一、对电容器的分析——2024届一轮复习高考物理电学实验训练

这是一份一、对电容器的分析——2024届一轮复习高考物理电学实验训练，共11页。试卷主要包含了9 Ω），018”“0等内容，欢迎下载使用。
1.课外实验小组为加深对电容器的理解进行了如下实验：
（1）图甲所示的电容器充电后与电源断开，电容器的_________（选填“电荷量”或“电压”）将不变，在常见的电介质中，由于空气的_________很小，当极板间插入其他的电介质时，电容器的电容将_________（选填“增大”“减小”或“不变”），同时可以发现，静电计指针偏角将_________（选填“增大”“减小”或“不变”）。
（2）有一平行板电容器，两极板间电压为30 V，现使它所带的电荷量减少，电容器两极板间的电压降为原来的，则此电容器的电容为_________μF。
（3）如图乙所示，将电容器上极板A接电源正极，下极板B接电源负极，且将上极板接地。闭合开关S，有一带电液滴静止在电容器两极板间P点，现将电容器下极板B向下平移一小段距离，则液滴_________（选填“向上运动”“向下运动”或“静止不动”），P点电势_________（选填“升高”“降低”或“不变”）。
2.某同学做“观察电容器的放电现象”实验，实验电路图如图甲所示，已知所用电解电容器的长引脚是其正极，短引脚是其负极。
（1）开关S应先接到_________（选填“1”或“2”），待电容器充满电后，再接到_________（选填“1”或“2”），观察电容器的放电现象。
（2）根据图甲电路图，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。
（3）从电容器开始放电时开始计时，每隔5 s读一次电流i的值，记录数据如下表所示。
请根据表中的数据，在图丙中作出电流i随时间t变化的图线。
（4）根据图像估算，电容器在整个放电过程中释放的电荷量为_______C。
3.某实验小组利用如图1所示的电路来观察电容器充、放电现象。已知电流从电表的“+”接线柱流入时，指针向右偏转，反之向左偏转；电解电容器的长脚接电源正极，短脚接电源负极实验室里部分器材如下：
A.电解电容器C（3000 μF，25 V）
B.电阻箱R（0~999.9 Ω）
C.定值电阻（阻值约1.5 kΩ）
D.直流电压表V（3 V，内阻约3 kΩ）
E.灵敏电流计G（±300 μA，100 Ω）
F.学生电源
G.单刀双掷开关
H.导线若干
（1）为了使电流计的量程扩大到±3 mA，则应将电阻箱阻值调为_______Ω后与电流计并联（结果保留3位有效数字）。
（2）按电路图连接好电路，如图2，导线1的另一端应与电容器的_______（选填“a”或“b”）连接。
（3）接好电路，为观察电容器C放电时的现象，将电源电动势调至4 V后，应将单刀双掷开关S接_______（选填“A”或“B”）给电容器充电。一段时间后将单刀双掷开关接另一接线柱，让电容器放电，由计算机得到电容器放电时流过改装后的电流表的电流I随时间t的变化曲线如图3，且由计算机识别知图象面积为9300 μA·s，则充电结束后电容器两端的电压约为_______V（结果保留2位有效数字）。
4.如图是某实验小组定性探究平行板电容器的电容C与其极板间距离d、极板间正对面积S之间的关系的装置图。充电后与电源断开的平行板电容器的A板与静电计相连，B板和静电计金属壳都接地，A板通过绝缘柄固定在铁架台上，人手通过绝缘柄控制B板的移动。请回答下列问题：
（1）本实验采用的科学方法是__________。
A.理想实验法B.控制变量法C.等效替代法D.建立物理模型法
（2）在该实验中，静电计的作用是__________。
A.测定该电容器两极板间的电势差变化B.测定该电容器的电容
C.测定该电容器的电荷量D.测定两板之间的电场强度
（3）在实验中可观察到的现象（选填“变大”“变小”或“不变”）：
