电容器充放电实验----2027届高中物理一轮复习常考题型合集习题专项训练含答案【通用版】

这是一份电容器充放电实验----2027届高中物理一轮复习常考题型合集习题专项训练含答案【通用版】，共3页。
电源E（电动势10V，内阻不计）
电阻箱R0（最大阻值为99999.9Ω）
滑动变阻器R（最大阻值为10Ω，额定电流为2A）
电流传感器，计算机，开关，导线若干。
(1)闭合开关，调节滑动变阻器，将开关接1，观察到电流传感器示数________。
A．逐渐增大到某一值后保持不变
B．逐渐增大到某一值后迅速减小到零
C．迅速增大到某一值后逐渐减小到零
D．先逐渐增大，后逐渐减小至某一非零数值
(2)调节滑动变阻器，待电压表示数稳定在6V后，将开关接2，时的电流，图中虚线两侧图像与时间轴围成的面积比为3∶1，则时，电容器两极板间的电压________V，电阻________Ω。
(3)电容器的储能公式，上述放电过程电容器释放的电能约为________（结果保留两位有效数字）。
2．某实验小组利用电流传感器观察电容器充放电的电流变化。电路图如图（a）所示，其中电源电动势、内阻，定值电阻，定值电阻，电流传感器内阻忽略不计。
(1)初始时电容器所带电荷量为0，当单刀双掷开关既不接1，也不接2时，电容器上极板的电势为______V。
(2)将单刀双掷开关先接1充电，当电容器充满电后，再将单刀双掷开关接到2放电，放电过程中经过的电流方向为______（填“”或“”）；电脑通过电流传感器记录整个过程中的电流变化情况如图（b）所示，图像中的大小为______mA；已知图像中电流随时间变化的关系图线与坐标轴围成的面积均为，则该实验使用的电容器电容大小为______F。
(3)若将定值电阻换成一个阻值更大的电阻，则电容充满电所用时间______（填“大于”“小于”或“等于”）。
3．某同学用题图1所示电路来探究一电容器的充放电性能。A为理想电流传感器， V为理想电压传感器， R为定值电阻，E为直流电源（内阻r不可忽略）。主要实验步骤如下：
①将电流传感器和电压传感器分别与计算机连接；
②将单刀双掷开关S接1，利用计算机得到电流I和电压U随时间t变化的图像；
③将单刀双掷开关S接2，再次利用计算机得到电流I和电压U随时间t变化的图像；
④导出所得的4张图像，如题图2所示。
请回答下列问题：
(1)开关S接2时的图像是题图2中的______（选填“A”或“B”）。
(2)开关S接1时的图像如题图2中C所示，已知图中曲线与坐标轴围成的面积，则该电容器的电容______（保留两位有效数字）。
(3)若题图2D中M、N区域的面积之比为1:1，则定值电阻______。
4．如图1所示为观察电容器的充、放电现象的实验电路，是电容器，是单刀双掷开关，是与计算机相连的电流传感器，是滑动变阻器，是电动势为的直流电源。
(1)单刀双掷开关置于时，电容器________，单刀双掷开关置于时，电容器________。（均选填“充电”或“放电”）
(2)通过调整滑动变阻器触头可以调整电容器的放电时间，若发现放电时间过短，此时只需要________（选填“向上”或“向下”）调整滑动变阻器的滑片，就能够延长放电时间。
(3)图2是电流随时间变化的图像，图像与坐标轴围成的面积表示电容器所带电荷量，计算图像与坐标轴围成的面积时，数出一共有40小格，则电容器所带电荷量为________C，电容________。（结果均保留2位有效数字）
5．在“观察电容器的充、放电现象”实验中，把电阻箱（）、一节干电池、微安表（量程，零刻度在中间位置）、电容器（、）、单刀双掷开关组装成如图1所示的实验电路。
（1）把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零：然后把开关S接2，微安表指针偏转情况是___；
A．迅速向右偏转后示数逐渐减小 B．向右偏转示数逐渐增大
C．迅速向左偏转后示数逐渐减小 D．向左偏转示数逐渐增大
（2）再把电压表并联在电容器两端，同时观察电容器充电时电流和电压变化情况。把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到时保持不变；电压表示数由零逐渐增大，指针偏转到如图2所示位置时保持不变，则电压表示数为___V，电压表的阻值为___（计算结果保留两位有效数字）。
6．某同学为探究电容器充、放电过程，设计了图甲实验电路。器材如下：电容器，电源E（电动势6V，内阻不计），电阻R1 = 400.0Ω，电阻R2 = 200.0Ω，电流传感器，开关S1、S2，导线若干。实验步骤如下：
(1)断开S1、S2，将电流传感器正极与a节点相连，其数据采样频率为5000Hz，则采样周期为_____s；
(2)闭合S1，电容器开始充电，直至充电结束，得到充电过程的I—t曲线如图乙，由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为_____mA（结果保留3位有效数字）；
(3)保持S1闭合，再闭合S2，电容器开始放电，直至放电结束，则放电结束后电容器两极板间电压为_____V；
(4)实验得到放电过程的I—t曲线如图丙，I—t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0188C，则电容器的电容C为_____μF。图丙中I—t曲线与横坐标、直线t = 1s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0038C，则t = 1s时电容器两极板间电压为_____V（结果保留2位有效数字）。
7．用如图a所示的电路观察电容器的充放电现象，实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关、开关、导线若干
(1)闭合开关，将接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3V。在此过程中，电流表的示数_____（填选项标号）
A．一直稳定在某一数值
B．先增大，后逐渐减小为零
C．先增大，后稳定在某一非零数值
