专题六 电容器的充电和放电（教案）-河北省职教高考《电工技术基础与技能》（高教版）专题复习讲练测

专题六.电容器的充电和放电（教案）-《电工技术基础与技能》高教版-专题复习讲练测 [考纲要求] 1. 理解电容器的基本原理，包括结构、工作方式和特性。 2. 理解电容器充电和放电的过程，包括电流、电压和能量的变化情况。 3. 理解充电时间常数 (RC) 的概念及其影响。 4. 掌握电容器充放电过程中的能量转换形式，如电势能和热能转化。 5. 能够分析电容器充放电过程中的电场分布变化和能量损耗情况。 6. 理解电容器充放电过程中的电场强度变化和充放电速度的关系。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、电容器的充电 在图 4-5 所示的电路中,C是一个电容量较大的未充电的电容器。当S拨向1端时,电源(其内阻忽略)向电容器充电,发光二极管 LED1 开始较亮,然后逐渐变暗,说明充电电流在变化。从电流表上可观察到充电电流在减小,而从电压表上看出电容器两端电压 U。在上升。经过一定时间后,发光二极管不亮了,电流表的指针回到零,此时电压表上指出的电压等于电源的电动势(即 Uc=E)。 二、电容器的放电 电容器充电结束后(这时 Uc=E),如果把S从1端拔向2端,电容器便开始放电。这时,从电流表上看出电路中有电流流过,但电流在逐渐减小(发光二极管 LED2 由亮逐渐变暗,最后不亮),而从电压表上看到电容器两端的电压U。 在逐渐下降,过一段时间后,电流表和电压表的指针都回到零,说明电容器放电过程已结束。 在电容器放电过程中,电容器两极板间的电压使回路中有电流产生。开始时这个电压较大,因此,电流较大,随着电容器极板上正、负电荷的不断中和,两极板间的电压越来越小,电流也就越来越小。放电结束,电容器两极板上的正负电荷全部中和,两极板间就不存在电压,因此,电路中的电流为零。必须注意的是,电路中的电流是由于电容器的充电、放电形成的,并非电荷直接通过电容器中的介质。 通过对电容器充放电过程的分析,可以得到这样的结论:当电容器极板上所储存的电荷发生变化时,电路中就有电流流过;若电容器极板上所储存的电荷恒定不变,则电路中就没有电流流过。 三、超级电容器 超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装。根挨不同的储能机理,超级电容器可以分为双电层电容器和法拉第准电容器两大类双电层电容器主要是通过电荷在电极表面进行吸附来存储能量,法拉第准电容器主要是通过活性电极材料表面及表面附近发生可逆的氧化还原反应实现对能最的存储与转换。由于制作超级电容器的材料薄、表面积大,因此在同样体积条件下,超级电容器容更大。超级电容器还具有充电速度快、使用寿命长、放电能力强、功率密度高等优点,因此在新能源汽车等领域具有广泛的应用前景。 [真题练讲] 1.(2017年山东省统一考试)当一个电容器放电时，放电电流随时间的变化情况是： a) 逐渐增大 b) 逐渐减小 c) 保持不变 d) 不确定 答案：b) 逐渐减小 解析：放电过程中，随着电容器储存的电荷减少，放电电流逐渐减小。 2.(2016年河北省统一考试)电一个电容器放电的过程中，如果放电电压持续增加，则放电电流会： a) 逐渐增大 b) 逐渐减小 c) 保持不变 d) 变得不确定 答案：b) 逐渐减小 解析：随着放电电压增加，电容器电压差减小，放电电流逐渐减小。 3.(2018年青海省统一考试)在电容器充电的过程中，哪个物理量会随时间逐渐增大？ a) 电容器的电容 b) 电容器的电势差 c) 电容器的电流 d) 电容器的电阻 答案：b) 电容器的电势差 解析：充电过程中，电容器的电势差逐渐增大，直到等于电源电压。 4.(2017年河北省统一考试)如果一个电容器充电时使用的电流增加，充电所需的时间会： a) 增加 b) 减少 c) 保持不变 d) 变得不确定 答案：a) 增加 解析：充电时间与充电电流成正比。 5.