩(wěn)定后，A、B兩電容器電壓相等，所以電荷量相等，故B正確；S1從1接2，S2處于斷開狀態(tài)，A放電、B充電，電壓表示數(shù)減小，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時電壓表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?，故C錯誤，D正確。4．某實驗小組做“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗。(1)同學(xué)甲用如圖所示的電路做實驗。實驗器材有電源、電阻、電容器、電流表、電壓表以及單刀雙擲開關(guān)。關(guān)于電源和電流表的選取，下列說法正確的是__________。A．交流電源、零刻度線在左側(cè)的電流表B．交流電源、零刻度線在中間的電流表C．直流電源、零刻度線在左側(cè)的電流表D．直流電源、零刻度線在中間的電流表(2)同學(xué)乙將同學(xué)甲電路中的電流表和電壓表換成電流傳感器和電壓傳感器。同學(xué)乙先使開關(guān)S與1端相連，穩(wěn)定后得到圖a所示的圖像，然后把開關(guān)S擲向2端，穩(wěn)定后得到圖b所示的圖像。根據(jù)圖像，在表格內(nèi)各空格處填上合理的答案。 ab開關(guān)位置電容器是在充電還是在放電電流傳感器中的電流正在增大還是減小S與1端相連________________S與2端相連________________(3)請你結(jié)合圖a，畫出S與1端相連后，通過電流傳感器的電流隨時間變化的圖像。答案(1)D(2)充電減小放電減小(3)見解析解析(1)因為要觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，只能選擇直流電源，若選擇交流電源，電流表將一直有示數(shù)。電流表要往左右兩個方向偏，所以要選零刻度線在中間的電流表，故選D。(2)開關(guān)S與1端相連后，此時由題圖a可知電壓傳感器中的電壓正在增大，是電容器充電過程，電流傳感器中的電流正在減小。開關(guān)S擲向2端后，此時由題圖b可知電壓傳感器中的電壓正在減小，是放電過程，電流傳感器中的電流正在減小。(3)開關(guān)S與1端相連后，此時由題圖a可知電壓傳感器中的電壓正在增大，是電容器充電過程，電流變小，則通過電流傳感器的電流隨時間變化的圖像如圖所示。5．(2023·湖北武漢市模擬)某實驗小組利用圖(a)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C0＝1000μF)，6節(jié)干電池，定值電阻R，電壓傳感器，電流傳感器，計算機，單刀雙擲開關(guān)S，導(dǎo)線若干。(a)請回答下列問題：(1)按圖(a)連接實物電路。先將開關(guān)S從2端撥至1端，電源對電容器充電；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，屏幕上顯示出如圖(b)所示的電流I、電壓U隨時間t變化的I－t圖線、U－t圖線，則曲線________表示電容器充電過程的U－t圖線，曲線________表示電容器放電過程的I－t圖線；(2)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；(3)根據(jù)圖(b)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＝________μF，該值與C0的差異為eq\b\lc\|\rc\|(\a\vs4\al\co1(\f(C0－C,C0)))×100%＝________%；(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(4)圖(c)中實線表示上述實驗中得到的I－t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I－t圖線可能是圖(c)中的虛線________(選填“a”“b”或“c”)。答案(1)①④(2)5(3)7.2×10－39.2×1028.0(4)b解析(1)充電過程，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；放電過程電壓逐漸變小，減小得越來越慢，電容器放電，放電電流與充電電流方向相反，電流逐漸變小，且減小得越來越慢，故電流隨時間變化的圖像為④。(2)由題圖(b)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，n≥eq\f(7.8,1.6)≈4.9，知至少需要將5節(jié)干電池串聯(lián)作為電源。(3)由題圖(b)圖線④表示電容器放電過程的I－t圖線，圖線與t軸圍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Q＝9×2mA×0.4s＝7.2×10－3C電容器的電容為C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(7.2,7.8)×10－3F≈9.2×102μF該值與C0的差異為eq