第9章 实验12 观察电容器的充、放电现象（课件PPT）-【优化指导】2025年高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教多选版）

第九章　静电场 实验12　观察电容器的充、放电现象 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第九章　静电场 谢谢观看！ 一、实验器材 电源、单刀双掷开关、电容器、电流表和电压表。 二、实验操作 (1)选小量程的灵敏电流表 (2)选大容量的电容器 1．按原理图连接器材。 2．单刀双掷开关S接1，观察充电现象。 3．单刀双掷开关S接2，观察放电现象。 4．关闭电源，整理器材。 三、实验现象 项目 电流表现象 电压表现象 电容器 充电 读数由大减小到零 读数由零增大到定值 电容器 放电 读数由大减小到零 读数由大减小到零 命题点一　教材原型实验 角度　电容器的充(放)电过程的观察与描述 [典例1] (2024·江苏盐城测试)某同学用电流传感器和电压传感器研究电容器的放电情况，按下图连接电路，实验时，先将开关S与1端相连，待电路稳定后，将开关掷向2端，传感器将信息传入计算机，屏幕上可以显示出电流、电压随时间变化的it图线、ut图线。 (1)由图可知，传感器2应为________(填“电流”或“电压”)传感器。 (2)计算机屏幕上显示的i-t图线可能为__________________________， u-t图线可能为________。(填选项字母) INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/rjylj322.tif" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/rjylj322B.tif" \* MERGEFORMAT 解析：(1)传感器2与电阻R并联，应为电压传感器。 (2)随着电容器放电，电路中的电流逐渐减小，且电流的减小是非线性的，根据u＝iR可知，u-t图线与i-t图线形状基本一致，故i-t图像选B，u-t图像选D。 答案：(1)电压　(2)B　D 命题点二　实验的拓展与创新 角度1　电容器的充、放电现象的定性分析 [典例2] 用下列器材测量电容器的电容：一块多用电表，一台直流稳压电源，一个待测电容器(额定电压16 V)，定值电阻R1＝100 Ω，定值电阻R2＝150 Ω，电流传感器、数据采集器和计算机，单刀双掷开关S，导线若干。实验过程如下： 实验次数 实验步骤 第1次 ①将电阻R1等器材按照图甲所示正确连接电路，将开关S与1端连接，电源向电容器充电 ②将开关S掷向2端，测得电流随时间变化的i-t曲线如图乙中的实线a所示 第2次 ③用电阻R2替换R1，重复上述实验步骤①②，测得电流随时间变化的i-t曲线如图乙中的某条虚线所示 说明：两次实验中电源输出的直流电压恒定且相同 INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/rjylj323.tif" \* MERGEFORMAT 　 请完成下列问题： (1)充电完毕后，该电容器________(填“上”或“下”)极板带正电荷。若电容器放电时放出的电荷量_为Q，则电容器所带的电荷量为____________。 (2)第2次实验中，电阻R2两端的最大电压与第一次实验中电阻R1两端的最大电压______(填“相等”“大于”或“等于”)，电流随时间变化的it曲线应该是图丙中的虚线________(填“b”“c”或“d”)。 解析：(1)充完电后电容器上极板与电源的正极相连，则电容器上极板带正电；电容器所带的电荷量为Q。 (2)两次实验中，电阻两端的最大电压均等于电源电动势；根据im＝ eq \f(um,R) ，因第2次实验的最大放电电流小些，因此i-t曲线不是b，而曲线与x轴所围的面积表示放电量，因两次实验的放电量相等，故电流随时间变化的曲线应该是虚线c。 答案：(1)上　Q　(2)相等　c 角度2　电容器的充、放电现象的定量计算 [典例3] (2024·广东广州测试)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。电源电动势为8.0 V，内阻可以忽略。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。 INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/rjylj324.tif" \* MERGEFORMAT 　　 (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，图中用阴影标记的狭长矩形的面积的物理意义是_____________。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It曲线与横坐标所围成的面积将________(填“减小”“不变”或“增大”)。 (2)若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量Q＝3.44×10－3 C，则该电容器的电容为________μF。 (3)关于电容器在整个充、放电过程中的q-t图像和UAB-t图像的大致形状，可能正确的有____________(q为电容器极板所带的电荷量，UAB为A、B两板的电势差)。 