3/3實(shí)驗(yàn)十觀察電容器的充、放電現(xiàn)象1.（2024·重慶沙坪壩模擬）某研究性學(xué)習(xí)小組做“用傳感器觀察電容器的充電和放電”的實(shí)驗(yàn)，把一個(gè)電容器、電流傳感器、電阻、電源、單刀雙擲開關(guān)按圖甲所示連接。先將開關(guān)S撥至1端，電源向電容器充電，然后將開關(guān)S撥至2端，電容器放電，與電流傳感器相連接的計(jì)算機(jī)記錄這一過程中電流隨時(shí)間變化的I-t像，如圖乙所示。（1）關(guān)于電容器的充、放電，下列說法中正確的是。（填正確答案標(biāo)號(hào)）A.電容器充、放電過程中，外電路有電流B.電容器充、放電過程中，外電路有恒定電流C.電容器充電過程中，電源提供的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.電容器放電過程中，電容器中的電場(chǎng)能逐漸減小（2）在形成電流曲線1的過程中，電容器兩極板間的電壓，在形成電流曲線2的過程中，電容器的電容。（均選填“逐漸增大”“不變”或“逐漸減小”）（3）曲線1與橫軸所圍面積（選填“大于”“等于”或“小于”）曲線2與橫軸所圍面積。2.（2024·山西太原模擬）某同學(xué)用如圖甲所示的電路研究電容器的充、放電。（1）把開關(guān)S擲向a，對(duì)電容器充電，充電完畢后把開關(guān)S擲向b，讓電容器放電，直至放電完畢，電流傳感器將電流信息傳入計(jì)算機(jī)，屏幕上顯示出電流隨時(shí)間變化的I-t圖像如圖乙所示。圖乙中，陰影部分的面積S1S2（選填“＞”“＜”或“＝”）；若將電阻箱電阻調(diào)大些重新實(shí)驗(yàn)，得到I-t圖像中，充電過程陰影部分的面積S1'S1（選填“＞”“＜”或“＝”）。（2）某次放電過程中，電流和電壓傳感器分別將電流、電壓信息傳入計(jì)算機(jī)，經(jīng)處理后得到電流和電壓隨時(shí)間變化的I-t、U-t圖像分別如圖丙、丁所示。由圖像可知，電容器充滿電時(shí)的電荷量為C，電容器的電容為F。（保留2位有效數(shù)字）3.（2024·遼寧沈陽(yáng)模擬）某實(shí)驗(yàn)小組利用如下器材測(cè)量電容器的電容：直流穩(wěn)壓電源、待測(cè)電容器（額定電壓12V）、定值電阻R1＝130Ω、定值電阻R2＝80Ω、電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)、單刀雙擲開關(guān)S、導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)過程如下：①將定值電阻R1等器材按圖甲連接電路后，將開關(guān)S與1端連接，電源向電容器充電；②將開關(guān)S與2端連接，測(cè)得電流隨時(shí)間變化的I-t圖像如圖乙所示；③用R2替換R1后，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟①②，測(cè)得電流隨時(shí)間變化的I-t圖像如圖丙中的某條虛線所示。兩次實(shí)驗(yàn)中電源的輸出電壓相同，請(qǐng)回答下列問題：（1）電源的輸出電壓為V，利用計(jì)算機(jī)軟件測(cè)得圖乙中I-t圖像與兩坐標(biāo)軸所圍的面積為60mA·s，則電容器的電容為F。（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）（2）用R2替換R1后，電流隨時(shí)間變化的I-t圖像應(yīng)該是圖丙中的（填“b”“c”或“d”），判斷的依據(jù)是。4.（2024·江蘇南通模擬）用如圖甲所示電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，現(xiàn)提供如下實(shí)驗(yàn)器材：電源E（電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻不計(jì)）、電容器C（標(biāo)稱電容1000μF、電阻箱R（0～9999Ω）、微安表G（量程500μA，內(nèi)阻為2kΩ）、單刀雙擲開關(guān)S和導(dǎo)線若干。（1）根據(jù)圖甲電路在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線將實(shí)物電路連接完整。（2）將開關(guān)S撥至位置1，電容器上極板帶（選填“正”或“負(fù)”）電。（3）充電完畢，將開關(guān)S撥至位置2，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)作出電路中的電流I隨時(shí)間t變化的圖像如圖丙所示，則電阻箱接入電路的阻值為kΩ。