2026版《金版教程》高考一轮复习物理第5节 实验：观察电容器的充、放电现象

高考总复习首选用卷物理第5节实验：观察电容器的充、放电现象1．(2024·甘肃高考)一平行板电容器充放电电路如图所示。开关S接1，电源E给电容器C充电；开关S接2，电容器C对电阻R放电。下列说法正确的是()A．充电过程中，电容器两极板间电势差增加，充电电流增加B．充电过程中，电容器的上极板带正电荷，流过电阻R的电流由M点流向N点C．放电过程中，电容器两极板间电势差减小，放电电流减小D．放电过程中，电容器的上极板带负电荷，流过电阻R的电流由N点流向M点答案：C解析：充电过程中，随着电容器带电量Q的增加，电容器两极板间电势差UC＝eq\f(Q,C)增加，则电阻R两端电势差UR＝E－UC变小，由I＝eq\f(UR,R)知，充电电流I减小，故A错误；根据电路图可知，充电过程中，电容器的上极板带正电荷，电路中的电流沿顺时针方向，流过电阻R的电流由N点流向M点，故B错误；放电过程中，随着电容器带电量Q的减小，电容器两极板间电势差UC＝eq\f(Q,C)减小，即电阻R两端电势差UR＝UC减小，由I＝eq\f(UR,R)知，放电电流I减小，故C正确；根据电路图可知，放电过程中，电容器的上极板带正电荷，电路中的电流沿逆时针方向，流过电阻R的电流由M点流向N点，故D错误。2．(2024·浙江1月选考)在“观察电容器的充、放电现象”实验中，把电阻箱R(0～9999Ω)、一节干电池、微安表(量程0～300μA，零刻度在中间位置)、电容器C(2200μF、16V)、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160μA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________kΩ(计算结果保留两位有效数字)。答案：(1)C(2)0.503.1解析：(1)把开关S接1时，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；然后把开关S接2，电容器放电，则电流从左向右流过微安表，电流先迅速增大，后逐渐减小，则微安表指针迅速向左偏转后示数逐渐减小。故选C。(2)由于电源为一节干电池，可知电压表应选用0～3V量程，由题图2可知，此时电压表的分度值为0.1V，需要估读到0.01V，则电压表的示数U＝0.50V。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、电压表和微安表串联构成回路，则通过电压表的电流大小为I＝160μA＝1.6×10－4A，根据部分电路欧姆定律可得，电压表的阻值RV＝eq\f(U,I)＝eq\f(0.50V,1.6×10－4A)＝3.1kΩ。3．(2024·重庆高考)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，单刀双掷开关S。(1)为测量电容器充放电过程电压U和电流I的变化情况，需在①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测________(选填“电流”或“电压”)仪器。(2)连接电路并接通开关，当电压表示数最大时，电流表示数为________。(3)根据测得的数据，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________(选填“充电”或“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消耗的功率为________W。答案：(1)电压(2)0(3)放电0.32解析：(1)位置②与电容器并联，应该接入测电压仪器。(2)开始时应给电容器充电，当电压表示数最大时，电容器充电完毕，电路中没有电流，电流表示数为零。(3)电容器充电时电容器两端电压U＝E－IR0，电容器放电时电容器两端电压U＝IR0，则题图乙所示过程为电容器放电过程。由题图丙可知，t＝0.2s时电容器两端电压即R0两端电压为U＝8V，由题图乙可知，当U＝8V时，放电电流即R0中电流I＝40mA＝0.04A，则此时电阻R0消耗的功率为P＝UI＝0.32W。4．(2024·黑龙江省哈尔滨市第九中学高三下二模)电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛。使用图甲所示电路观察电容器的充、放电过程，电路中的电流传感器可以捕捉瞬时的电流变化，它与计算机相连，可显示电流随时间的变化。图甲直流电源电动势E＝8V、内阻不计，充电前电容器带电量为零。先使S与“1”端相连，电源向电容器充电。充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的i­t曲线如图乙所示。