專題46電容器充放電實驗、描繪小燈泡的伏安特性曲線和探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象、變壓器實驗考點三年考情（2022-2024）命題趨勢考點1電容器充放電實驗（5年3考）2024年高考海南卷：用如圖a所示的電路觀察電容器的充放電現(xiàn)象。2024年1月浙江選考·第17題：“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗2023年高考福建卷：某同學(xué)用圖（a）所示的電路觀察矩形波頻率對電容器充放電的影響。1.電容器充放電實驗高考考查頻率較高，主要表現(xiàn)在對充放電電流圖像意義的理解。2.描繪小燈泡的伏安特性曲線電路是滑動變阻器分壓接法；考查要點主要有：電路連接、元件選用、伏安特性曲線的分析、電功率計算及其相關(guān)知識點。3.一般采用條形磁鐵、螺線管、靈敏電流計、滑動變阻器、電池等實驗裝置探究影響感應(yīng)電流方向的因素；采用可拆變壓器等探究變壓器的電壓與匝數(shù)關(guān)系。考點2描繪小燈泡的伏安特性曲線（5年2考）2024年6月高考浙江卷：在測繪發(fā)光二極管在導(dǎo)通狀態(tài)下的伏安特性曲線實驗2023高考全國甲卷：某同學(xué)用伏安法測繪一額定電壓為6V、額定功率為3W的小燈泡的伏安特性曲線，2022·全國理綜乙卷第23題：一同學(xué)探究阻值約為的待測電阻在范圍內(nèi)的伏安特性。考點3探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象和變壓器實驗（5年2考）2024年高考北京卷：用圖2所示的實驗裝置探究影響感應(yīng)電流方向的因素；2023高考重慶卷：興趣小組擬研究某變壓器的輸入和輸出電壓之比，以及交流電頻率對輸出電壓的影響。考點47觀察電容器的充放電現(xiàn)象1.（2024年高考海南卷）用如圖a所示的電路觀察電容器的充放電現(xiàn)象，實驗器材有電源E、電容器C、電壓表、電流表、電流傳感器、計算機、定值電阻R、單刀雙擲開關(guān)、開關(guān)、導(dǎo)線若干（1）閉合開關(guān)，將接1，電壓表示數(shù)增大，最后穩(wěn)定在12.3V。在此過程中，電流表的示數(shù)_____（填選項標(biāo)號）A.一直穩(wěn)定在某一數(shù)值B.先增大，后逐漸減小零C.先增大，后穩(wěn)定在某一非零數(shù)值（2）先后斷開開關(guān)、，將電流表更換成電流傳感器，再將接2，此時通過定值電阻R的電流方向_____（選填“”或“”），通過傳感器將電流信息傳入計算機，畫出電流隨時間變化的圖像，如圖b，時，圖中M、N區(qū)域面積比為8∶7，可求出_____（保留2位有效數(shù)字）。【答案】（1）B（2）①.②.【解析】（1）電容器充電過程中，當(dāng)電路剛接通后，電流表示數(shù)從0增大某一最大值，后隨著電容器的不斷充電，電路中的充電電流在減小，當(dāng)充電結(jié)束電路穩(wěn)定后，此時電路相當(dāng)于開路，電流為0。故選B。（2）[1]根據(jù)電路圖可知充電結(jié)束后電容器上極板帶正電，將接2，電容器放電，此時通過定值電阻R的電流方向；[2]時可知此時電容器兩端的電壓為電容器開始放電前兩端電壓為，根據(jù)圖像與橫軸圍成的面積表示放電量可得間的放電量為后到放電結(jié)束間放電量為根據(jù)題意，解得2.（2024年1月浙江選考·17）在“觀察電容器充、放電現(xiàn)象”實驗中，把電阻箱（）、一節(jié)干電池、微安表（量程，零刻度在中間位置）、電容器（、）、單刀雙擲開關(guān)組裝成如圖1所示的實驗電路。（1）把開關(guān)S接1，微安表指針迅速向右偏轉(zhuǎn)后示數(shù)逐漸減小到零：然后把開關(guān)S接2，微安表指針偏轉(zhuǎn)情況是___；A.迅速向右偏轉(zhuǎn)后示數(shù)逐漸減小B.向右偏轉(zhuǎn)示數(shù)逐漸增大C.迅速向左偏轉(zhuǎn)后示數(shù)逐漸減小D.向左偏轉(zhuǎn)示數(shù)逐漸增大（2）再把電壓表并聯(lián)在電容器兩端，同時觀察電容器充電時電流和電壓變化情況。把開關(guān)S接1，微安表指針迅速向右偏轉(zhuǎn)后示數(shù)逐漸減小到時保持不變；電壓表示數(shù)由零逐漸增大，指針偏轉(zhuǎn)到如圖2所示位置時保持不變，則電壓表示數(shù)為___V，電壓表的阻值為___（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。