(2)先后断开开关、，将电流表更换成电流传感器，再将接2，此时通过定值电阻R的电流方向_____（选填“”或“”），通过传感器将电流信息传入计算机，画出电流随时间变化的图像，如图b，时，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出_____（保留2位有效数字）。
8．探究电容器充放电规律，实验装置如图甲所示，有电源E，定值电阻R0，电容器C，单刀双置开关S。
(1)为测量电容器充放电过程电压U和电流I变化，需在①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测_____（电流、电压）仪器。
(2)接通电路并接通开关使电容器充电，当电压表示数最大时，电流表示数为_____。
(3)根据测到数据，某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示。该过程为_____（充电，放电）。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示。0.2s时R0消耗的功率_____W。
《电容器充放电实验（补充进电学实验）》参考答案
1．(1)C
(2) 1.5 2500
(3)
【详解】（1）电容器开始充电的瞬间，其两极板间没有电荷积累，电压为零，相当于短路，此时充电电流最大，电流传感器的示数达到最大值。随着电容器极板上电荷的积累，两板间的电压UC逐渐增大，方向与电源电动势相反，故电路的总电动势减小，电流传感器的示数逐渐减小，当电容器的电压等于电源电动势时，电流等于零，此时电容器充满，电路达到稳定。
故选C。
（2）[1]设时刻，电容器两极板间的电压为，依题意
由
得
其中，依题意有
解得
[2]由欧姆定律
得
解得
（3）在图像中，图线与坐标轴所围的面积等于电容器所释放的电荷量，故数出图线围的面积约有38个格，每个格，故
由，其中
解得
2．(1)0
(2) 0.6
(3)大于
【详解】（1）电容器带电量为0，所以两极板之间的电势差为0，下极板接地，故电容器上极板的电势为0。
（2）[1]由电路图可知，电容器充满电后，上极板带正电，故放电时流过电阻的方向为。
[2]电容器充满电，两极板间的电压等于电源电动势3V，故开始放电瞬间，流过电阻的电流大小为
[3]根据电容的定义式可知，
（3）换用阻值更大的电阻后充电电流会变小，故充电时间变长。
3．(1)B
(2)1.0×10-3
(3)2×103
【详解】（1）开关S接2时，电容器处于放电过程，电容器两端电压逐渐减小，即电压表示数逐渐减小，可知，开关S接2时的图像是题图2中的B。
（2）开关S接1时，电容器处于充电过程，电容器两端电压逐渐增大，可知，开关S接1时的图像是题图2中的A，稳定时，电容器两端电压
根据电流的定义式有
解得
可知，图像中图像与时间轴所围几何图形的面积表示极板所带电荷量大小，根据题意可知，稳定时，电容器极板所带电荷量
根据电容的定义式有
解得
（3）电容器充电过程与放电过程极板所带电荷量的最大值均为
结合上述，根据图2中D可知，放电电流时，电容器的电荷量
令此时电压为，根据电容的定义式有
解得电容器两端电压
根据欧姆定律可知，定值电阻
4．(1) 充电 放电
(2)向下
(3) 33
【详解】（1）[1]单刀双掷开关置于时，电源通过电流传感器给电容器充电，回路中的电流方向为顺时针，使其上极板带正电荷，下极板带等量的负电荷
[2]单刀双掷开关置于时，电容器、电流传感器、滑动变阻器组成闭合回路，此时电容器放电，回路中的电流方向为逆时针
（2）调整滑动变阻器的滑片向下，增大其接入电阻，电流变小，电容器放电时间变长，就能够延长放电时间
（3）[1]在图像中面积表示电荷量为
[2] 电容为
5． C 0.50 3.1
【详解】（1）[1]把开关S接1，电容器充电，电流从右向左流过微安表，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零；把开关S接2，电容器放电，电流从左向右流过微安表，则微安表指针迅速向左偏转后示数逐渐减小。故选C。
（2）[2]由题意可知电压表应选用0~3V量程，由图2可知此时分度值为0.1V，需要估读到0.01V，则读数为0.50V。
[3]当微安表示数稳定时，电容器中不再有电流通过，此时干电池、电阻箱、微安表和电压表构成回路，根据欧姆定律，电压表内阻。
6．(1)
(2)15.0
(3)2
(4) 4.7 × 103 2.8
【详解】（1）采样周期为
（2）由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0mA；
（3）放电结束后电容器两极板间电压等于R2两端电压，根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为
（4）[1]充电结束后电容器两端电压为，故可得
解得
[2]设t = 1s时电容器两极板间电压为，得
代入数值解得
7．(1)B
(2)
【详解】（1）电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从0增大某一最大值，后随着电容器的不断充电，电路中的充电电流在减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于开路，电流为0。
故选B。
（2）[1]根据电路图可知充电结束后电容器上极板带正电，将接2，电容器放电，此时通过定值电阻R的电流方向；
[2]时可知此时电容器两端的电压为
电容器开始放电前两端电压为，根据图像与横轴围成的面积表示放电量可得间的放电量为
后到放电结束间放电量为
根据题意，解得
8．(1)电压
(2)0
(3) 放电 0.32
【详解】（1）位置②与电容器并联，为测电压仪器。
（2）电压表示数最大时，电容器充电完毕，电流表示数为零。
（3）[1]电容器放电时电压和电流都减小，图像逆向分析，该过程为电容器放电过程。
[2]电容器充电完毕后的电压等于电源电动势，大小为12V，由题图丙可知t = 0.2s时电容器两端电压为U = 8V，由题图乙可知当U = 8V时，电流I = 40mA，电路中只有消耗电功率，则电阻R0消耗的功率为