第九章第48课时实验十观察电容器的充放电现象课件-高考物理一轮复习

第九章静电场第48课时目标要求实验十：观察电容器的充、放电现象1.理解电容器充、放电过程中，电路中的电流和电容器两端电压的变化规律。2.理解电容器的储能特性及其在电路中能量的转换规律。1.实验原理(1)电容器的充电过程如图所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在静电力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因_____电子而带____电，负极板因_____电子而带____电。正、负极板带_____的正、负电荷，电荷在移动的过程中形成电流。在充电开始时电流比较____(填“大”或“小”)，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐_____(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。失去正获得负等量大减小(2)电容器的放电过程如图所示，当开关S接2时，相当于将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷发生____，在电子移动过程中，形成电流。放电开始电流较___(填“大”或“小”)，随着两极板上的电荷量逐渐减少，电路中的电流逐渐_____(填“增大”或“减小”)，两极板间的电压也逐渐减小到零。中和大减小(2)把单刀双掷开关S打在上面，使触点1和开关连通，观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2和开关连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中。(4)记录好实验结果，关闭电源。2.实验步骤(1)按图连接好电路。3.实验数据处理(1)在I-t图像中，图线与时间轴围成的面积表示电荷量的变化，故整个图线与横轴所围的面积就是整个充电或放电时间内通过灵敏电流表的电荷量，也等于电容器的充电电荷量或放电电荷量。(2)估算电容器的充电电荷量或放电电荷量的方法：先算出一个小方格代表的电荷量，然后数出整个图线与横轴所围的面积中的方格数(大于半格的按一个方格计算，小于半格的舍弃)。电容器的充电电荷量或放电电荷量等于一个小方格代表的电荷量乘以方格数。4.注意事项(1)电流表要选用小量程的灵敏电流表。(2)要选择大容量的电容器。(3)实验过程中要在干燥的环境中进行。(4)在做放电实验时，在电路中串联一个电阻，避免烧坏电流表。

(2024·重庆卷·12)探究电容器充放电规律，实验装置如图甲所示，有电源E，定值电阻R0，电容器C，单刀双掷开关S。例1(1)为测量电容器充放电过程电压U和电流I变化，需在①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测

(填“电流”或“电压”)仪器。

电压位置②与电容器并联，为测电压仪器。(2)接通电路并接通开关，当电压表示数最大时，电流表示数为

。

电压表示数最大时，电容器充电完毕，充电电流为零，电流表示数为零。0(3)根据测得的数据，某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示。该过程为

(填“充电”或“放电”)。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示。0.2s时R0消耗的功率

W。

放电0.32

某同学用如图甲所示电路研究电容器的充放电规律，直流电源的电动势为6V。(1)将单刀双掷开关合向“1”，电流传感器记录电容器充电电流随时间变化规律如图乙所示，则图乙中图线与坐标轴所围的面积的物理意义为

。

例2根据Q=It可知，I-t图线与坐标轴所围的面积的物理意义为充电后电容器的带电荷量。充电后电容器的带电荷量(2)充电结束时电容器两端的电压为U=

____V，结合图像面积可知，电容器的电容为C=

F(结果保留两位有效数字)。

65.7×10-4(3)将单刀双掷开关合向“2”，得到放电电流随时间变化的图像，从图像上得到放电电流的最大值为I1，图线与坐标轴所围的面积为S1；将R调大，将开关合向“1”后再合向“2”，再次得到的放电电流随时间变化的图像，从图像上得到放电电流的最大值为I2，图线与坐标轴所围的面积为S2。则I1

I2，S1

S2(均选填“>”“<”或“=”)。

>=

(4)充电完成后，将开关S接2，电容器放电。若想延长放电过程的时间，请至少写出一种可行的操作方案：_________________________。

充电完成后，平行板电容器极板所带电荷量一定，将开关S接2，电容器放电，若想延长放电过程的时间，由Q=It可知需要减小对应时刻的放电电流的大小，故可以增大电阻箱接入电路的电阻。增大电阻箱接入电路的电阻

总结提升

(2024·海南卷·16)用如图(a)所示的电路观察电容器的充放电现象，实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关S1、开关S2、导线若干。例3(1)闭合开关S2，将S1接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3V。在此过程中，电流表的示数

(填选项标号)。

A.一直稳定在某一数值B.先增大，后逐渐减小为零C.先增大，后稳定在某一非零数值B电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从0增大到某一最大值，后随着电容器的不断充电，电路中的充电电流在减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于开路，电流为0。故选B。(2)先后断开开关S2、S1，将电流表更换成电流传感器，再将S1接2，此时通过定值电阻R的电流方向

