考点规范练39观察电容器的充、放电现象1.电流传感器可以把电容器放电电流随时间变化规律描绘出来。一个电容器先把它接到8V的电源上充电。然后通过电流传感器放电,其电流随时间变化图像如图所示。由图像和坐标轴所围的面积知道电容器放电前所带的电量。已知如图所围的面积约为40个方格,由图可算出电容器的电容为F。2.(2018·河北衡水期末)电路中电流大小可以用电流传感器测量,用电流传感器和计算机可以方便地测出电路中电流随时间变化的曲线。某兴趣小组要测定一个电容器的电容,选用器材如下:待测电容器(额定电压为16V);电流传感器和计算机;直流稳压电源;定值电阻R0=100Ω、单刀双掷开关;导线若干;实验过程如下:①按照图甲正确连接电路;②将开关S与1端连接,电源向电容器充电;③将开关S掷向2端,测得电流随时间变化的i-t图线如图乙中的实线a所示;④利用计算机软件测出i-t曲线和两坐标轴所围的面积。请回答下列问题:(1)已知测出的i-t曲线和两坐标轴所围的面积为42.3mA·s,则电容器的电容C=F;(2)若将定值电阻换为R1=180Ω,重复上述实验步骤,则电流随时间变化的i-t图线应该是图丙中的虚线(选填“b”“c”或“d”)。甲乙丙3.(2018·北京东城区二模)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。甲乙丙(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)该电容器的电容值为F;(结果保留两位有效数字)(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。考点规范练39观察电容器的充、放电现象1.解析根据Q=It以及图像的迁移应用可知,图像与时间轴所围成的面积表示电荷量,则可知:电荷量q=40×0.2×10-3×0.4C=3.2×10-3C;则由C=QU=3.2×10-38F=4×10-4F。答案4×10-42.解析(1)由i-t图像得到开始时电流为I=90mA=0.09A;故最大电压为U=IR1=0.09A×100Ω=9V;故电容为C=QU=42.3mA·s9V=4.7×10-3F(3)换用180Ω的电阻,则根据im=UmR,因第2次实验的最大电流小些,故不是b;根据Qm=CUm,因两条曲线分别与坐标轴所围的面积相等,故不是d,是c。答案(1)4.7×10-3(2)c3.解析(1)由题图可知,充电和放电时R两端的电势相反,则说明流过的电流方向相反;电压均随时间减小,所以说明电流均在减小;(2)根据欧姆定律可知,I=UR,图像的面积表示Ut,则可知,图像面积与R的比值表示电荷量;则可知,充电过程最大电荷量q=182.73000C=0.0609C;由C=QU=0.06096F=1.0×10-2F;(3)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”,仍可应用C=QU=SRUm计算电容值。答案(1)相反减小(2)1.0×10-2(3)正确当开关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”,仍可应用C=QU=SRUm计算电容值。