【答案】（1）.C（2）.0.50.3.1【解析】（1）[1]把開關(guān)S接1，電容器充電，電流從右向左流過微安表，微安表指針迅速向右偏轉(zhuǎn)后示數(shù)逐漸減小到零；把開關(guān)S接2，電容器放電，電流從左向右流過微安表，則微安表指針迅速向左偏轉(zhuǎn)后示數(shù)逐漸減小。故選C。（2）[2]由題意可知電壓表應(yīng)選用0~3V量程，由圖2可知此時分度值為0.1V，需要估讀到0.01V，則讀數(shù)為0.50V。[3]當(dāng)微安表示數(shù)穩(wěn)定時，電容器中不再有電流通過，此時干電池、電阻箱、微安表和電壓表構(gòu)成回路，根據(jù)閉合電路歐姆定律有根據(jù)串聯(lián)電路規(guī)律有聯(lián)立可得3.（2024年高考廣西卷）某同學(xué)為探究電容器充、放電過程，設(shè)計了圖甲實驗電路。器材如下：電容器，電源E（電動勢，內(nèi)阻不計），電阻，電阻，電流傳感器，開關(guān)、，導(dǎo)線若干。實驗步驟如下：（1）斷開、，將電流傳感器正極與a節(jié)點相連，其數(shù)據(jù)采樣頻率為，則采樣周期為_____s；（2）閉合，電容器開始充電，直至充電結(jié)束，得到充電過程的曲線如圖乙，由圖乙可知開關(guān)閉合瞬間流經(jīng)電阻的電流為_____（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）；（3）保持閉合，再閉合，電容器開始放電，直至放電結(jié)束，則放電結(jié)束后電容器兩極板間電壓為_____V；（4）實驗得到放電過程的曲線如圖丙，曲線與坐標(biāo)軸所圍面積對應(yīng)電容器釋放的電荷量為，則電容器的電容C為_____。圖丙中曲線與橫坐標(biāo)、直線所圍面積對應(yīng)電容器釋放的電荷量為，則時電容器兩極板間電壓為_____V（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。【答案】（1）（2）15.0（3）2（4）①.②.5.2【解析】（1）采樣周期為（2）由圖乙可知開關(guān)閉合瞬間流經(jīng)電阻的電流為；（3）放電結(jié)束后電容器兩極板間電壓等于兩端電壓，根據(jù)閉合電路歐姆定律得電容器兩極板間電壓為（4）[1]充電結(jié)束后電容器兩端電壓為，故可得解得[2]設(shè)時電容器兩極板間電壓為，得代入數(shù)值解得4.（2023年高考福建卷）某同學(xué)用圖（a）所示的電路觀察矩形波頻率對電容器充放電的影響。所用器材有：電源、電壓傳感器、電解電容器C（，），定值電阻R（阻值）、開關(guān)S、導(dǎo)線若干。（1）電解電容器有正、負(fù)電極的區(qū)別。根據(jù)圖（a），將圖（b）中的實物連線補充完整_________；（2）設(shè)置電源，讓電源輸出圖（c）所示的矩形波，該矩形波的頻率為_________；（3）閉合開關(guān)S，一段時間后，通過電壓傳感器可觀測到電容器兩端的電壓隨時間周期性變化，結(jié)果如圖（d）所示，A、B為實驗圖線上的兩個點。在B點時，電容器處于_________狀態(tài)（填“充電”或“放電”）在_________點時（填“A”或“B”），通過電阻R的電流更大；（4）保持矩形波的峰值電壓不變，調(diào)節(jié)其頻率，測得不同頻率下電容器兩端的電壓隨時間變化的情況，并在坐標(biāo)紙上作出電容器上最大電壓與頻率f關(guān)系圖像，如圖（e）所示。當(dāng)時電容器所帶電荷量的最大值_________C（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；（5）根據(jù)實驗結(jié)果可知，電容器在充放電過程中，其所帶的最大電荷量在頻率較低時基本不變，而后隨著頻率的增大逐漸減小。【參考答案】（1）.（2）.（3）充電.B（4）【名師解析】（1）根據(jù)電路圖連接實物圖，如圖所示（2）由圖（c）可知周期，所以該矩形波的頻率為（3）由圖（d）可知，B點后電容器兩端的電壓慢慢增大，即電容器處于充電狀態(tài)；從圖中可得出，A點為放電快結(jié)束階段，B點為充電開始階段，所以在B點時通過電阻R的電流更大。（4）由圖（e）可知當(dāng)時，電容器此時兩端的電壓最大值約為根據(jù)電容的定義式得此時電容器所帶電荷量的最大值為5.