解析：(1)将开关S接1，电容器与电源相连，所以电容器充电；再将S接2，电容器通过电阻R放电。在题图乙中将横坐标分成许多很小的时间间隔，在这些很小的时间间隔里，放电电流可以视为不变，则IΔt为这段时间内放电的电荷量，所以题图乙中用阴影标记的狭长矩形的面积的物理意义是0.2 s内电容器放出的电荷量。根据Q＝CU，电荷量与电阻值R无关，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It曲线与横坐标所围成的面积将不变。 (2)C＝ eq \f(Q,U) ＝ eq \f(3.44×10－3,8) F＝430 μF。 (3)电容器在充电过程中，电流由最大逐渐减小，放电过程电流也是由最大逐渐减小，根据q＝It，图像的倾斜程度表示电流的大小，B错误，A正确；根据U＝ eq \f(Q,C) ＝ eq \f(I,C) t，电容器的电容不变，则图像的斜率与电流的变化趋势相同，C错误，D正确。 答案：(1)放电　0.2 s内电容器放出的电荷量　不变　(2)430　(3)AD 1．(2022·北京卷)利用如图所示电路观察电容器的充、放电现象，其中E为电源，R为定值电阻，C为电容器，A为电流表，V为电压表。下列说法正确的是(　　) A．充电过程中，电流表的示数逐渐增大后趋于稳定 B．充电过程中，电压表的示数迅速增大后趋于稳定 C．放电过程中，电流表的示数均匀减小至零 D．放电过程中，电压表的示数均匀减小至零 B　解析：充电过程中，随着电容器C两极板电荷量的积累，电路中的电流逐渐减小，电容器充电结束后，电流表示数为零，A错误；电压表测量电容器两端的电压，刚开始充电时，电容器两端的电压迅速增大，随着电容器充电的结束，电压最后趋于稳定，B正确；电容器放电过程中，电容器并非均匀放电，因而电流和电压的减小也不是均匀的，可知电流表和电压表的示数都不是均匀减小至零的，C、D错误。 2．(2023·新课标卷)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。 INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/rjylj328.tif" \* MERGEFORMAT 　 (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 (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，其中实线是电阻箱阻值为________(填“R1”或“R2”)时的结果，曲线与坐标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”)。 解析：(1)使用多用电表时要保证电流从红表笔流入，黑表笔流出，故电流表红表笔应该与电池的正极接触。 (2)开关S与“2”端相接，电容器开始放电，电流由最大值开始逐渐减小，即小灯泡迅速变亮然后亮度逐渐减小，当电容器放电完毕后，电路中无电流，小灯泡熄灭，故选C。 (3)开始充电时两极板不带电，两极板的电势差为零，设电源内阻为r，则开始充电时有E＝I(R＋r)，由题图(b)可知开始充电时实线对应的电流较小，故电路中的电阻较大，因此电阻箱阻值为R2；I-t图像的物理意义为充电过程中电流随时间的变化图线，故曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的电荷量。 答案：(1)正极　(2)C　(3)R2　电荷量 3．(2023·山东卷)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10 V，电容标识不清)； 电源E(电动势12 V，内阻不计)； 电阻箱R1(阻值0～999 99.9 Ω)； 滑动变阻器R2(最大阻值20 Ω，额定电流2 A)； 电压表V(量程15 V，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。 INCLUDEPICTURE "2025版优化指导.高考总复习.第1轮.物理（配人教多选版）教用/rjylj335.tif" \* MERGEFORMAT 　 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______(填“a”或“b”)端滑动。 (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8.0 V时，开关S2掷向1，得到电容器充电过程的It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(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 (保留2位有效数字)。 (5)电容器充电后，将开关S2掷向2，发光二极管________(填“D1”或“D2”)闪光。 解析：(1)滑动变阻器采用分压式接法，故滑片向b端滑动充电电压升高。 (2)电压表量程为15 V，每小格表示0.5 V，读为6.5 V。 (3)It图像与横轴所围的面积等于电容器存储的电荷量，共有35个小格，故电容器存储的电荷量为3.5×10－3 C。 (4)由电容的定义式C＝ eq \f(q,U) 得C＝4.4×10－4 C。 (5)开关S2掷向2，电容器放电，故D1闪光。 答案：(1)b　(2)6.5　(3)3.5×10－3　(4)4.4×10－4　(5)D1 $$