2021高考物理一轮复习实验九观察电容器的充放电现象题型突破练含解析鲁科版

-1-实验九观察电容器的充、放电现象热点一电容器的充、放电现象的定性分析【典例1】在测定电容器电容值的实验中,将电容器、电压传感器、阻值为3kΩ的电阻R、电源、单刀双掷开关按图甲所示电路图进行连接。先使开关S与1端相连,电源向电容器充电,充电完毕后把开关S掷向2端,电容器放电,直至放电完毕。实验得到的与电压传感器相连接的计算机所记录的电压随时间变化的u-t曲线如图乙所示,图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录了“峰值”及曲线与时间轴所围“面积”的图。(1)根据图甲所示的电路,观察图乙可知:充电电流与放电电流方向____________(选填“相同”或“相反”),大小都随时间________(选填“增加”或“减小”)。(2)当开关接“1”时,是充电还是放电?上极板带什么电?(3)某同学认为:仍利用上述装置,将电压传感器从电阻两端改接在电容器的两端,也可以测出电容器的电容值。请你分析并说明该同学的说法是否正确。【解析】(1)根据图甲所示的电路,观察图乙可知:充电电流与放电电流方向相反,大小都随时间减小。(2)当开关接“1”时,是与电源连接,是充电,且上极板带正电。(3)正确。因为当开关S与2连接,电容器放电的过程中,电容器C与电阻R上的电压大小相等,因此通过对放电曲线进行数据处理后记录的“峰值Um”及曲线与时间轴所围“面积S”,可应用C==计算电容值。答案:(1)相反减小(2)充电带正电(3)见解析-2-热点二电容器的充、放电现象的定量计算【典例2】(多选)电流传感器可以像电流表一样测量电流,可以捕捉到瞬间的电流变化,相当于一个理想电流表。用如图甲所示的电路来研究电容器的放电过程。实验时将开关S拨到1端,用直流电压为8V的电源给电容器充电,待电路稳定后,将电流传感器打开,再将开关S拨到2端,电容器通过电阻R放电。以S拨到2端时为t=0时刻,电流传感器测得的电流I随时间t的变化图象如图乙所示,根据题意,下列说法正确的是()A.由I-t图象可知,电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为3.2×10-3CB.由I-t图象可知,电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为3.2CC.此电容器的电容约为4.0×10-4FD.此电容器的电容约为0.4F【解析】选A、C。将横坐标t分成许多很小的时间间隔Δt,在这些很小的时间间隔里,放电电流I可以视为不变,则IΔt为这段时间内的电量,则电容器所带的电荷量为Q=I1Δt1+I2Δt2+I3Δt3+…+InΔtn,式中I1Δt1、I2Δt2…为图中的狭条形面积,由此可知,电容器所带的电荷量在数值上等于图象与坐标轴所包围的面积。纵坐标的每个小格为0.2mA,横坐标的每个小格为0.4s,则每个小格所代表的电荷量数值为q=0.2×10-3×0.4C=8×10-5C,曲线下包含的小正方形的个数为39个(格数为38～42都正确);总放电量为Q=39×8×10-5C=3.12×10-3C,故A正确,B错误。由电容器的计算公式,可得电容值C==F=4×10-4F,故C正确,D错误。故选A、C。