实验10：观察电容器的充放电现象[5年58卷2考]--【实验攻略】备战2024年高考物理必考实验讲练

实验10：观察电容器的充放电显现【5年3考】 类型 角度 考查要素 考查内容 教材实验：观察电容器的充、放电现象 I-t图像(2023年山西和2023山东） 数据处理 电容器放电规律；I-t图像中曲线与坐标轴所围面积的意义；根据I-t图像计算电容器的电荷量 U-t图像(2023年福建) 数据处理 电容器充放电规律；U-t图像中曲线表示的意义； 总结： （1）类型角度：结合I-t图像考查电容器充、放电过程曲线物理意义和规律。 （2）考察要素和内容：通过图像考查曲线与坐标轴所围面积的意义，计算电容器的电荷量。 考点1: 基本实验要求 一、实验原理 通过观察连接在回路中的电流表和电压表示数变化，得出电容器充、放电过程的特点。 二、实验器材 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)。 三、实验步骤 1. 按图连接好电路． 2. 把单刀双掷开关S掷于1，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掷于2，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． 四、注意事项 1. 连接电路时注意电流表和电压表的正、负极和量程。 2. 对电解电容器也要注意正、负极。 3. 要选择电容较大的电容器。 4. 实验过程要在干燥的环境中进行。 考点2 数据处理及误差分析 5. 【数据处理】 1.电容器的充电过程 开关S接1时，电源给电容器充电，电容器带电量、电压逐渐增大，电流逐渐减小，最后电流为零，如图甲所示。 2.电容器的放电过程 开关S接2时，电容器负极板上负电荷与正极板上正电荷中和，两极板的电荷量逐渐减小，电流逐渐减小，最后电压也逐渐减为零，如图乙所示。 A. 高考真题感知 1．（2023·福建·统考高考真题）某同学用图（a）所示的电路观察矩形波频率对电容器充放电的影响。所用器材有：电源、电压传感器、电解电容器C（，），定值电阻R（阻值）、开关S、导线若干。 （1）电解电容器有正、负电极的区别。根据图（a），将图（b）中的实物连线补充完整 ；    （2）设置电源，让电源输出图（c）所示的矩形波，该矩形波的频率为 ；    （3）闭合开关S，一段时间后，通过电压传感器可观测到电容器两端的电压随时间周期性变化，结果如图（d）所示，A、B为实验图线上的两个点。在B点时，电容器处于 状态（填“充电”或“放电”）在 点时（填“A”或“B”），通过电阻R的电流更大； （4）保持矩形波的峰值电压不变，调节其频率，测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的情况，并在坐标纸上作出电容器上最大电压与频率f关系图像，如图（e）所示。当时电容器所带电荷量的最大值 C（结果保留两位有效数字）；    （5）根据实验结果可知，电容器在充放电过程中，其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变，而后随着频率的增大逐渐减小。 2．（2023·山东·统考高考真题）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，电容标识不清）； 电源E（电动势，内阻不计）； 电阻箱（阻值）； 滑动变阻器（最大阻值，额定电流）； 电压表V（量程，内阻很大）； 发光二极管，开关，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，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，电压表示数为时，开关掷向1，得到电容器充电过程的图像，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，将开关掷向2，发光二极管 （填“”或“”）闪光。 3．（2023·山西·统考高考真题）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。    （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。 （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，将单刀双掷开关S与“1”