第7章 第5讲 观察电容器的充、放电现象(基础实验)（课件）-【新高考方案】2026年高考物理一轮总复习（江苏专版）

观察电容器的充、放电现象(基础实验) 第 5 讲 1 一、实验知能/系统归纳 2 二、应用发展/练中融通 CONTENTS 目录 一、实验知能/系统归纳 一、理清原理与操作 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，电容器带电荷量、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。 续表 二、掌握数据处理方法 实验项目 实验现象 电容器充电 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭 电流表A 读数由大到小最后为零 电压表V 读数由小到大最后稳定 电容器放电 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭 电流表A 读数由大到小最后为零 电压表V 读数由大到小最后为零 三、注意实验细节 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。 二、应用发展/练中融通 1.某同学用电流传感器做“观察电容器的充、放电”实验，采用的实验电路如图所示。将开关先与“1”端闭合，对电容器进行充电，充电完毕后再将开关与“2”端闭合，电容器放电。在下列通过电流传感器的电流i随时间t变化的四个图像中，正确的是 (　 ) √ 解析：充电过程中，电容器两极板间的电压逐渐增大，电源正极和电容器正极板间的电势差逐渐减小，充电电流逐渐变小，经过电流传感器的充电电流为从上到下。放电过程中，电容器两极板间的电压逐渐减小，放电电流逐渐减小，且减小得越来越慢，电容器上极板带正电，经过电流传感器的放电电流为从下到上，故图A符合要求。 2.(2025·无锡高三检测)某学习小组要测定一个电容器的电容，选用器材如下： 待测电容器;电流传感器(内阻不计);电压表;干电池(1.5 V，内阻忽略不计);定值电阻R0=3 000 Ω;单刀双掷开关;导线若干。 实验过程如下： ①按图甲所示的电路图正确连接电路; ②将开关与“1”端连接，电源向电容器充电; ③将开关与“2”端连接，测得电流随时间变化的I⁃t图像如图丙中的实线所示。 请回答下列问题： (1)充电完成时，电压表示数如图乙所示，则其大小为　　　 V。 解析：由题图乙可知，电压表的分度值为0.1 V，需要估读到分度值下一位，读数为1.50 V。　 (2)开关与“2”端连接，电压表示数将　　　 (填“逐渐变大”“逐渐变小”或“不变”)。  解析：开关与“2”端连接，电容器放电，所带的电荷量减少，根据U=可知电容器两端的电压减小。 1.50 逐渐变小 (3)电容器的电容C=　　 　 F(保留两位有效数字)。  解析：根据Q=It可知I⁃t图像所围成的面积表示电荷量，每一小格表示的电荷量为q0=0.05×10-3×2 C=1×10-4 C，不足半格的舍去，大于半格的算一格，由题图丙可知有30个小格，则电容器初始所带电荷量为Q=30q0=3×10-3 C，电容器的电容C==2.0×10-3 F。 2.0×10-3(1.9×10-3~2.1×10-3均可) (4)若将定值电阻换为R1=5 000 Ω，重复③。则电流随时间变化的I⁃t图线应该是图丁中的曲线　　　　 (选填“b”或“c”)。  解析：若将定值电阻换为R1=5 000 Ω，由I=可知，初始时放电的电流变小，根据t=可知放电时间变长，故为曲线c。 c (5)实验中开关与“1”端连接后，电流传感器的示数始终不为0，小明同学认为等待时间不够长，你是否同意他的观点?请简要说明理由：_____________________________________________________________ ______________。  解析：不同意，理由为充电结束后电流传感器依然可以测得通过电压表的电流，故读数不为0。 不同意。充电结束后电流传感器依然可以测得通过电压表的电流， 故读数不为0 3.用图甲所示的电路观察电容器的充、放电现象，请完成下列实验内容。 (1)实验时，要通过电流表指针的偏转方向来观测电路中电流的方向。因此电流表应采用图乙中的　　　　(选填“a”或“b”)。 解析：通过电流表指针的左右偏转观察电流方向，故应选择a。 a (2)依照图甲所示的电路图，将图乙的实验器材用笔画线代替导线连接成实验电路(图中已有部分连接)。 解析：实验器材连接如图所示。 (3)开关S接1后，小灯泡L　　　　(填选项前的字母)。  A.一直不亮 B.逐渐变亮，稳定后保持亮度不变 C.突然变亮，然后逐渐变暗，直到熄灭 解析：开关S接1后，电源给电容器充电，开始电流较大，随着极板带电量增多，电流逐渐减小，最后为0，所以小灯泡L突然变亮，然后逐渐变暗，直到熄灭。故选C。 C (4)开关S接1足够长时间后，再将开关S接2。开关S接2之后电压表读数　　　 (选填“逐渐增大”或“逐渐减小”)。  解析：开关S接2之后电容器放电，两极板电势差逐渐减小到0，所以电压表读数逐渐减小到0。 逐渐减小 (5)图乙中电容器的电容为　　　　μF。当电容器的电压为10 V时其带电量为　　　　C(保留两位有效数字)。  解析：题图乙中电容器的电容为3 300 μF，当电容器的电压为10 V时其带电量为Q=CU=3 300×10-6×10 C=0.033 C。 3 300 　0.033 4.小姚利用图甲电路观察电容器在充电和放电过程中电流表和电压表示数的变化。