第八章 实验十 观察电容器的充放电现象-【勤径学升】2026年高考物理一轮总复习（人教版2019）

国高考一轮总复习·物理 实验十 观察电容器的充放电现象 >对应答策P524 。实验技能储备 原理装置图 操作要领 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，电流逐渐诚小，最后电流为零，如图 印电容器充电示意网 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 乙电容器放电示意图 减小，最后电压也逐渐减为零，如图乙所示 数据处理 实验项目 实验现象 灯泡L 亮度由明到暗最后想灭 电容器充电 电流表A 示数由大到小最后为零 电压表V 示数由小到大最后不变 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭 电容器放电 电流表A 示数由大到小最后为零 电压表V 示数由大列小最后为零 考点 教材原型实验 (1)请在图甲中画出上述“-q图像。类比直线 典例剖析 运动中由口-1图像求位移的方法，求两极间电 [例1]电容器作为储能器件，在生产生活中有广 压为C时电容器所储存的电能，E。= 泛的应用。对给定电容值为C的电容器充电，无 (2)在如图乙所示的充电电路中，R表示电阻，E 论采用何种充电方式，其两极间的电势差“随电 表示电源（忽略内阻）。通过改变电路中元件的 荷量q的变化图像都相同。 参数对同一电容器进行两次充电，对应的g-·曲 线如图丙中①②所示. a.①②两条曲线不同是 (选填“E”或 “R”)的改变造成的： 164 第八章静电场回 b.电容器有时需要快速充电，有时需要均匀充 电。依据a中的结论，说明实现这两种充电方式 的途径。 (3)设想使用理想的“恒流源”替换(2)中电源对 电容器充电，可实现电容器电荷量随时间均匀增 (1)用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测 加。请思考使用“恒流源”和(2)中电源对电容器 时，红表笔应该与电池的 (选填“正极” 的充电过程，填写下表（选填“增大”“减小”或 或“负极”)接触。 “不变”)。 (2)某同学设计的实验电路如图甲所示。先将电 “恒流源” (2)中电源 阻箱的阻值调为R,将单刀双掷开关S与“1”端 电源两绮电压 相接，记录电流随时间的变化。电容器充电完成 通过电源的电流 后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变 规律总结 化情况可能是 。(填正确答案标号) (1)电容器充电时电流流向正板城，电容器放电时电 A.迅速变亮，然后亮度趋于稳定 流从正极板流出，且充，放电时电流均逐新减小至零。 B.亮度逐渐增大，然后趋于稳定 (2)电客琴充，效电过程中，电容器的电容保持不变， C.迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭 极板带电荷量和电压成正比关系变化。 (3)将电阻箱的阻值调为R,(R,>R),再次将开 (3)在U一？图像中针率表示电客的倒数，图线和横坐 标国成的面积表示所储存的电势能E。, 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1变化如图乙 针对训练 中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为 在“观察电容器的充、放电现象”实验中，所用器材 (选填“R”或“R”)时的结果，曲线与坐标轴所 如下：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多 围面积等于该次充电完成后电容器上的 用电表、电流表，秒表、单刀双掷开关以及导线 (选填“电压”或“电荷量”)。 若干。 考点2 探索创新实验 双掷开关S,导线若干。实验过程如下： 典例剖析 电流按计算机 [例2]用下列器材测量电容器的电容：一块多用 传感器 电表，一台直流稳压电源，一个待测电容器（额定 R 电压16V),定值电阻R,=100,定值电阻R,= 1502,电流传感器，数据采集器和计算机，单刀 165⑧ 国高考一轮总复习·物理 实险次数 实脸步骤 ①将电阻R,等器材按照图甲正确连接电路 第1次 将开关S与1端连接，电源向电容器充电 电用 ②将开关S掷向2端，测得电流随时间变化 传感器 电压 源 的；一1曲线如图乙所示 传感器 ③用电阻R替换R,,重复上述实验步骤① (a) (b) 第2次 ②，测得电流随时间变化的-：曲线如图丙 (2)设置电源，让电源输出图(c)所示的矩形波， 中的某条最线所示 该矩形波的频率为 Hz. 说明：两次实验中电源输出的直流电压恒定且相同 UN 5.D ↑mA 2.5 A 02亦新4翰动种而(×1) (c) (3)闭合开关S,一段时间后，通过电压传感器可 丙 观测到电容器两端的电压U。随时间周期性变 请完成下列问题： 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 (选填“充 (1)第1次实验中，电阻R两端的最大电压U= 电”或“放电”)状态。