【高考突破方案】第七章 实验九观察电容器的充 放电现象 -强化训练（解析版）高考物理一轮复习

静电场
实验九　观察电容器的充、放电现象
　1.在“观察电容器的充、放电现象”实验中，电路如图甲所示.
(1)将开关S与1端相连，则稳定后电容器的______(选填“上”或“下”)极板带正电，把开关S掷向2端，则通过电流表的电流方向向______(选填“左”或“右”).
(2)若电源两端的电压为10 V，实验中所使用的电容器如图乙所示，充满电后电容器所带的电荷量是__________________C(结果保留两位有效数字).
(3)(多选)下列关于电容器充电过程，充电电流i与时间t的关系、电容器所带电荷量q与时间t关系、电容器所带电荷量q与两极板间的电压U的关系正确的是________.
【答案】 (1)上　左　(2)3.3×10－2　(3)ACE
【解析】 (1)当开关接通1时，电源上端为正极，故电容器的上极板接正极，故上极板带正电.当S接2时，电容器相当一个电源，向外放电，由于它的上极板带正电荷，故放电时的电流方向从电容器的上极板流向电流表，故通过电流表的电流方向向左.
(2)因为电源的电动势为10 V，充满电时，电容器的两端电压也是10 V，由乙图可知C＝3300 μF＝3.3×10－3 F，所以充满电后电容器正极板带电量Q＝CU＝3.3×10－2 C.
(3)电容器充电时，电流刚开始是比较大的，以后逐渐变小，充电完毕，电流减为0，故A正确，B错误；由于充电电流在不断减小，电容器所带电荷量随时间增加得越来越慢，又由于电容C不变，根据公式q＝UC，可知图线为过原点的一条直线，故D错误，C、E正确.故选ACE.
　2.某研究性学习小组做“用传感器观察电容器的充电和放电”的实验，把一个电容器、电流传感器、电阻、电源、单刀双掷开关按图甲所示连接.先将开关S拨至1端，电源向电容器充电，然后将开关S拨向2端，电容器放电，与电流传感器相连接的计算机记录这一过程中电流随时间变化的It图线，如图乙所示.
(1)关于电容器的充、放电，下列说法中正确的是________.(填正确答案标号)
A.电容器充、放电过程中，电路有变化电流
B.电容器充、放电过程中，电路有恒定电流
C.电容器充电过程中，电源提供的电能全部转化为内能
D.电容器放电过程中，电容器中的电场能逐渐减小
(2)在形成电流曲线1的过程中，电容器两极板间的电压____________；在形成电流线2的过程中，电容器的电容________.(均选填“逐渐增大”“不变”或“逐渐减小”)
(3)曲线1与横轴所围面积________(选填“大于”“等于”或“小于”)曲线2与横轴所围面积.
【答案】 (1)AD　(2)逐渐增大　不变　(3)等于
【解析】 (1)由It图像可知，电容器充、放电过程中，电路有变化电流，选项A正确，B错误；电容器充电过程中，电源提供的电能一部分转化为内能，一部分转变为电容器的电场能，选项C错误；电容器放电过程中，电容器中的电场能逐渐减小，选项D正确.故选AD.
(2)在形成电流曲线1的过程中，电容器充电，则两极板间的电压逐渐增大；在形成电流线2的过程中，电容器的电容不变.
(3)曲线1表明的电容器充电的电量等于曲线2对应的电容器放电的电量，根据Q＝It可知图像与坐标轴围成的面积等于电容器的充电或放电电量，则曲线1与横轴所围面积等于曲线2与横轴所围面积.
　3.某同学利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象，电流传感器与计算机相连，可以显示出电流I随时间t变化的图像.
(1)为使电源向电容器充电，应将开关S与______(选填“1” 或“2”)端相连.
(2)在充电过程中，测绘的充电电流I随时间t的图像可能是______.
(3)图乙为传感器中电容器放电时的电流I随时间t的图像，图中每一小方格面积相同.根据图像估算电容器在t0～2t0时间内，释放电荷量的表达式为____________________(用I0、t0表示).
(4)图丙中实线是实验得到的放电时的It图像，如果不改变电路的其他参数，只减小阻箱R的阻值，则得到的It图线是图丁中的________(选填“①”“②”或“③”)，理由是________________________________________________.
【答案】 (1)1　(2)A　(3)2I0t0或I0t0　(4)②　电容器释放的总电量不变，平均电流变大，放电时间变短
【解析】 (1)为使电源向电容器充电，电容器应与电源连接，故应将开关S与 “1”端相连.
(2)充电过程中电容器C两端电压逐渐增大，充电电流I随时间t应逐渐较小至零，故电流I随时间t的图像可能是A，故A正确.
(3)根据图像的含义，因Q＝It，It图线与t轴所围成的面积表示电容器放出的电荷量；根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子的电量为I0t0，由大于半格算一个，小于半格舍去，因此图像所包含的格子个数为8个或7个，所以释放的电荷量是q＝2I0t0或I0t0.
(4)应该是②，理由是：电容器释放的总电量不变，平均电流变大，放电时间变短.
　4.图甲是一种测量电容器电容的实验电路图，实验是通过对高阻值电阻放电的方法，测出电容器充电至电压U时所带电荷量Q，从而求出待测电容器的电容C.某同学在一次实验时的情况如下：
A.按如图甲所示的电路图接好电路；
B.接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使电流表的指针偏转接近满刻度，记下此时电流表的示数是I0＝490 μA，电压表的示数U0＝8.0 V；
C.断开开关S，同时开始计时，每隔5 s测读一次电流i的值，将测得数据填入表格，并标示在图乙的坐标纸上（时间t为横坐标，电流i为纵坐标），如图乙中小黑点所示.
（1）在图乙中画出i－t图像；
（2）图乙中图线与横坐标轴所围成面积的物理意义是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；
（3）该电容器电容为　　　　F（结果保留2位有效数字）；
（4）若某同学实验时把电压表接在E、D两端，则电容的测量值比它的真实值　　　 （选填“偏大”“偏小”或“相等”）.
【答案】（1）见解析图（2）在开始放电时电容器所带的电荷量　（3）1.1×10－3　（4）偏小
【解析】（1）用平滑的曲线连接，作出图像如图所示.
（2）由ΔQ＝I·Δt知，电荷量为i－t图像与横坐标轴所包围的面积，则图乙中图线与横坐标轴所围成面积为电容器在开始放电时所带的电荷量.
（3）算出格子数，由总格子数乘以每个格子的“面积”值求得Q＝8.5×10－3 C
则C＝＝ F≈1.1×10－3 F.
（4）若把电压表接在E、D两端，则电容器在放电时，有一部分电荷量会从电压表中通过，从而使得通过电流表的电荷量小于电容器的带电荷量，从而使电容的测量值比它的真实值偏小.