（4）圖丙中曲線與橫軸圍成的區(qū)域共有148個(gè)小格，則電容器電容的測(cè)量值為μF（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。（5）根據(jù)圖丙可作出電容器所帶電荷量q隨時(shí)間t變化的圖像。某小組兩次實(shí)驗(yàn)中電阻箱接入電路的阻值分別為Ra和Rb，Ra＞Rb，對(duì)應(yīng)的q-t圖像為曲線a和b。則下列圖像中可能正確的是（填正確答案標(biāo)號(hào)）。5.（2024·云南昆明模擬）某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)觀察電容器的充電、放電現(xiàn)象，采用的實(shí)驗(yàn)電路如圖甲所示，已知所用電解電容器的長(zhǎng)引線是其正極，短引線是其負(fù)極。所用器材如下：電池、電容器、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）用多用電表的電壓擋檢測(cè)電池的電壓。檢測(cè)時(shí)，紅表筆應(yīng)該與電池的（選填“正極”或“負(fù)極”）接觸。（2）根據(jù)圖甲電路，請(qǐng)?jiān)趫D乙中用筆畫線代替導(dǎo)線，完成實(shí)物電路的連接。（3）連接好實(shí)驗(yàn)電路，開關(guān)S應(yīng)先接到，再接到，觀察電容器的放電現(xiàn)象。（均選填“1”或“2”）。（4）電容器開始放電，同時(shí)開始計(jì)時(shí)，每隔5s讀一次電流I的值，記錄數(shù)據(jù)值，描繪得到如圖丙所示的圖像。曲線與坐標(biāo)軸所圍面積等于該次放電開始時(shí)刻，電容器上的（選填“電壓”或“電荷量”）。

實(shí)驗(yàn)十觀察電容器的充、放電現(xiàn)象1.（1）AD（2）逐漸增大不變（3）等于解析：（1）由I-t圖像可知，電容器充、放電過程中，外電路中有電流，電流不斷變化，A正確，B錯(cuò)誤；電容器充電過程中，電源提供的電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，一部分轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能，C錯(cuò)誤；電容器放電過程中，電容器中的電場(chǎng)能逐漸減小，D正確。（2）在形成電流曲線1的過程中，電容器充電，電容器兩極板間的電壓逐漸增大；電容器的電容不隨電壓及電荷量的變化而變化，在形成電流曲線2的過程中，電容器的電容不變。（3）根據(jù)q＝It可知I-t圖像與坐標(biāo)軸圍成的面積等于電容器充電或放電電荷量，電容器充電的電荷量等于放電的電荷量，故曲線1與橫軸所圍面積等于曲線2與橫軸所圍面積。2.（1）＝＝（2）3.5×10－34.4×10－4解析：（1）I-t圖像與橫軸所圍面積為電容器的充、放電電荷量，因此有S1＝S2。將電阻箱接入電路的電阻變大，不改變充、放電電荷量的大小，但改變充、放電時(shí)間及充、放、電的最大電流，若將電阻箱電阻調(diào)大些重新實(shí)驗(yàn)，依然存在S1'＝S1。（2）I-t圖像與坐標(biāo)軸圍成的面積即為電容器放電過程中放出的電荷量，也就是電容器充滿電時(shí)的電荷量，I-t圖像與橫軸所圍面積中小正方形的個(gè)數(shù)為14個(gè)，則電容器充滿電時(shí)的電荷量Q＝14×0.25×10－3C＝3.5×10－3C，根據(jù)電容的定義式，可得電容器的電容為C＝QU≈4.4×10－4F3.（1）11.75.13×10－3（2）cR2的阻值小于R1，電容器放電的電流增大，放電的時(shí)間減少（或兩次放電的電荷量相同，即I-t圖像與橫軸所圍“面積”相同）解析：（1）由題圖乙知，最大電流為Im＝90mA＝0.09A最大電壓為Um＝ImR1＝11.7V可得電源的輸出電壓為11.7V，電容器所帶電荷量為q＝60mA·s＝0.06C電容器的電容為C＝qUm＝5.13×10－3（2）用R2替換R1后，電流隨時(shí)間變化的I-t圖像應(yīng)該是題圖丙中的c，因?yàn)镽2的阻值小于R1，電容器放電的電流增大，放電的時(shí)間減少。4.（1）圖見解析（2）負(fù)（3）8（4）987（5）D解析：（1）實(shí)物電路如圖所示。

（2）將開關(guān)S撥至位置1，電容器上極板與電源負(fù)極相連，故上極板帶負(fù)電。（3）電阻箱接入電路的阻值為R＝UI0－RG＝3300×10－（4）I-t圖像與坐標(biāo)軸所圍成的面積表示電荷量，即Q＝148×20×10－6×1C＝2.96×10－3C根據(jù)電容器的電容公式可知C＝QU＝2.96×1（5）由電荷量的公式q＝It可知，q-t圖像的斜率表示電流，則q-t圖像中斜率小的對(duì)應(yīng)的電阻大，故選D。5.（1）正極（2）見解析圖（3）12（4）電荷量解析