在 (选填“A”或 V。利用计算机软件测得i一t曲线和 “B”)点时，通过电阻R的电流更大。 两坐标轴所围的面积为90mA·s,已知电容器 UdlV 放电时其内阻可以忽略不计，则电容器的电容为 5.0 C= F 2.5 A/B (2)第2次实验中，电流随时间变化的i-t曲线 D20300506020×1r) 应该是图丙中的虚线 (选填“b”“c”或 (d) “”),判断依据是 (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U。与频案f关系图像，如图(e)所示。当f 规律总结 =45Hz时电容器所带电荷量的最大值Q。= (1)在1-1图像中，副线与坐赫轴所国成的面积表 C。(结果保留两位有效数字) 电容器的电背量。求解该面积时，可以画上小方格，利用 查小方格的方法计算。 5.5 (2)在同一电源和电客器组成的电路中，电客器充电 5.0 后电客署的电荷量为定值，甲；一「图像中，图线与坐标柚 国成的面积不变。 [例3](2023·福建卷)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 3.0 用器材有：电源、电压传感器、电解电容器 2.5 0102030405060708090Hz C(4.7F,10V)、定值电阻R(阻值2.0k)、开 (e) 关S、导线若干。 (5)根据实验结果可知，电容器在充放电过程中， (1)电解电容器有正，负电极的区别。根据图 其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变，而 (a),将图(b)中的实物连线补充完整。 后随着频率的增大逐渐减小。 随堂巩固 [对应答案P524 练速能 1.(2024·海南卷)用如图()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、 A 电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻 1.10mA R、单刀双掷开关S,、开关S,导线若干。 图 图 166 第八章醉电场回 (1)闭合开关S,将S,接1，电压表示数增大，最 测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方 后稳定在12.3V。在此过程中，电流表的示数 法，根据图像可估算出充电结束后，电容器存储 (填选项标号)。 的电荷量为 C。(结果保留2位有效 A.一直稳定在某一数值 数字) 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 (2)先后断开开关S2、S,将电流表更换成电流传 感器，再将S,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1 ■■■■■ 1,10mA,图中M、N区域面积比为8：7，可求 2 4 68 (4)本电路中所使用电容器的电容约为 F 出R k(保留2位有效数字)。 (结果保留2位有效数字) 2.(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 (5)电容器充电后，将开关S。掷向2，发光二极管 设计图甲所示电路，探究不同电压下电容器的 (选填“D”或“D”)闪光。 充、放电过程，器材如下： 3.随着传感器技术的不断进步，传感器在中学实验 室逐渐普及。某同学用电流传感器和电压传感 器做“观察电容器的充、放电现象”实验，电路如 图甲所示。 接川停机 电流 计算机 传地 出压 可传感器 甲 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)： 8.0 电阻箱R,(阻值0~99999.92)： 滑动变阻器R(最大阻值20Ω，额定电流2A): 电压表V(量程15V,内阻很大)： 02468 02468 发光二极管D,、D,开关S、S,电流传感器，计 算机，导线若干。 (1)先使开关K与1端相连，电源对电容器充电， 回答以下问题： 这个过程很快完成，充满电的电容器上极板带 (1)按照图甲连接电路，闭合开关S,若要升高电 电 容器充电电压，滑动变阻器滑片应向 (2)然后把开关K掷向2端，电容器通过电阻R (选填“a”或“b”)端滑动。 放电，传感器将电流，电压信息传人计算机，经处 (2)调节滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图 理后得到电流和电压随时间变化的I-1、U-t曲 乙所示，示数为 V。(保留1位小数) 线，如图乙所示。 9 (3)由图乙可知，电容器充满电的电荷量为 C,电容器的电容为 F。(保留两位 有效数字) (4)若将电路中的电阻换成一阻值更大的电阻， (3)继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数 把开关K掷向2端电容器放电，请在图乙的左图 为8.0V时，开关S,掷向1，得到电容器充电过 中定性地画出1-1曲线。 程的I一1图像，如图丙所示。借鉴“用油膜法估 167⑧null