①甲图中的手水平向左移动增大极板间距离d时，静电计指针的张角___________，
②乙图中的手竖直向上移动减小极板间正对面积S时，静电计指针的张角___________。
（4）通过以上实验可归纳得到的结论是：___________。
5.如图为研究与平行板电容器电容有关的因素的实验装置。
（1）同时闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使静电计指针有一定的张角，然后只向右移动A极板，则静电计指针的张角_______；若保持极板不动而只将滑动变阻器的滑片P向D端移动，则静电计指针的张角_____（均填“变大”“变小”或“不变”）
（2）在静电计指针有明显张角的情况下，将开关断开，通过移动极板A或在极板间插入电介质，下列说法正确的是________（填正确答案标号）。
A.断开开关后，静电计的指针闭合，电容器的电容变为0
B.只将电容器A极板向上平移，静电计指针的张角变小
C.只在极板间插入玻璃板，静电计指针张角变小
D.只将电容器A极板向B极板靠近，静电计指针的张角变小，表明电容增大
6.某实验小组利用图甲所示电路测量一电容器的电容，实验器材有：待测电容器（电容标称值），6节干电池，定值电阻R，电压传感器，电流传感器，计算机，单刀双掷开关S，导线若干。先将开关S从2端拨至1端，电源对电容器充电；稳定后再将开关S拨至2端，电容器放电。传感器将信息即时输入计算机，屏幕上显示出如图乙所示的电流I、电压U随时间t变化的图线、图线。
（1）已知每节干电池的电动势为1.6 V，为了完成上述实验，至少需要将_______节干电池串联作为电源。
（2）根据图乙估算当电容器充电完毕时所带的电荷量是C，计算电容器的电容C与的差异为_______%。（结果均保留2位有效数字）
（3）图丙中实线表示上述实验中得到的图线，若串联接入电路的干电池个数保持不变，减小电阻R，则得到图线可能是图丙中的虚线_______（填“a”“b”或“c”）。
7.（1）某实验小组利用控制变量法研究影响平行板电容器电容大小的因素.如图甲所示，保持Q和d不变，若使两极板的正对面积S变小，则静电计指针偏转的角度_______（填“变大”“变小”或“不变”）；然后保持Q和S不变，改变两极板间距d；再保持不变，插入电介质等，通过静电计指针偏转角度的变化，从而判断电容的变化.
（2）如图乙所示，某同学利用传感器观察电容器的放电过程，得到的电容器放电的图像如图丙，实验所使用的电源电压为8 V，根据图像判断电容器在全部放电过程中释放的电荷量最接近______C（填“0.018”“0.003”或“0.001”），可估算得出电容器的电容_______F.
答案以及解析
1.答案：(1)电荷量；相对介电常数；增大；减小
(2)15
(3)向下运动；升高
解析：(1)电容器充电后与电源断开，电容器的电荷量不会随其他物理量的变化而发生改变。空气的相对介电常数很小，当极板间插入其他电介质时，两极板间电介质的相对介电常数会增大，根据，可知电容增大，又电容器的电荷量不变，根据，可知电容器两板板间的电压降低，故静电计指针偏角会减小。
(2)根据，可得。
(3)电容器两极板间的电压不变，将电容器下极板B向下平移一小段距离，根据，可知电容器两极板间的电场强度减小，带电液滴所受的电场力将小于重力，液滴要向下运动。取大地的电势为零，即上极板的电势为零，P点距离上极板的距离不变，而电容器两极板间的电场强度减小，根据，可知P点与上极板之间的电势差减小，则P点的电势升高。
2.答案：(1)1；2
(2)如图1所示
(3)如图2所示
(4)(也可)
解析：(1)开关S应先接到1，对电容器进行充电，待电容器充满电后，再接到2，电容器开始放电，观察电容器的放电现象。
(2)根据题图甲所示电路图完成实物电路的连接，如图1所示。