(选填“a→b”或“b→a”)，通过传感器将电流信息传入计算机，画出电流随时间变化的I-t图像，如图(b)，t=2s时I=1.10mA，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出R=

kΩ(保留2位有效数字)。

a→b5.2

课时精练对一对答案1234题号

1答案

(1)1

(2)带正电(3)向左(4)B题号

2答案

(1)正极(2)C

(3)R2电荷量对一对答案1234题号

3答案

(1)放电不变(2)1.2

(3)E

(4)U0Q0题号

4答案

(1)b

(2)6.5

(3)3.5×10-3

(4)4.4×10-4

(5)D11.如图所示是观察电容器的充、放电现象的实验电路。E为电源，S是单刀双掷开关，G为灵敏电流计，C为平行板电容器，R为电阻箱。(1)当开关S接

时(填“1”或“2”)，平行板电容器充电；

基础落实练1234答案对平行板电容器充电时，需要将平行板电容器与电源连接，可知当开关S接1，平行板电容器充电。1(2)电容器充电完毕，断开开关，此时电路图中电容器上极板

(填“带正电”“带负电”或“不带电”)；

1234答案由于开关S连接1充电时，平行板电容器上极板与电源正极相连，可知电路图中电容器上极板带正电。带正电(3)然后将开关S接2时，电容器放电，流经G表的电流方向为

(填“向左”或“向右”)；

1234答案由于平行板电容器上极板带正电，将开关S接2时，电容器放电，流经G表的电流方向为向左。向左(4)开关S接2，电容器放电过程中，电路中的电流大小为i，电容器所带电荷量大小为Q，电容器两极板电势差大小为U，电容器的电容为C。下列关于i、Q、U、C随时间t的变化的图像，正确的是

。

1234答案B1234答案

2.(2023·新课标卷·22)在“观察电容器的充、放电现象”实验中，所用器材如下：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。1234答案(1)用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时，红表笔应该与电池的_____(填“正极”或“负极”)接触。

正极多用电表应满足电流“红进黑出”，因此红表笔与电池的正极相连；(2)某同学设计的实验电路如图(a)所示。先将电阻箱的阻值调为R1，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变化。电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变化情况可能是

。(填正确答案标号)

A.迅速变亮，然后亮度趋于稳定B.亮度逐渐增大，然后趋于稳定C.迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭1234答案电容器放电过程中，电流由大逐渐变小，则小灯泡迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭，故C正确；C(3)将电阻箱的阻值调为R2(R2>R1)，再次将开关S与“1”端相接，再次记录电流随时间的变化情况。两次得到的电流I随时间t变化如图(b)中曲线所示，其中实线是电阻箱1234答案阻值为

(填“R1”或“R2”)时的结果，曲线与横轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的

(填“电压”或“电荷量”)。

R2电荷量3.在“用传感器观察电容器的充、放电过程”实验中，按图甲所示连接电路。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。实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。其中C表示电容器的电容，R表示电阻的阻值，E表示电源的电动势(电源内阻可忽略)。1234答案能力综合练(1)开关S改接2后，电容器进行的是

(填“充电”或“放电”)过程。此过程得到的I-t图像如图乙所示。如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的I-t曲线与坐标轴所围成的面积将

(填“增大”“不变”或“减小”)；

1234答案放电不变1234答案开关S改接2后，电容器进行的是放电过程。只减小电阻R的阻值，不改变电容的带电荷量，则此过程，电容的放电量不变，则I-t曲线与坐标轴所围成的面积不变；(2)若R=500Ω，结合放电过程获取的I-t图像，则加在电容器两极板的最大电压约为

V；

1234答案1.2若R=500

Ω，由题图乙可知，放电过程的最大电流为2.4

mA，则加在电容器两极板的最大电压约为U=IR=1.2

V。(3)改变电路中某一元件的参数对同一电容器进行两次充电，两次充电对应的电容器电荷量Q随时间t变化的图像分别如图丙中a、b所示。根据图像分析：a、b两条曲线不同是

(填“R”或“E”)不同造成的；

1234答案Ea、b两条曲线分别趋近于不同最大值，则电容器带的最大电荷量不同，根据Q=CU可知，两次不同是电源的电动势E不同造成的；(4)电容器充电过程实际是克服极板上电荷的静电力做功，使电势能增加的过程(即极板间储存电场能的过程)，若某次充电过程的两极板间电压U与电荷量Q的关系图像如图丁所示，请类比v-t图像求位移的方法，计算该充电过程电容器储存的电场能为

(用U0、Q0表示)。

1234答案

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R1(阻值0~99999.9Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值20Ω，额定电流2A)；电压表V(量程15V，内阻很大)；发光二极管D1、D2，开关S1、S2，电流传感器，计算机，导线若干。4.(2023·山东卷·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：1234答案回答以下问题：(1)按照图甲连接电路，闭合开关S1，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向