第48課時(shí)實(shí)驗(yàn)十：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象課時(shí)精練(分值：40分)1.(8分)如圖所示是觀察電容器的充、放電現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路。E為電源，S是單刀雙擲開(kāi)關(guān)，G為靈敏電流計(jì)，C為平行板電容器，R為電阻箱。(1)(2分)當(dāng)開(kāi)關(guān)S接時(shí)(填“1”或“2”)，平行板電容器充電；

(2)(2分)電容器充電完畢，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，此時(shí)電路圖中電容器上極板(填“帶正電”“帶負(fù)電”或“不帶電”)；

(3)(2分)然后將開(kāi)關(guān)S接2時(shí)，電容器放電，流經(jīng)G表的電流方向?yàn)?填“向左”或“向右”)；

(4)(2分)開(kāi)關(guān)S接2，電容器放電過(guò)程中，電路中的電流大小為i，電容器所帶電荷量大小為Q，電容器兩極板電勢(shì)差大小為U，電容器的電容為C。下列關(guān)于i、Q、U、C隨時(shí)間t的變化的圖像，正確的是。

答案(1)1(2)帶正電(3)向左(4)B解析(1)對(duì)平行板電容器充電時(shí)，需要將平行板電容器與電源連接，可知當(dāng)開(kāi)關(guān)S接1，平行板電容器充電。(2)由于開(kāi)關(guān)S連接1充電時(shí)，平行板電容器上極板與電源正極相連，可知電路圖中電容器上極板帶正電。(3)由于平行板電容器上極板帶正電，將開(kāi)關(guān)S接2時(shí)，電容器放電，流經(jīng)G表的電流方向?yàn)橄蜃蟆?4)根據(jù)C=QU可知，放電時(shí)，平行板電容器相當(dāng)于電源，剛開(kāi)始放電瞬間，平行板電容器極板間電壓較大，電流較大，在放電過(guò)程，極板所帶電荷量減小，極板間電壓減小，通過(guò)電路的電流減小，故A錯(cuò)誤；放電過(guò)程，極板所帶電荷量Q減小，根據(jù)i=ΔQΔt可知Q-t圖像的斜率的絕對(duì)值表示電流大小，根據(jù)上述可知放電過(guò)程電流減小，即Q-t圖像的斜率的絕對(duì)值減小，故B正確；根據(jù)上述可知，放電過(guò)程極板所帶電荷量減小，極板間的電壓減小，故C錯(cuò)誤；根據(jù)C=2.(8分)(2023·新課標(biāo)卷·22)在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)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(kāi)關(guān)以及導(dǎo)線若干。(1)(2分)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(填“正極”或“負(fù)極”)接觸。

(2)(2分)某同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)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(kāi)關(guān)S與“1”端相接，記錄電流隨時(shí)間的變化。電容器充電完成后，開(kāi)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(hào))

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(kāi)關(guān)S與“1”端相接，再次記錄電流隨時(shí)間的變化情況。兩次得到的電流I隨時(shí)間t變化如圖(b)中曲線所示，其中實(shí)線是電阻箱阻值為(填“R1”或“R2”)時(shí)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”)。

答案(1)正極(2)C(3)R2電荷量解析(1)多用電表應(yīng)滿足電流“紅進(jìn)黑出”，因此紅表筆與電池的正極相連；(2)電容器放電過(guò)程中，電流由大逐漸變小，則小燈泡迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅，故C正確；(3)實(shí)線表示充電慢，用時(shí)長(zhǎng)，最大電流小，故接入的電阻應(yīng)為大的電阻，即R2，因此實(shí)線表示電阻箱阻值為R2時(shí)的結(jié)果；根據(jù)公式I=Qt，則I-t3.(12分)在“用傳感器觀察電容器的充、放電過(guò)程”實(shí)驗(yàn)中，按圖甲所示連接電路。單刀雙擲開(kāi)關(guān)S先跟2相接，某時(shí)刻開(kāi)關(guān)改接1，一段時(shí)間后，把開(kāi)關(guān)再改接2。實(shí)驗(yàn)中使用了電流傳感器來(lái)采集電流隨時(shí)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(dòng)勢(shì)(電源內(nèi)阻可忽略)。(1)(4分)開(kāi)關(guān)S改接2后，電容器進(jìn)行的是(填“充電”或“放電”)過(guò)程。此過(guò)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(guò)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(guò)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)(3分)改變電路中某一元件的參數(shù)對(duì)同一電容器進(jìn)行兩次充電，兩次充電對(duì)應(yīng)的電容器電荷量Q隨時(shí)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)(3分)電容器充電過(guò)程實(shí)際是克服極板上電荷的靜電力做功，使電勢(shì)能增加的過(guò)程(即極板間儲(chǔ)存電場(chǎng)能的過(guò)程)，若某次充電過(guò)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(qǐng)類(lèi)比v-t圖像求位移的方法，計(jì)算該充電過(guò)程電容器儲(chǔ)存的電場(chǎng)能為(用U0、Q0表示)。

答案(1)放電不變(2)1.2(3)E(4)12U0Q解析(1)開(kāi)關(guān)S改接2后，電容器進(jìn)行的是放電過(guò)程。只減小電阻R的阻值，不改變電容的帶電荷量，則此過(guò)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(guò)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(dòng)勢(shì)E不同造成的；(4)該充電過(guò)程電容器儲(chǔ)存的電場(chǎng)能等于U-Q圖像與Q軸圍成的“面積”，大小為12U0Q04.(12分)(2023·山東卷·14)電容儲(chǔ)能已經(jīng)在電動(dòng)汽車(chē)，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(jì)圖甲所示電路，探究不同電壓下電容器的充、放電過(guò)程，器材如下：電容器C(額定電壓10V，電容標(biāo)識(shí)不清)；電源E(電動(dòng)勢(shì)12V，內(nèi)阻不計(jì))；電阻箱R1(阻值0~99999.9Ω)；滑動(dòng)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(kāi)關(guān)S1、S2，電流傳感器，計(jì)算機(jī)，導(dǎo)線若干。回答以下問(wèn)題：(1)(2分)按照?qǐng)D甲連接電路，閉合開(kāi)關(guān)S1，若要升高電容器充電電壓，滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)向(填“a”或“b”)端滑動(dòng)。

(2)(2分)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片位置，電壓表表盤(pán)如圖乙所示，示數(shù)為V(保留1位小數(shù))。

(3)(3分)繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片位置，電壓表示數(shù)為8.0V時(shí)，開(kāi)關(guān)S2擲向1，得到電容器充電過(guò)程的I-t圖像，如圖丙所示。借鑒“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)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(chǔ)的電荷量為C(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(4)(3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(kāi)關(guān)S2擲向2，發(fā)光二極管(填“D1”或“D2”)閃光。

答案(1)b(2)6.5(3)3.5×10-3(4)4.4×10-4(5)D1解析(1)滑動(dòng)變阻器采用的是分壓式接法，故向b端滑動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片電