电容储能已经在电动汽车,风、光发电、脉冲电源等方面得到广泛…——2023 高考物理第 14 题答案解析

2023_省自主命题(山东)

2023 山东 第 14 题 解答题 区分题
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14. 电容储能已经在电动汽车,风、光发电、脉冲电源等方面得到广泛应用。某同学设计图甲所示电路,探究不同电压下电容器的充、放电过程,器材如下:


电容器C(额定电压10V,电容标识不清);

电源E(电动势12V,内阻不计);

电阻箱 $R _ { \parallel }$ (阻值 0 \~ 99999.9W );

滑动变阻器 $R _ { 2 }$ (最大阻值20W,额定电流2A);

电压表V(量程15V,内阻很大);

发光二极管 $\mathrm { D } _ { 1 } , \ \mathrm { D } _ { 2 }$ ,开关 $\mathrm { S } _ { 1 } , \mathrm { ~ } \mathrm { S } _ { 2 }$ ,电流传感器,计算机,导线若干。

回答以下问题:

(1)按照图甲连接电路,闭合开关 $\mathbf { S } _ { 1 }$ ,若要升高电容器充电电压,滑动变阻器滑片应向 端滑动(填“a”或“b”)。

(2)调节滑动变阻器滑片位置,电压表表盘如图乙所示,示数为 V(保留1位小数)。

(3)继续调节滑动变阻器滑片位置,电压表示数为8 0V. 时,开关 $\mathbf { S } _ { 2 }$ 掷向1,得到电容器充电过程的I t- 图像,如图丙所示。借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法,根据图像可估算出充电结束后,电容器存储的电荷量为 C(结果保留2位有效数字)。

(4)本电路中所使用电容器的电容约为 F(结果保留2位有效数字)。

(5)电容器充电后,将开关 $\mathbf { S } _ { 2 }$ 掷向2,发光二极管 (填 $\cdot \mathrm { D } _ { 1 } { } ^ { , , } \exists \vec { \chi } ^ { \dots } \mathrm { D } _ { 2 } { } ^ { , , , } )$ 闪光。【答案】 ①. b②. 6.5 ③. $3 . 8 \times 1 0 ^ { - 3 }$ ④. $4 . 8 \times 1 0 ^ { - 4 }$ ⑤. $\mathrm { D } _ { 1 }$

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【解析】

【详解】(1)[1]滑动变阻器分压式接法,故向b端滑动充电电压升高;

(2)[2]量程 15 V,每个小格 0.5 V, $\frac { 1 } { 5 }$ 估读,故 $6 . 5 \mathrm { V } ;$

(3)[3]I t- 图像所围的面积,等于电容器存储的电荷量,38个小格,故电容器存储的电荷量为 $3 . 8 \times 1 0 ^ { - 3 }$ $\mathrm { C } ;$

(4)[4]由电容的定义式 $C = { \frac { q } { U } }$ 得: $C = 4 . 8 \times 1 0 ^ { - 4 } \mathrm { C } ;$

(5)[5]开关 $\mathbf { S } _ { 2 }$ 掷向 2,电容器放电,故 $\mathrm { D } _ { 1 }$ 闪光。

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