（2023高考山東高中學(xué)業(yè)水平等級考試）電容儲能已經(jīng)在電動汽車，風(fēng)、光發(fā)電、脈沖電源等方面得到廣泛應(yīng)用。某同學(xué)設(shè)計圖甲所示電路，探究不同電壓下電容器的充、放電過程，器材如下：電容器C（額定電壓，電容標(biāo)識不清）；電源E（電動勢，內(nèi)阻不計）；電阻箱（阻值）；滑動變阻器（最大阻值，額定電流）；電壓表V（量程，內(nèi)阻很大）；發(fā)光二極管，開關(guān)，電流傳感器，計算機，導(dǎo)線若干。回答以下問題：（1）按照圖甲連接電路，閉合開關(guān)，若要升高電容器充電電壓，滑動變阻器滑片應(yīng)向___________端滑動（填“a”或“b”）。（2）調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片位置，電壓表表盤如圖乙所示，示數(shù)為___________V（保留1位小數(shù)）。（3）繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片位置，電壓表示數(shù)為時，開關(guān)擲向1，得到電容器充電過程的圖像，如圖丙所示。借鑒“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中估算油膜面積的方法，根據(jù)圖像可估算出充電結(jié)束后，電容器存儲的電荷量為___________C（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。（4）本電路中所使用電容器的電容約為___________F（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。（5）電容器充電后，將開關(guān)擲向2，發(fā)光二極管___________（填“”或“”）閃光。【參考答案】（1）b（2）6.5（3）（4）.（5）.【名師解析】（1）滑動變阻器分壓式接法，故向b端滑動充電電壓升高；（2）電壓表量程15V，每個小格0.5V，估讀，電壓表示數(shù)為6.5V；（3）圖像所圍的面積，等于電容器存儲的電荷量，35個小格，故電容器存儲的電荷量為C；（4）由電容的定義式得：C；（5）開關(guān)擲向2，電容器放電，故閃光。6．（2023全國高考新課程卷）（6分）在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中，所用器材如下：電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關(guān)以及導(dǎo)線若干。圖（a）圖（b）（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應(yīng)該與電池的________（填“正極”或“負(fù)極”）接觸。（2）某同學(xué)設(shè)計的實驗電路如圖（a）所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為R，將單刀雙擲開關(guān)S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后，開關(guān)S再與“2”端相接，相接后小燈泡亮度變化情況可能是________。（填正確答案標(biāo)號）A．迅速變亮，然后亮度趨于穩(wěn)定B．亮度逐漸增大，然后趨于穩(wěn)定C．迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅（3）將電阻箱的阻值調(diào)為，再次將開關(guān)S與“1”端相接，再次記錄電流隨時間的變化情況。兩次得到的電流I隨時間t變化如圖（b）中曲線所示，其中實線是電阻箱阻值為________（填“R1”或“R2”）時的結(jié)果，曲線與坐標(biāo)軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的________（填“電壓”或“電荷量”）。【參考答案】（1）正極（2）C（3）R2電荷量【名師解析】（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應(yīng)該與電池的正極接觸。