第46練實驗十：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象分值：50分1.(8分)(2023·新課標(biāo)卷·22)在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中，所用器材如下：電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關(guān)以及導(dǎo)線若干。(1)(2分)用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應(yīng)該與電池的(填“正極”或“負(fù)極”)接觸。(2)(2分)某同學(xué)設(shè)計的實驗電路如圖(a)所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為R1，將單刀雙擲開關(guān)S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后，開關(guān)S再與“2”端相接，相接后小燈泡亮度變化情況可能是。(填正確答案標(biāo)號)A.迅速變亮，然后亮度趨于穩(wěn)定B.亮度逐漸增大，然后趨于穩(wěn)定C.迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅(3)(4分)將電阻箱的阻值調(diào)為R2(R2>R1)，再次將開關(guān)S與“1”端相接，再次記錄電流隨時間的變化情況。兩次得到的電流I隨時間t變化如圖(b)中曲線所示，其中實線是電阻箱阻值為(填“R1”或“R2”)時的結(jié)果，曲線與橫軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的(填“電壓”或“電荷量”)。2.(7分)(2024·黑龍江哈爾濱市二模)電容器是一種重要的電學(xué)元件，在電工、電子技術(shù)中應(yīng)用廣泛。使用圖甲所示電路觀察電容器的充、放電過程。電路中的電流傳感器(相當(dāng)于電流表)與計算機(jī)相連，可以顯示電路中電流隨時間的變化關(guān)系。圖甲中直流電源電動勢E＝8V，實驗前電容器不帶電。先使S與“1”端相連給電容器充電，充電結(jié)束后，使S與“2”端相連，直至放電完畢。計算機(jī)記錄的電流隨時間變化的i－t曲線如圖乙所示。(1)(2分)乙圖中陰影部分的面積S1S2(填“>”“<”或“＝”)；(2)(3分)計算機(jī)測得S1＝1203mA·s，則該電容器的電容為F(保留兩位有效數(shù)字)；(3)(2分)由甲、乙兩圖可判斷阻值R1R2(填“>”“<”或“＝”)。3.(10分)(2025·遼寧省部分學(xué)校聯(lián)考)在“用傳感器觀察電容器的充、放電過程”實驗中，按圖甲所示連接電路。單刀雙擲開關(guān)S先跟2相接，某時刻開關(guān)改接1，一段時間后，把開關(guān)再改接2。實驗中使用了電流傳感器來采集電流隨時間的變化情況。其中C表示電容器的電容，R表示電阻的阻值，E表示電源的電動勢(電源內(nèi)阻可忽略)。(1)(4分)開關(guān)S改接2后，電容器進(jìn)行的是(填“充電”或“放電”)過程。此過程得到的I－t圖像如圖乙所示。如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R的阻值，則此過程的I－t曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積將(填“增大”“不變”或“減小”)；(2)(2分)若R＝500Ω，結(jié)合放電過程獲取的I－t圖像，則加在電容器兩極板的最大電壓約為V；(3)(2分)改變電路中某一元件的參數(shù)對同一電容器進(jìn)行兩次充電，兩次充電對應(yīng)的電容器電荷量Q隨時間t變化的圖像分別如圖丙中a、b所示。根據(jù)圖像分析：a、b兩條曲線不同是(填“R”或“E”)不同造成的；(4)(2分)電容器充電過程實際是克服極板上電荷的靜電力做功，使電勢能增加的過程(即極板間儲存電場能的過程)，若某次充電過程的兩極板間電壓U與電荷量Q的關(guān)系圖像如圖丁所示，請類比v－t圖像求位移的方法，計算該充電過程電容器儲存的電場能為(用U0、Q0表示)。4.(10分)(2023·山東卷·14)電容儲能已經(jīng)在電動汽車，風(fēng)、光發(fā)電，脈沖電源等方面得到廣泛應(yīng)用。某同學(xué)設(shè)計圖甲所示電路，探究不同電壓下電容器的充、放電過程，器材如下：電容器C(額定電壓10V，電容標(biāo)識不清)；電源E(電動勢12V，內(nèi)阻不計)；電阻箱R1(阻值0~99999.9Ω)；滑動變阻器R2(最大阻值20Ω，額定電流2A)；電壓表V(量程15V，內(nèi)阻很大)；發(fā)光二極管D1、D2，開關(guān)S1、S2，電流傳感器，計算機(jī)，導(dǎo)線若干?