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实验:观察电容器的充、放电现象
课时作业
(分值:100分)
1.(8分)探究电容器充、放电的实验装置示意图如图所示,已知灵敏电流计零刻度线在表盘中央位置,经判断:当电流从左接线柱流入时指针左偏;电流从右接线柱流入时指针右偏.请根据所学知识回答下列问题:
(1)电容器充电结束后,将开关S扳到b,在放电的过程中,灵敏电流计指针会　　　　(选填“左”或“右”)偏.
(2)将开关S扳到a,让电源给电容器充电,结束后,保持开关位置不变,若在电容器中间插入一块有机玻璃板,则在插入过程中灵敏电流计指针　　　　(选填“左”或“右”)偏.
2.(12分)某同学用电流传感器和电压传感器研究电容器的放电情况,按图连接电路,实验时,先将开关S与1端相连,待电路稳定后,将开关掷向2端,传感器将信息传入计算机,屏幕上可以显示出电流、电压随时间变化的I-t图线、U-t图线.
(1)由图可知,传感器2应为　　　　(选填“电流”或“电压”)传感器.
(2)计算机屏幕上显示的I-t图线可能为下图中的　　　　,U-t图线可能为下图中的　.
A 　　 B
C 　 　D　
3.(24分)观察电容器的充、放电现象的实验电路如图甲所示,画出电流随时间变化的I-t图像如图乙所示.
(1)充电过程:把开关S接　　　　,电源给电容器充电,充电电流逐渐　　　　,电场能逐渐　　　　.
(2)放电过程:把开关S接　　　,电容器放电.放电电流由电容器的正极板经过R流向电容器的负极板.电容器两极板所带电荷量减小,直至放电完毕,此时　　　　能转化为其他形式的能量.
(3)已知图线与时间轴围成的面积表示电量,根据图像估算出电容器放电过程中释放的全部电量为　　　　 C.(结果保留3位有效数字)
4.(16分)某实验小组用如图甲所示的电路研究电容器充、放电情况及电容大小.他们用电流传感器和计算机测出电路中电流随时间变化的曲线.实验时,根据图甲所示的电路原理图连接好电路,t=0时刻把开关S掷向1端,电容器充电完毕后,再把开关S掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像如图乙所示.
(1)电容器放电时,流过电阻R的电流方向为　　　　(选填“由a到b”或“由b到a”).
(2)图乙中,阴影部分的面积S1　　　　(选填“>”“<”或“=”)S2.
(3)如果不改变电路其他参数,只减小电阻R,放电时间将　　 　　(选填“变长”“不变”或“变短”).
(4)图丙为电压恒为8 V的电源给电容器充电时作出的电流随时间变化的I-t图像,电容器充电完毕后的电荷量为　　　　 C.(计算结果保留2位有效数字)
5.(16分)某同学用电流传感器和电压传感器做“观察电容器的充、放电现象”实验,电路如图甲所示.
(1)先使开关S与1端相连,电源对电容器充电,这个过程很快完成,充满电的电容器上极板带
　　　　电.
(2)然后把开关S掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流、电压信息传入计算机,经处理后得到电流和电压随时间变化的I-t、U-t曲线,如图乙、丙所示.
(3)由图乙可知,电容器充满电的电荷量为　　　　C,电容器的电容为　　　　 F.(结果均保留2位有效数字)
(4)若将电路中的电阻换成一阻值更大的电阻,把开关S掷向2端电容器放电,请在图乙中定性地画出I-t曲线.
6.(24分)某实验小组做“观察电容器充、放电现象”的实验.
(1)甲同学用图1所示的电路做实验.实验器材有电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关.关于电源和电流表的选取,下列说法正确的是　　　　.
A.交流电源、零刻度线在左侧的电流表
B.交流电源、零刻度线在中间的电流表
C.直流电源、零刻度线在左侧的电流表
D.直流电源、零刻度线在中间的电流表
(2)乙同学将甲同学电路中的电流表和电压表换成电流传感器和电压传感器.乙同学先使开关S与1端相连,稳定后得到图2所示的图像,然后把开关S掷向2端,稳定后得到图3所示的图像.根据图像,在表格内各空格处填上合理的答案.