（2）電容器充電完成后，開關(guān)S再與“2”端相接，電容器放電，通過小燈泡的電流迅速減小，即相接后小燈泡亮度變化情況可能是迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅，C正確；（3）將電阻箱的阻值調(diào)為，得到的電流I隨時間t變化如圖（b）中曲線所示，其中實線是電阻箱阻值較大即為R2時的結(jié)果，曲線與坐標(biāo)軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的電荷量。考點02描繪小燈泡的伏安特性曲線實驗1..（2024年6月高考浙江卷）在測繪發(fā)光二極管在導(dǎo)通狀態(tài)下的伏安特性曲線實驗中，（1）用多用電表歐姆擋判斷發(fā)光二極管的正負(fù)極選用擋時，變換表筆與二極管兩極的連接方式，發(fā)現(xiàn)電表指針均不偏轉(zhuǎn)。選用擋_______（選填””或“”）重新測試，指針仍不偏轉(zhuǎn)，更換二極管極性后，發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)，此時與多用電表紅色表筆相連的是二極管_________（選填“正極”或“負(fù)極”）。（2）圖（A）是已完成部分連線的實物圖，為實現(xiàn)電壓可從零開始調(diào)節(jié)，并完成實驗，P應(yīng)連接________接線柱（選填“a"“b”“c”或“d”），Q應(yīng)連接_________接線柱（選填“a”、“b”、“c”或“d”）。某次選用多用電表量程為50mA擋測量，指針如圖（B）所示，則電流I=__________mA（3）根據(jù)測得數(shù)據(jù)，繪出伏安特性曲線如圖（C）所示，說明該二極管是__________元件（選填“線性”或“非線性”，正常發(fā)光時電壓在_________V范圍。【答案】（1）①.×1k②.負(fù)極（2）①.a②.d③.45.0（3）①.非線性②.1.9-2.5【解析】（1）指針未偏轉(zhuǎn)，說明可能電阻過大，應(yīng)換用檔繼續(xù)實驗；根據(jù)“紅進(jìn)黑出”原則及二極管單向?qū)щ娦钥芍t色表筆相連的是二極管負(fù)極。（2）實現(xiàn)電壓可從零開始調(diào)節(jié)，滑動變阻器采用分壓式接法，P應(yīng)連接a；根據(jù)圖C可知電壓表選取量程，故Q接d；多用電表量程為50mA，分度值為1mA，需要估讀到0.1mA，故電表的讀數(shù)為（3）根據(jù)圖像可知I隨U非線性變化，故說明該二極管是非線性元件，根據(jù)圖像可知正常發(fā)光時即有電流通過時電壓在1.9V-2.5V范圍。2（2023高考全國甲卷）（5分）某同學(xué)用伏安法測繪一額定電壓為6V、額定功率為3W的小燈泡的伏安特性曲線，實驗所用電壓表內(nèi)阻約為6kΩ，電流表內(nèi)阻約為1.5Ω，實驗中有圖（a）和（b）兩個電路供選擇。（1）實驗中得到的電流I和電壓U的關(guān)系曲線如圖（c）所示，該同學(xué)選擇的電路為圖（填“a”或“b”）（2）若選擇另一電路圖進(jìn)行實驗，在答題卡所給圖上畫出實驗中應(yīng)得到的關(guān)系曲線的示意圖。【參考答案】（1）圖（a）（2）【命題意圖】本題考查描繪小燈泡伏安特性曲線電路選擇及其對伏安特性曲線的理解。【解題思路】（1）根據(jù)得到的電流I和電壓U的關(guān)系圖像可知，當(dāng)電壓為額定電壓U=6V時，通過的電流為I=0.5A，可知，該同學(xué)選擇的電路為圖（a）。（2）由于小燈泡正常發(fā)光時電阻RD=U/I=6Ω，若選擇另一電路圖進(jìn)行實驗，則在電流表讀數(shù)為0.5A時，電壓表讀數(shù)為U’=I（RD+rA）=0.5×（6+1.5）=3.75A，所以實驗應(yīng)該得到的關(guān)系圖像如下。【規(guī)律總結(jié)】采用電流表外接電路，則電流表讀數(shù)稍大于通過小燈泡的電流；采用電流表內(nèi)接電路，則電壓表讀數(shù)稍大于通過小燈泡兩端電壓。3.（2022·全國理綜乙卷·23）一同學(xué)探究阻值約為的待測電阻在范圍內(nèi)的伏安特性。可用器材有：電壓表V（量程為，內(nèi)阻很大），電流表A（量程為，內(nèi)阻為），電源E（電動勢約為，內(nèi)阻不計），滑動變阻器R（最大阻值可選或），定值電阻（阻值可選或），開關(guān)S，導(dǎo)線若干。