(1)在电容器充电与放电过程中，通过电阻R0的电流方向________(选填“相同”或“相反”)；(2)图乙中阴影部分的面积S1________S2(选填“>”“<”或“＝”)；(3)已知S1＝1233mA·s，则该电容器的电容值约为________法拉(计算结果保留两位有效数字)；(4)由甲、乙两图可判断阻值R1________R2(选填“>”或“<”)。答案：(1)相反(2)＝(3)0.15(4)<解析：(1)由题图甲可知，电容器充电时，电容器上极板与电源正极相连，通过电阻R0的电流方向向左，放电时通过R0的电流方向向右，故在电容器充电与放电过程中，通过电阻R0的电流方向相反。(2)i­t图像中图线与t轴所围成的面积表示流过电流传感器的电荷量，由于电容器充电和放电过程流过电流传感器的电荷量相等，所以图乙中阴影部分的面积S1＝S2。(3)由于电容器充电完毕后两端电压等于电源电动势，则该电容器的电容值为C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(S1,E)＝eq\f(1233×10－3,8)F＝0.15F。(4)开始充电和放电的瞬间，R0和R1两端、R0和R2两端电压相同，均为E，由题图乙可知，开始充电时的电流大于开始放电时的电流，电源内阻不计，由E＝IR可知，R0＋R1<R0＋R2，即R1<R2。5．利用电流传感器研究电容器的放电过程的电路如图甲所示，其中电源电动势E＝8V。先使开关S与1相连，电容器充电结束后把开关S掷向2，电容器通过电阻箱R放电。传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流I随时间t变化的曲线如图乙所示。(1)实验中电阻箱的示数如图丙所示，其阻值R＝________Ω。t＝2s时，电容器的a极板带________电(选填“正”或“负”)。(2)图乙中画出了对应较短时间Δt的狭长矩形，该矩形面积的物理意义是________________________________，据图乙估算该电容器的电容C＝________F。(3)一同学在深入研究的过程中发现：当改变一个或几个物理量时，I­t图像会发生有规律的变化，图中的虚线示意了4种可能的变化情形。如果只增大电阻R，I­t图像的变化应该是选项________(填写相应选项的字母)；如果只增大电容C，I­t图像的变化应该是选项________(填写相应选项的字母)。答案：(1)3360正(2)电容器在Δt时间内的放电量4.8×10－4(4.6×10－4～5.0×10－4均正确)(3)AD解析：(1)由题图丙可知，实验中电阻箱的阻值R＝3×1000Ω＋3×100Ω＋6×10Ω＋0×1Ω＝3360Ω。充电时，电容器的a极板与电源正极相连，带上正电，t＝2s时，电容器还在放电，a极板带正电。(2)根据q＝It可知，该矩形面积的物理意义是电容器在Δt时间内的放电量；题图乙中，根据“大于半格的计一个，小于半格的舍去”的原则，可知图线与t轴所围部分共48格，每一格代表的电荷量q0＝0.2×10－3A×0.4s＝8×10－5C，则电容器在整个放电过程中的放电量Q＝48q0＝3.84×10－3C，放电前电容器两极板间的电压U＝E＝8V，则电容器的电容C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(3.84×10－3,8)F＝4.8×10－4F。(3)如果只增大电阻R，则电容器放电的最大电流Im＝eq\f(E,R)会减小，而放电量Q＝CU＝CE不变，即I­t图线与t轴所围的“面积”不变，I­t图像的变化应该是选项A；如果只增大电容C，则充电完毕后电容器带电量Q＝CU＝CE增加，I­t图线与t轴所围的“面积”增大，而放电的最大电流Im＝eq\f(E,R)不变，I­t图像的变化应该是选项D。6．(2024·广西高考)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I­t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I­t曲线如图丙，I­t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I­t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)。答案：(1)eq\f(1,5000)(2)15.0(3)2(4)4.7×1032.8解析：(1)根据题意可得，采样频率f＝5000Hz，则采样周期为T＝eq\f(1,f)＝eq\f(1,5000)s。(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)保持S1闭合，再闭合S2，电容器放电结束后相当于断路，电路中R1与R2串联接在电源两端，电容器与R2并联，则电容器两极板间电压等于R2两端电压，为UC＝eq\f(E,R1＋R2)·R2＝2V。(4)只闭合S1时，电容器充电结束后两极板间电压为UC′＝E＝6V，上极板带正电荷；再闭合S