开关 位置 电容器是在充电 还是在放电 电流传感器中的电流 正在增大还是减小
S与1 端相连 　　　　　 　　　　　
S与2 端相连 　　　　　 　　　　　
(3)请你结合图2,在图4中画出S与1端相连后,通过电流传感器的电流随时间变化的图像.并分析说明,在该过程中,电流为什么会如此变化


　. 实验:观察电容器的充、放电现象
课时作业
(分值:100分)
1.(8分)探究电容器充、放电的实验装置示意图如图所示,已知灵敏电流计零刻度线在表盘中央位置,经判断:当电流从左接线柱流入时指针左偏;电流从右接线柱流入时指针右偏.请根据所学知识回答下列问题:
(1)电容器充电结束后,将开关S扳到b,在放电的过程中,灵敏电流计指针会　　　　(选填“左”或“右”)偏.
(2)将开关S扳到a,让电源给电容器充电,结束后,保持开关位置不变,若在电容器中间插入一块有机玻璃板,则在插入过程中灵敏电流计指针　　　　(选填“左”或“右”)偏.
【答案】 (1)左　(2)右
【解析】 (1)电容器充电结束后,将开关S扳到b,在放电的过程中,电流自左向右通过灵敏电流计,灵敏电流计指针会左偏.
(2)将开关S扳到a,让电源给电容器充电,结束后,保持开关位置不变,电容器极板间电压恒定,若在电容器中间插入一块有机玻璃板,根据C=可知电容增大,则电容器极板所带电荷量增大,电流自右向左通过灵敏电流计,灵敏电流计指针会右偏.
2.(12分)某同学用电流传感器和电压传感器研究电容器的放电情况,按图连接电路,实验时,先将开关S与1端相连,待电路稳定后,将开关掷向2端,传感器将信息传入计算机,屏幕上可以显示出电流、电压随时间变化的I-t图线、U-t图线.
(1)由图可知,传感器2应为　　　　(选填“电流”或“电压”)传感器.
(2)计算机屏幕上显示的I-t图线可能为下图中的　　　　,U-t图线可能为下图中的　.
A 　　 B
C 　 　D　
【答案】 (1)电压　(2)B　D
【解析】 (1)传感器2与电阻R并联,应为电压传感器.
(2)随着电容器放电,电容器电荷量减小,由C=可知电容器两端电压减小,电阻R保持不变,电流传感器、电压传感器示数均减小,故I-t图像选B,U-t图像选D.
3.(24分)观察电容器的充、放电现象的实验电路如图甲所示,画出电流随时间变化的I-t图像如图乙所示.
(1)充电过程:把开关S接　　　　,电源给电容器充电,充电电流逐渐　　　　,电场能逐渐　　　　.
(2)放电过程:把开关S接　　　,电容器放电.放电电流由电容器的正极板经过R流向电容器的负极板.电容器两极板所带电荷量减小,直至放电完毕,此时　　　　能转化为其他形式的能量.
(3)已知图线与时间轴围成的面积表示电量,根据图像估算出电容器放电过程中释放的全部电量为　　　　 C.(结果保留3位有效数字)
【答案】 (1)1　减小　增大　(2)2　电场 (3)3.04×10-3
【解析】 (1)充电过程把开关S接1,电源给电容器充电,充电电流逐渐减小,电场能逐渐增大.
(2)放电过程把开关S接2,电容器放电.放电电流由电容器的正极板经过R流向电容器的负极板,电容器两极板所带电荷量减小,放电电流减小,直至放电完毕,此时电场能转化为其他形式的能量.
(3)根据q=It可知,一个格子的面积表示的电量为q=0.4×0.2×10-3 C=8×10-5 C,由于大于半格算一个,I-t图线与时间轴围成的格子个数为38,电容器放电过程中释放的全部电量为Q=38×8×10-5 C=3.04×10-3 C.
4.(16分)某实验小组用如图甲所示的电路研究电容器充、放电情况及电容大小.他们用电流传感器和计算机测出电路中电流随时间变化的曲线.实验时,根据图甲所示的电路原理图连接好电路,t=0时刻把开关S掷向1端,电容器充电完毕后,再把开关S掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像如图乙所示.
(1)电容器放电时,流过电阻R的电流方向为　　　　(选填“由a到b”或“由b到a”).
(2)图乙中,阴影部分的面积S1　　　　(选填“>”“<”或“=”)S2.
(3)如果不改变电路其他参数,只减小电阻R,放电时间将　　 　　(选填“变长”“不变”或“变短”).
