Question

【題目】電流傳感器可以捕捉到瞬間的電流變化，它與計(jì)算機(jī)相連，可以顯示出電流隨時(shí)間變化的I-t圖像。如圖甲所示連接電路。直流電源電動(dòng)勢(shì)9V，內(nèi)阻可忽略，電容器選用電容較大的電解電容器。先使開關(guān)S與1端相連，電源向電容器充電然后把開關(guān)S擲向2端，電容器通過電阻R放電，傳感器將電流信息傳入計(jì)算機(jī)。屏幕上顯示出電流隨時(shí)間變化的I-t圖像如圖乙所示。

（1）在如圖乙所示的I-t圖像中用陰影標(biāo)記面積的物理意義是______________________；

（2）根據(jù)I-t圖像估算當(dāng)電容器開始放電時(shí)所帶的電量q0=___________，并計(jì)算電容器的電容C=___________；（均保留兩位有效數(shù)字）

（3）如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R，充電時(shí)I-t曲線與橫軸所圍成的面積將___________（填“增大”“不變”或“變小”）；充電時(shí)間將___________（填“變長(zhǎng)”“不變”或“變短”）；簡(jiǎn)要說明原因___________。

Answer 1

【答案】通電0.2s電容增加的電荷量（或流過電阻R的電荷量） 1.6×10-3C （1.7～1.8）×10-4F 不變 變短 充電電流增大

【解析】

(1)[1]將橫坐標(biāo)t分成許多很小的時(shí)間間隔t，在這些很小的時(shí)間間隔里，放電電流I可以視為不變，則It為這段時(shí)間內(nèi)充入電容的電量，即這個(gè)陰影面積的物理意義是通電0.2秒充入電容（流過電阻R）的電荷量；

(2)[2]電容器在全部放電過程中釋放的電荷量在數(shù)值上等于圖象與坐標(biāo)軸所包圍的面積；具體的做法是首先以坐標(biāo)紙上的一個(gè)小正方形作為一個(gè)面積計(jì)量單位，數(shù)出圖象與坐標(biāo)軸有多少個(gè)完整的小正方形，對(duì)于曲線下的部分超過該格一半面積的記為一個(gè)，不足一半的則舍去不計(jì)，這樣既可以得到曲線下包含的小正方形的個(gè)數(shù)為40個(gè)（格數(shù)為38-42都正確）；其次確定每個(gè)小方格所對(duì)應(yīng)的電荷量值，縱坐標(biāo)的每個(gè)小格為0.2mA，橫坐標(biāo)的每個(gè)小格為0.2s，則每個(gè)小格所代表的電荷量數(shù)值為：

根據(jù)I-t圖像估算當(dāng)電容器開始放電時(shí)所帶的電量

[3] 電容器的電容

(3)[4]如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻，將開關(guān)擲向1時(shí)，電容器的電壓不變，由于電容器的電容不變，根據(jù)可知充入電容的電荷量不變，即充電時(shí)曲線與橫軸所圍成的面積將不變；

[5] [6]只減小電阻R，由閉合電路歐姆定律知，將開關(guān)擲向1時(shí)電容器開始充電的電流增大，則曲線與縱軸交點(diǎn)的位置將向上移動(dòng)，而充電時(shí)曲線與橫軸所圍成的面積將不變，所以充電時(shí)間將變短。