备考2025届高考物理一轮复习讲义第九章静电场实验十观察电容器的充放电现象命题点1教材基础实验

试验十视察电容器的充、放电现象视察电容器的充、放电现象是课标新增试验，在高考中已经出现了对该试验的考查，如2024年新课标卷T22、山东卷T14、福建卷T13.本试验可以形象地将电容器充、放电过程中电流随时间变更的规律呈现出来，更重要的是处理数据时由“i－t”图像求电容器充、放电的电荷量所用的方法，这对学生领悟“微元”“化归”等思想方法有着主动意义.预料2025年高考中仍会出现该试验的考查.1.试验目的（1）理解电容器的储能特性及其在电路中能量的转换规律.（2）电容器充、放电过程中，电路中的电流和电容器两端电压的变更规律.2.试验原理电容器的充电过程如图，在充电起先时电流比较[1]大（填“大”或“小”），以后随着极板上电荷的增多，电流渐渐[2]减小（填“增大”或“减小”），当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止定向移动，电流I＝0.电容器的放电过程如图，放电起先电流较[3]大（填“大”或“小”），随着两极板上的电荷量渐渐减小，电路中的电流渐渐[4]减小（填“增大”或“减小”），两极板间的电压也渐渐减小到零.3.试验器材直流电源、导线、单刀双掷开关、电容器、定值电阻、电流表（电流传感器）、电压表（电压传感器）.4.试验步骤（1）按图连接好电路.（2）把单刀双掷开关S打在上面，使触点1和触点2连通，视察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中.（3）将单刀双掷开关S打在下面，使触点3和触点2连通，视察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中.（4）记录好试验结果，关闭电源.5.数据处理在I－t图中画出如图所示的直立的狭长矩形（Δt很小），它的面积的物理意义是在Δt时间内通过电流表的电荷量.6.留意事项（1）电流表要选用小量程的灵敏电流计.（2）要选择大容量的电容器.（3）在做放电试验时，电路中要串联一个电阻，避开烧坏电流表.（4）试验要在干燥的环境中进行.研透高考明确方向命题点1教材基础试验1.在“用传感器视察电容器的充、放电过程”试验中，按图（a）所示连接电路.电源电动势为8.0V，内阻可以忽视.单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2.试验中运用电流传感器来采集电流随时间的变更信息，并将结果输入计算机.（1）为视察电容器C充电时的现象，应将单刀双掷开关S接1（填“1”或“2”）.（2）在充电过程中，测绘的充电电流i随时间t变更的图像可能正确的是A.（3）用图（a）所示电路来视察电容器C的放电现象：运用电流传感器测量放电过程中电路的电流，并将结果输入计算机，得到了图（b）所示的电流i与时间t的关系图像.①通过i－t图像可以发觉：电容器放电时，电路中的电流减小得越来越慢（填“快”或“慢”）.②已知图（b）中图线与坐标轴所围成图形的面积表示电容器放电过程中所释放的电荷量，依据图像可估计电容器放电前所带电荷量Q约为3.2×10－3C，电容器的电容C约为4.0×10－4F.（结果均保留2位有效数字）（4）关于电容器在整个充、放电过程中的q－t图像和UAB－t图像的大致形态，可能正确的有AD（q为电容器极板所带的电荷量，UAB为A、B两板的电势差）.（5）图（c）中实线是试验得到的放电时的i－t图像，假如不变更电路的其他参数，只减小电阻R的阻值，则得到的i－t图线可能是图（c）中的②（填“①”“②”或“③”）.（6）变更电源电动势，重复多次上述试验，得到电容器在不同电压U下充溢电时所带的电荷量Q，并作出Q－U图像，则图像应是B.解析（1）充电时必需将电容器接电源，故将单刀双掷开关拨向1.（2）电容器充电时，随着电荷量的增加，电容器两极板间电压上升，电阻R两端分得的电压减小，电路中电流渐渐减小，电容器两极板间电压增大到等于电源电压之后，电流减小为零，A正确.（3）①从图（b）中可以看出放电时电流减小得越来越慢（斜率的确定值表示电流的变更快慢）；②可数出图线与坐标轴所围成图形有40小格（格数为38～42都正确），所以电容器放电前所带电荷量约为Q＝40×15×25×10－3C＝3.2×10－3C，依据电容的定义可得C＝QU＝4.0×10（4）电容器在充电过程中，电流由最大渐渐减小，放电过程电流也是由最大渐渐减小，最终变为0，依据Δq＝IΔt可知，q－t图像的斜率表示电流的大小，A正确，B错误；电容器两极板间的电压变更量ΔUAB＝ΔqC＝ICΔt，UAB－t图像的斜率表示IC，在充电和放电过程中电容器的电容不变，依据充电和放电过程中电流的特点可知，C（5）若只减小电