实验中电源输出的电压为8 V，图乙实物电路中已完成部分连接。 (1)用笔画线代替导线，完成剩余部分的电路连接。 解析：根据电路图，实物连线如图所示。 (2)当S连接1时，电流表示数　　　　，电压表示数　　　　 (选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”);S接1足够长时间后，电流表示数　　　　(选填“为0”或“不为0”)。当S从1断开后，电流表示数　　　　_____(选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“为0”)，电压表示数　 　　　(选填“逐渐增大”“逐渐减小”“为0”或“保持不变”)。  逐渐减小 逐渐增大 不为0 为0　 逐渐减小 解析：当S连接1时，电容器处于充电过程，随着电容器所带电荷量逐渐增加，电流表示数逐渐减小，电压表示数逐渐增大;S接1足够长时间后，由于电压表内阻不可能无穷大，则电路电流可以通过电压表构成回路，电流表示数不为0。当S从1断开后，电流表处于断路状态，电流表示数为0;电容器通过电压表放电，电容器所带电荷量逐渐减小，电容器两端电压逐渐减小，则电压表示数逐渐减小。 (3)图丙所示的电路中，K与L间接一智能电源，用以控制电容器C两端的电压UC，如果UC随时间t的变化如图丁所示，则下列描述电阻R两端电压UR随时间变化的图像中正确的是　　　 。  A 解析：根据电容定义式可得Q=CUC，由UC⁃t图像可知1~2 s内，电容器两端电压UC随时间均匀增大，则电容器电荷量随时间均匀增大，根据I1=，可知1~2 s内，电容器充电且电流恒定不变，电阻R两端电压恒定不变，根据欧姆定律可得UR1=I1R;2~3 s内，电容器两端电压UC不变，则电容器电荷量不变，电流为0，则电阻R两端电压为0;3~5 s内，电容器两端电压UC随时间均匀减小，则电容器电荷量随时间均匀减小， 根据I2==-×=-I1，可知3~5 s内，电容器放电电流恒定不变，电阻R两端电压恒定不变，根据欧姆定律可得UR2=I2R=-I1R=-UR1，A正确。 5.(2023·山东高考)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0~99 999.9 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。 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　　　端滑动(填“a”或“b”)。  解析：滑动变阻器左半部分与电容器所在电路并联，如要升高电容器的充电电压，应把滑片向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)。  解析：电压表示数为5 V+3×0.5 V=6.5 V。 b 6.5 (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I⁃t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)。  解析：由电荷量q=It可知，I⁃t图像与坐标轴围成的面积表示电荷量，小方格的个数为36个，则q=36×0.2×10-3×0.5 C=3.6×10-3 C。 3.6×10-3 (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)。  解析：由q=CU得，电容C== F=4.5×10-4 F。　 4.5×10-4 (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：电容器充电后，将开关S2掷向2，发光二极管D1处于导通状态，D2处于反向截止状态，故D1闪光。 D1 6.用图甲所示电路观察电容器的充、放电现象，现提供如下实验器材：电源E(电动势为3 V，内阻不计)、电容器C(标称电容1 000 μF)、电阻箱R(0~9 999 Ω)、微安表G(量程500 μA，内阻为2 kΩ)、单刀双掷开关S和导线若干。 (1)根据图甲电路在图乙中用笔画线代替导线将实物电路连接完整; 解析：实物电路连线如图所示。 (2)将开关S拨至位置1，电容器上极板带　　　　电(选填“正”或“负”);  解析：将开关S拨至位置1，电容器上极板与电源正极相连，故上极板带正电。 正 (3)充电完毕，将开关S拨至位置2，根据测得数据作出电路中的电流i随时间t变化的图像如图丙所示，则电阻箱接入电路的阻值为　　　　_____kΩ;  8 解析：充电完毕，将开关S拨至位置2，根据测得数据作出电路中的电流i随时间t变化的图像如题图丙所示，则电阻箱接入电路的阻值为R=-RG=Ω=8 kΩ。 (4)图丙中曲线与横轴围成的区域共有148个小格，则电容器电容的测量值为　　　　μF(结果保留3位有效数字);  解析：由q=It可知，i⁃t图线与坐标轴所围成的面积表示电荷量，即Q=148×20×10-6×1 C=2.96×10-3 C，根据电容器的电容公式可知C== F≈987 μF。 987 (5)根据图丙可作出电容器所带电荷量q随时间t变化的图像。某小组两次实验中电阻箱接入电路的阻值分别为Ra和Rb，Ra>Rb，对应的q⁃t图像为曲线a和b。则下列图像中可能正确的是　　　。  D 解析：因电容器所带电荷量最大值不随电阻R而改变，所以a、b图线的纵截距相同，A、B错误;由q=It可知，q⁃t图像斜率的绝对值表示电流大小，图像中斜率小的对应电阻大的，C错误，D正确。 $$