(3)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后过尽可能多的点作曲线，不能过的点则均匀分布在曲线两侧，作出图线如图2所示。
(4)根据图像中面积表示电荷量，可知一个小方格对应的电荷量，数出的小方格数为32，则电容器在整个放电过程中释放的电荷量。
3.答案：（1）11.1
（2）a
（3）A；3.1
解析：（1）将量程为0.3 mA的电流计改装成3 mA的电流表，则并联的电阻。
（2）电解电容器中长脚接电源正极，导线1是从正极接过来的，所以导线1的另一端应该接a脚。
（3）单刀双掷开关接A时，电容器与电源相连，此时电容器充电；根据可得充电结束后电容器两端的电压为。
4.答案：（1）B
（2）A
（3）①变大
②变大
（4）见解析
解析：（1）探究电容大小与多种因素的关系，采用的是控制变量法，故选B。
（2）该实验中静电计是为了测定该电容器两极板间的电势差，从而反映出电容器电容大小的变化，故选A。
（3）①甲图中的手水平向左移动，增大极板间距离d时，由可知，电容器电容C减小，又由于Q不变，则由可知，U变大，则静电计指针的张角变大。
②乙图中的手竖直向上移动减小极板间正对面积S时，由可知，电容器电容C减小，又由于Q不变，则由可知，U变大，则静电计指针的张角变大。
（4）由实验现象归纳总结可得：平行板电容器极板间距d越大，电容C越小；两板间的正对面积S越小，电容C越小。
5.答案：（1）不变；变小
（2）CD
解析：（1）电路简化示意图如图所示，
静电计指针张角大小显示电容器两极板间的电势差，电势差越大，静电计指针张角越大。电容器充电后与电路连接，电路结构不变，若只改变极板间距离或正对面积，电容器两极板间的电势差不变，故静电计指针张角不变；滑动变阻器全部接入电路中与电源串联，电容器两端电压与间电压相等，将滑动变阻器的滑片P向D端移动时，电容器两端的电压减小，故静电计的指针张角变小。
（2）断开开关后，电容器与外电路断开，电容器极板上的电荷量不变，且电容器的电容与电荷量无关，电容器的电容由电容器本身的性质决定，而电容器本身的性质未变，故电容器的电容不变，故A错误；断开开关后，电容器极板上的电荷量不变，将A极板上移时，正对面积减小，由知电容的电容减小，由，可知电容器极板间电势差增大，所以静电计指针张角变大，故B错误；而在极板间插入玻璃板时，电容器的电容增大，由可知电容器极板间电势差减小，所以静电计指针张角变小，故C正确；将A极板向右靠近B极板，极板间距离d减小，由知电容器的电容增大，由可知电容器极板间电势差减小，所以静电计指针张角应减小，故D正确。故选C、D。
6.答案：（1）5
（2）；8.0
（3）b
解析：（1）充电过程中，电压逐渐增大，且增大得越来越慢，故电压随时间变化的图线为①；可以看出，充电完成时，电容器两端电压约为7.8 V，设至少需要将n节干电池串联作为电源，则，至少需要将5节干电池串联作为电源。
（2）题图乙图线④表示电容器放电过程的图线，图线与坐标轴围成的面积表示放电的总电荷量，即电容器充电完毕时所带的电荷量；电容器的电容为，该值与的差异为。
（3）由于干电池个数保持不变，充电完成时电容器两端电压不变，电荷量不变，减小电阻，则初始电流增大，电荷量不变即图线与坐标轴所围面积不变，则图线可能是虚线b。
7.答案：（1）变大（2）0.003;
解析：（1）根据电容的决定式知电容与两极板的正对面积成正比，当保持不变，减小S时，电容C减小，因电容器的带电荷量Q不变，根据电容的定义式知板间电势差增大，则静电计指针的偏角变大.
（2）电容器的放电图像是一条逐渐下降的曲线，根据可知图线与时间轴围成的面积表示总的电荷量，经分析可知图像中共有35格，所以电容器在全部放电过程中释放的电荷量，则电容器的电容.
时间t/s
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
电流i/μA
500
392
270
209
158
101
75
49
23
15
9
3