必修 第三册 第1单元 实验1 观察电容器的充、放电现象（Word教参）-【百汇大课堂】2026年高考物理总复习下册·第1轮（浙江专用）

实验1　观察电容器的充、放电现象 实验目的 1.了解电容器的充电、放电过程，会计算电容器充、放电电荷量。2.了解影响平行板电容器电容大小的因素，能利用公式判断平行板电容器电容的变化。3.利用动力学、功能观点分析带电粒子在电场中的直线运动。 [对应学生用书P18] 一、实验原理与操作 实验 原理图 (1)电容器与电源相连，形成充电电流，随着极板电荷量的增加，充电电流减小。 (2)电容器的正、负电荷中和，形成放电电流，随着极板电荷量的减少，放电电流减小 实验器材 电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、定值电阻 操作原理 (1)断开开关，按图连接实物图。 (2)把单刀双掷开关S打到上面，与触点1连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。 (3)把双掷开关S打到下面，与触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。 (4)记录好实验结果，关闭电源 二、数据处理与分析 1．数据处理 实验项目 实验现象 电容器 充电 电流表 读数由大到小，最后为零 电压表 读数由小到大，最后为6 V 电容器 放电 电流表 读数由大到小，最后为零 电压表 读数由大到小，最后为零2.误差分析 (1)电压表读数及电流计读数不准确造成偶然误差。 (2)充放电时间较短、记录现象不够准确出现偶然误差。 (3)电容器电容较小和电源不稳定造成系统误差。 三、注意事项 1．电流表要选用小量程的灵敏电流计。 2．要选择大容量的电容器。 3．实验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，以免烧坏电流表。 [对应学生用书P19] 命题点一　教材原型实验 考向1电容器充、放电过程 [典例1] 如图为研究电容器充放电现象的实验电路图，开始电容器不带电。实验开始时，首先将开关S合向1，这时观察到灵敏电流计G有短暂的示数，这说明电路中有电流流过，这一过程叫________，经过这一过程，电容器的两极板就会带上等量的异种电荷，其上极板带________(填“正”或“负”)电荷，电路稳定后灵敏电流计G的示数为零。当把开关S由1合向2时，有________(填“自左向右”或“自右向左”)的短暂电流流过灵敏电流计G，这个过程叫________。 答案：充电　正　自右向左　放电 解析：将开关S合向1，电源与电容器连通，电路中有电流流过，说明电源在给电容器储存电荷，这一过程叫充电；经过这一过程，电容器的两极板就会带上等量的异种电荷，其上极板带正电荷；当把开关S由1合向2时，电流从电势高的正极板流向电势低的负极板，则有自右向左的短暂电流流过灵敏电流计G，这个过程叫放电。 考向2电容器的充、放电现象的数据处理 [典例2] 某学习小组利用高电阻放电法研究电容器的充、放电，实验是利用高阻值电阻延长充、放电时间，绘制电容器充、放电电流与时间的i－t图像来研究电容器的充、放电规律。某同学先按图甲连接好实验电路，然后继续实验操作如下： (1)先接通开关S1、S2，调节电阻箱R的阻值，当微安表的示数不变时，记下电压表的示数U0＝6.0 V。 (2)断开开关S2，同时开始计时，每隔5 s或10 s读一次电流i的值，将测得数据填入预先设计的表格中，根据表格中的数据在时间t为横坐标、电流i为纵坐标的坐标纸上标出点，如图乙中用“×”表示的点。请在图乙中描绘出电流随时间变化的关系图线。 (3)根据图线估算出该电容器在整个放电过程中放出的电荷量Q0约为________C(保留2位有效数字)。 (4)根据公式________来计算电容器的电容。(用题中所给字母写出表达式) 答案：(2)见解析图　(3)7.5×10－3(7.0×10－3～8.0×10－3均可)　(4)C＝ 解析：(2)描绘出电流随时间变化的图线如图所示。 (3)i－t图线与坐标轴围成的面积表示电荷量，则该电容器在整个放电过程中放出的电荷量Q0＝30×5×50×10－6 C＝7.5×10－3 C。 (4)根据公式C＝来计算电容器的电容。 命题点二　实验拓展与创新 在“观察电容器的充、放电”实验中，考题主要从两个角度创新： (1)电源，可以是恒压源也可以是恒流源； (2)测量器材，可用电流传感器和电压传感器替代电表。 [典例3] 电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛。使用图甲所示电路观察电容器的充、放电过程，电路中的电流传感器与计算机相连，可以显示电路中电流随时间的变化关系。图甲中直流电源电动势E＝8 V，实验前电容器不带电，先使S与“1”端相连给电容器充电；充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的i－t曲线如图乙所示。 (1)乙图中阴影部分的面积S1________(填“>”“<”或“＝”)S2； (2)计算机测得S1＝1 203 mA·s，则该电容器的电容为________F(保留2位有效数字)； (3)由甲、乙两图可判断阻值R1________(填“>”“<”或“＝”)R2。 答案：(1)＝　(2)0.15　(3)< 解析：(1)题图乙中阴影面积S1和S2分别表示充电和放电中电容器上的总电荷量，所以两者相等。 (2)由阴影面积代表电容器上的电荷量得q＝S1＝1.203 C，U＝E＝8 V，则C＝＝ F≈0.15 F。 (3)由题图乙可知充电瞬间电流大于放电瞬间电流，且充电瞬间电源电压与放电瞬间电容器两极板电压相等，由＞，解得R1＜R2。 [典例4] 随着传感器技术的不断进步，传感器开始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。 (1)先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，这个过程很快完成，充满电的电容器的上极板带________电。 (2)然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流、电压信息传入计算机，经处理后得到电流和电压随时间变化的i－t、U－t曲线，如图乙所示。 (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2位有效数字) (4)若将电路中的电阻换成一阻值更大的电阻，把开关S掷向2端让电容器放电，请在图乙的左图中定性地画出i－t曲线。 答案：(1)正 (3)3.5×10－3(3.3×10－3～3.7×10－3均可) 4．4×10－4(4.1×10－4～4.6×10－4均可) (4)见解析图 解析：(1)电容器上极板与电源正极相连，充满电后上极板带正电。 (3)i－t图像与坐标轴围成的面积表示电荷量，一小格对应的电荷量为q＝0.25 mA×1 s＝2.5×10－4 C，图中总共约14小格，所以电容器充满电的电荷量为Q＝14q＝3.5×10－3 C，电容器充满电后电压为8 V，则电容器的电容为C＝≈4.4×10－4 F。 (4)将电路中的电阻换成一阻值更大的电阻，放电电流会减小，电荷量不变，时间会延长，图像如图所示。 学科网（北京）股份有限公司 $$