（1）要求通過的電流可在范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，在答題卡上將圖（a）所示的器材符號連線，畫出實驗電路的原理圖________；（2）實驗時，圖（a）中的R應(yīng)選最大阻值為______（填“”或“”）的滑動變阻器，應(yīng)選阻值為______（填“”或“”）的定值電阻；（3）測量多組數(shù)據(jù)可得的伏安特性曲線。若在某次測量中，電壓表、電流麥的示數(shù)分別如圖（b）和圖（c）所示，則此時兩端的電壓為______V，流過的電流為_____，此組數(shù)據(jù)得到的的阻值為______（保留3位有效數(shù)字）。【參考答案】①.②.③.④.⑤.⑥.【名師解析】（1）[1]電流表內(nèi)阻已知，電流表與并聯(lián)擴大電流表量程，進(jìn)而準(zhǔn)確測量通過的電流，電壓表單獨測量的電壓；滑動變阻器采用分壓式接法，電表從開始測量，滿足題中通過的電流從連續(xù)可調(diào)，電路圖如下（2）[2]電路中應(yīng)選最大阻值為的滑動變阻器，方便電路的調(diào)節(jié)，測量效率高、實驗誤差小；[3]通過的電流最大為，需要將電流表量程擴大為原來的倍，根據(jù)并聯(lián)分流的規(guī)律示意圖如下根據(jù)并聯(lián)分流，即并聯(lián)電路中電流之比等于電阻的反比，可知解得（3）[4]電壓表每小格表示，向后估讀一位，即；[5]電流表每小格表示，本位估讀，即，電流表量程擴大倍，所以通過的電流為；[6]根據(jù)歐姆定律可知考點03探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象和變壓器實驗1.（2024年高考北京卷）（2）用如圖2所示的實驗裝置探究影響感應(yīng)電流方向的因素．如圖3所示，分別把條形磁體的N極或S極插入、拔出螺線管，觀察并標(biāo)記感應(yīng)電流的方向．關(guān)于本實驗，下列說法正確的是____________（填選項前的字母）．A．需要記錄感應(yīng)電流的大小B．通過觀察電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向確定感應(yīng)電流的方向C．圖3中甲和乙表明，感應(yīng)電流的方向與條形磁體的插入端是N極還是S極有關(guān)【參考答案】BC【名師解析】本實驗探究影響感應(yīng)電流方向的因素，故不需要記錄感應(yīng)電流的大小，A錯誤；本實驗通過電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向確定感應(yīng)電流的方向，B正確；由題圖3甲和乙知，條形磁體插入N極和S極時，電流方向不同，故感應(yīng)電流的方向與條形磁體的插入端是N還是S有關(guān)，C正確．2.（9分）（2023高考重慶卷）一興趣小組擬研究某變壓器的輸入和輸出電壓之比，以及交流電頻率對輸出電壓的影響。題12圖1為實驗電路圖，其中L1和L2為變壓器的原、副線圈，S1和S2為開關(guān)，P為滑動變阻器Rp的滑片，R為電阻箱，E為正弦式交流電源（能輸出電壓峰值不變、頻率可調(diào)的交流電）。閉合S1，用多用電表交流電壓擋測量線圈L1兩端的電壓。滑片P向右滑動后，與滑動前相比，電表的示數(shù)（選填“變大”“不變”“變小”）。保持S2斷開狀態(tài)，調(diào)整E輸出的交流電頻率為50Hz，滑動滑片P，用多用電表交流電壓擋測得線圈L1兩端的電壓為2500mV時，用示波器測得線圈L2兩端電壓u隨時間t的變化曲線如題12圖2所示，則線圈L1兩端與L2兩端的電壓比值為（保留3位有效數(shù)字）。閉合S2，滑動P到某一位置并保持不變。分別在E輸出的交流電頻率為50Hz、1000Hz的條件下，改變R的阻值，用多用電表交流電壓擋測量線圈L2兩端的電壓U，得到U-R關(guān)系曲線如題12圖3所示。用一個阻值恒為20Ω的負(fù)載R0替換電阻箱R，由圖可知，當(dāng)頻率為1000Hz時，R0兩端的電壓為mV；當(dāng)頻率為50Hz時，為保持R0兩端的電壓不變，需要將R0與一個阻值為Ω的電阻串聯(lián)。（均保留3位有效數(shù)字）【參考答案】（1）變大（2）12.5(3)27013.0【名師解析】（1）閉合S1，用多用電表交流電壓擋測量線圈L1兩端的電壓。滑片P向右滑動后，與滑動前相比，變壓器原線圈輸入電壓增大，電表的示數(shù)變大。（2）保持S2斷開狀態(tài)，調(diào)整E輸出的交流電頻率為50Hz，滑動滑片P，用多用電表交流電壓擋測得線圈L1兩端的電壓為U1=2500mV時，用示波器測得線