(4)图丙为电压恒为8 V的电源给电容器充电时作出的电流随时间变化的I-t图像,电容器充电完毕后的电荷量为　　　　 C.(计算结果保留2位有效数字)
【答案】 (1)由a到b　(2)=　(3)变短 (4)7.8×10-3
【解析】 (1)电容器充电时上极板接电源正极,故上极板带正电荷,放电时上极板正电荷减少,故流过电阻R的电流方向为由a到b.
(2)题图乙中阴影部分的面积等于电容器充、放电的电荷量,而电容器充、放电的电荷量相等,故S1=S2.
(3)如果不改变电路其他参数,只减小电阻R,则初始放电电流将增大,可知放电时间将变短.
(4)根据I-t图像与坐标轴所围的面积表示电容器充电完毕后的电荷量,由题图丙知,每小格代表的电荷量为2.5×10-4 C,数出图线与坐标轴所围的格数,满半格或超过半格的算一格,不满半格的舍去,数得格数为31格,则电容器充电完毕后的电荷量为Q≈7.8×10-3 C.
5.(16分)某同学用电流传感器和电压传感器做“观察电容器的充、放电现象”实验,电路如图甲所示.
(1)先使开关S与1端相连,电源对电容器充电,这个过程很快完成,充满电的电容器上极板带
　　　　电.
(2)然后把开关S掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流、电压信息传入计算机,经处理后得到电流和电压随时间变化的I-t、U-t曲线,如图乙、丙所示.
(3)由图乙可知,电容器充满电的电荷量为　　　　C,电容器的电容为　　　　 F.(结果均保留2位有效数字)
(4)若将电路中的电阻换成一阻值更大的电阻,把开关S掷向2端电容器放电,请在图乙中定性地画出I-t曲线.
【答案】 (1)正
(3)3.8×10-3　4.8×10-4
(4)图见解析
【解析】 (1)电容器上极板与电源正极相连,充满电后上极板带正电.
(3)I-t图像与坐标轴围成的面积表示电荷量,一小格代表的电荷量为q=0.25×10-3×1 C=2.5×10-4 C,数出图线包围的格子数为15格,则电容器充电完毕后的电荷量为Q=15×2.5×10-4 C≈3.8×10-3 C,电容器充满电后电压为8 V,则电容器的电容C=≈4.8×10-4 F.
(4)将电路中的电阻换成一阻值更大的电阻,则初始放电电流会减小,总电荷量不变,时间会延长,图像如图所示.
6.(24分)某实验小组做“观察电容器充、放电现象”的实验.
(1)甲同学用图1所示的电路做实验.实验器材有电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关.关于电源和电流表的选取,下列说法正确的是　　　　.
A.交流电源、零刻度线在左侧的电流表
B.交流电源、零刻度线在中间的电流表
C.直流电源、零刻度线在左侧的电流表
D.直流电源、零刻度线在中间的电流表
(2)乙同学将甲同学电路中的电流表和电压表换成电流传感器和电压传感器.乙同学先使开关S与1端相连,稳定后得到图2所示的图像,然后把开关S掷向2端,稳定后得到图3所示的图像.根据图像,在表格内各空格处填上合理的答案.
开关 位置 电容器是在充电 还是在放电 电流传感器中的电流 正在增大还是减小
S与1 端相连 　　　　　 　　　　　
S与2 端相连 　　　　　 　　　　　
(3)请你结合图2,在图4中画出S与1端相连后,通过电流传感器的电流随时间变化的图像.并分析说明,在该过程中,电流为什么会如此变化


　.
【答案】 (1)D　(2)充电　减小　放电　减小
(3)见解析
【解析】 (1)因为要观察电容器充、放电现象,只能选择直流电源,若选择交流电源,电流表将一直有示数.电流表要往左右两个方向偏,所以要选零刻度线在中间的电流表.故选D.
(2)开关S与1端相连后,此时由图像可知电压传感器中的电压正在增大,是电容器充电过程,电流传感器中的电流正在减小.开关S掷向2端后,此时由图像可知电压传感器中的电压正在减小,是放电过程,电流传感器中的电流正在减小.
(3)开关S与1端相连后,电容器处于充电过程,随电容器两极板间的电势差减小,充电越来越慢,电流减小,当电源与电容器电势差为零时,不再充电,电流为零.

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