(2016年河北省统一考试)在电容器放电的过程中，放电电流的大小与放电电压之间的关系是： a) 成正比 b) 成反比 c) 无关 d) 复杂关系 答案：b) 成反比 解析：根据欧姆定律，放电电流与电容器两端电压成反比。 [限时练讲] 1.当一个电容器放电时，放电电流与时间的关系可以用以下哪种曲线描述？ a) 直线上升曲线 b) 直线下降曲线 c) 指数增长曲线 d) 指数衰减曲线 答案：d) 指数衰减曲线 解析：放电电流随着时间呈指数衰减，因为随着电容器储存的电荷减少，放电电流逐渐减小。 2.在一个电路中，一个电容器充电的过程中，充电电流的大小与时间的关系是： a) 逐渐增大 b) 逐渐减小 c) 保持不变 d) 不确定 答案：b) 逐渐减小 解析：充电电流随着时间逐渐减小，因为电容器电压接近电源电压时，充电电流逐渐减小。 3.当一个电容器充电时，充电电流与电容器两端的电压之间的关系是： a) 成正比 b) 成反比 c) 无关 d) 复杂关系 答案：a) 成正比 解析：根据欧姆定律，充电电流与电容器两端的电压成正比。 4.如果一个电容器的电容减小，充电所需的时间会： a) 增加 b) 减少 c) 保持不变 d) 变得不确定 答案：b) 减少 解析：电容减小意味着电容器可以更快地储存电荷，因此充电所需的时间会减少。 5.当一个电容器放电时，放电电流的方向是： a) 与电流方向相同 b) 与电流方向相反 c) 垂直于电流方向 d) 不确定 答案：b) 与电流方向相反 解析：放电时，电流的方向与充电时相反。 6.在充电过程中，电容器两端的电势差随时间的变化情况是： a) 逐渐增大 b) 逐渐减小 c) 保持不变 d) 不确定 答案：a) 逐渐增大 解析：充电过程中，电容器两端的电势差逐渐增大，直到等于电源电压。 7.当一个电容器充电时，充电电流与时间的关系可以用以下哪种曲线描述？ a) 直线上升曲线 b) 直线下降曲线 c) 指数增长曲线 d) 指数衰减曲线 答案：d) 指数衰减曲线 解析：充电电流随着时间呈指数衰减，因为随着电容器电压接近电源电压，电流逐渐减小。 8.什么是电容器的充电过程？简要描述其特点。 解析： 电容器的充电过程是指在接入外部电源后，电容器内部逐渐积累电荷，从而使其电压增加的过程。特点包括电容器内部电荷的逐渐积累、电压的逐渐上升以及电流方向从电源流向电容器的正极板。 9.电容器充电时间常数 (RC) 的定义是什么？它是如何影响充电过程的？ 解析： 电容器充电时间常数 (RC) 是指电容器充电到63.2%（或约为1/e）的电压所需的时间。它取决于电容器的电阻和容量，影响着充电过程的速度。当 (RC) 较小时，电容器会快速充满电；而当 (RC) 较大时，充电过程会相对缓慢。 10.请简要描述电容器放电过程的特点。 解析： 电容器放电过程是指在切断外部电源连接后，电容器内部的电荷逐渐消耗的过程。其特点包括电容器内部储存能量的释放、电压的指数衰减以及电流方向从电容器的正极板返回电源。 11.什么是电容器的电压？它如何随时间变化？ 解析： 电容器的电压是指电容器两端的电压差，即电场强度。在充电过程中，电容器的电压会随时间逐渐增加，符合指数增长的曲线。而在放电过程中，电容器的电压则会以指数衰减的方式减小。 12.电容器充电过程中，电流的方向如何？为什么？ 解析： 在充电过程中，电流的方向是从电源流向电容器的正极板，然后从电容器的负极板返回电源。这是因为在充电过程中，电场力驱动正电荷从电源流向电容器的正极板，同时负电荷从电容器的负极板返回电源。 [学法建议] 重点复习知识点： 1.电容器的标称容量和允许误差：电容器上所标明的电容值称为标称容量。电容器的标称容量和实际容量之间是有差额的,这一差额称为电容器的误差。实际电容器的误差限定在所允许的误差范围之内,此误差称为允许误差。 2.电容器的额定工作电压：如果一只电容器两极间所加的电压高到某-数值时,介质就会被击穿,这时的电压称为电容器的击穿电压。电容器的外壳上一般都标有它的额定工作电压值(又称耐压值),使用时加在电容器上的电压不应超过它的额定工作电压值。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$