；卮鹨韵聠栴}：(1)(2分)按照圖甲連接電路，閉合開關(guān)S1，若要升高電容器充電電壓，滑動變阻器滑片應(yīng)向(填“a”或“b”)端滑動。(2)(2分)調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片位置，電壓表表盤如圖乙所示，示數(shù)為V(保留1位小數(shù))。(3)(2分)繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片位置，電壓表示數(shù)為8.0V時，開關(guān)S2擲向1，得到電容器充電過程的I－t圖像，如圖丙所示。借鑒“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中估算油膜面積的方法，根據(jù)圖像可估算出充電結(jié)束后，電容器存儲的電荷量為C(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。(4)(2分)本電路中所使用電容器的電容約為F(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。(5)(2分)電容器充電后，將開關(guān)S2擲向2，發(fā)光二極管(填“D1”或“D2”)閃光。5.(15分)(2023·福建卷·13)某同學(xué)用圖(a)所示的電路觀察矩形波頻率對電容器充放電的影響。所用器材有：電源、電壓傳感器、電解電容器C(4.7μF，10V)、定值電阻R(阻值2.0kΩ)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干。(1)(3分)電解電容器有正、負(fù)電極的區(qū)別。根據(jù)圖(a)，將圖(b)中的實物連線補(bǔ)充完整。(2)(3分)設(shè)置電源，讓電源輸出圖(c)所示的矩形波，該矩形波的頻率為Hz。(3)(6分)閉合開關(guān)S，一段時間后，通過電壓傳感器可觀測到電容器兩端的電壓UC隨時間周期性變化，結(jié)果如圖(d)所示，A、B為實驗圖線上的兩個點。在B點時，電容器處于狀態(tài)(填“充電”或“放電”)。在點時(填“A”或“B”)，通過電阻R的電流更大。(4)(3分)保持矩形波的峰值電壓不變，調(diào)節(jié)其頻率，測得不同頻率下電容器兩端的電壓隨時間變化的情況，并在坐標(biāo)紙上作出電容器上最大電壓Um與頻率f關(guān)系圖像，如圖(e)所示。當(dāng)f＝45Hz時電容器所帶電荷量的最大值Qm＝C(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。(5)根據(jù)實驗結(jié)果可知，電容器在充放電過程中，其所帶的最大電荷量在頻率較低時基本不變，而后隨著頻率的增大逐漸減小。

答案精析1.(1)正極(2)C(3)R2電荷量2.(1)＝(2)0.15(3)<解析(1)題圖乙中陰影面積S1和S2分別表示充電和放電中電容器上的總電荷量，所以兩者相等。(2)由陰影面積代表電容器上的電荷量得q＝S1＝1.203C，U＝E＝8V，則C＝qU＝1.2038(3)由題圖乙可知充電瞬間電流大于放電瞬間電流，且充電瞬間電源電壓與放電瞬間電容器兩極板電壓相等，由ER0＋R1>ER03.(1)放電不變(2)1.2(3)E(4)12U0Q解析(1)開關(guān)S改接2后，電容器進(jìn)行的是放電過程。只減小電阻R的阻值，不改變電容的帶電荷量，則此過程，電容的放電量不變，則I－t曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積不變；(2)若R＝500Ω，由題圖乙可知，放電過程的最大電流為2.4mA，則加在電容器兩極板的最大電壓約為U＝IR＝1.2V。(3)a、b兩條曲線分別趨近于不同最大值，則電容器帶的最大電荷量不同，根據(jù)Q＝CU可知，兩次不同是電源的電動勢E不同造成的；(4)該充電過程電容器儲存的電場能等于U－Q圖像與Q軸圍成的“面積”，大小為12U0Q04.(1)b(2)6.5(3)3.5×10－3(4)4.4×10－4(5)D1解析(1)滑動變阻器采用的是分壓式接法，故向b端滑動滑動變阻器滑片電容器充電電壓升高；(2)表盤量程為15V，每個小格0.5V，故示數(shù)為6.5V；(3)I－t圖像與t軸所圍的面積，等于電容器存儲的電荷量，共35個小格，故電容器存儲的電荷量為3.5×10－3C；(4)由電容的定義式C＝qU得C≈4.4×10－4F(5)開關(guān)S2擲向2，電容器放電，故D1閃光。5.(1)見解析圖(2)40(3)充電B(4)1.8×10－5解析(1)根據(jù)電路圖連接實物圖，如圖所示(2)由題圖(c)可知周期T＝25×10－3s，所以該矩形波的頻率為f＝1T＝40(3)由題圖(d)可知，B點處于電容器兩端的電