4.电容器的电容 第2课时 实验：观察电容器的充、放电现象-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

本高中物理讲义聚焦“实验：观察电容器的充、放电现象”核心知识点，从充放电过程中电荷量、电压、电场强度的变化原理入手，通过实验器材选择、操作步骤及数据记录分析，构建从原理探究到实验验证再到电容概念理解的学习支架。 资料以科学探究为主线，设计活动引导学生观察电流电压变化，通过I-t图像面积分析电荷量，培养科学思维中的科学推理与模型建构能力。课中辅助教师实验教学，课后通过原型及拓展实验练习，助力学生巩固知识、查漏补缺。

第2课时　实验：观察电容器的充、放电现象 【素养目标】　1．熟知实验原理和实验过程。2．通过实验观察电容器在充、放电过程中电流和电压的变化，分析电荷量变化及能量转化情况。3．通过实验探究电容器两极板间电势差与所带电荷量的关系，理解电容的概念。 【原理探究】 活动1．充电过程：利用如图甲所示电路对电容器充电。充电过程中，电容器所带电荷量如何变化？两极板间电压如何变化？两极板间电场强度如何变化？ 活动2．放电过程：利用如图乙所示电路图对电容器放电。放电过程中，电容器所带电荷量如何变化？两极板间电压如何变化？两极板间电场强度如何变化？ 活动3．做观察电容器的充、放电现象的实验需要用到哪些实验器材？ 提示：活动1．电容器所带电荷量增加；电容器两极板间电压升高；电容器两极板间电场强度增大。 活动2．电容器所带电荷量减少；电容器两极板间电压降低；电容器两极板间电场强度减小。 活动3．直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、定值电阻及导线若干。 【实验过程】 一、进行实验 1．按电路图连接好电路。 学生用书第47页 2．把单刀双掷开关S接1，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中。 3．将单刀双掷开关S接2，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中。 4．记录好实验结果，关闭电源。 二、数据记录与分析 实验项目 实验现象 电容 器充电　 电流 方向：由电源的正极流向电容器的正极板 大小：由某一数值逐渐减小至0 电压 增大，最后稳定到某一数值 电容 器放电　 电流 方向：由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板 大小：由某一数值逐渐减小至0 电压 减小，最后为0 【注意事项】 1．电流表要选用小量程的灵敏电流表。 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，在电路中串联一个定值电阻，以免烧坏灵敏电流表。 一　教材原型实验 (2025·黑龙江大庆一中期末)某同学用图甲所示的电路研究电容器的充、放电过程。 (1)当开关S接“1”达到稳定后，电容器上极板带______(选填“正”或“负”)电。 (2)开关S接“2”前，将电流传感器串联在左侧电路中，接着将开关S接“2”，与电流传感器连接的计算机描绘出电路中的电流I随时间t变化的I-t图像如图乙所示，通过分析可知，图中图像与横轴围成的面积表示的物理量是________(已知流过电路的电荷量与电流之间满足Q＝It)。不改变电路其他参数，只增大电阻R的阻值，则此过程的I-t图像与横轴围成的面积将________(选填“减小”“不变”或“增大”)。 (3)已知电源电压为3 V，通过数格子的方法测得I-t图像与横轴围成的面积为2.8 mA·s，则电容器的电容C＝________F(结果保留2位有效数字)。 答案：(1)正　(2)电荷量　不变　(3)9.3×10-4 解析：(1)当开关S接“1”后，电源给电容器充电，根据充电电流方向可知，电容器上极板带正电，下极板带负电。 (2)当开关S接“2”，电容器进行放电，I-t图像与横轴围成的面积表示的物理量是电荷量；只增大电阻R的阻值，只是使得放电过程变慢，而放电的电荷量不变，则I-t图像与横轴围成的面积将不变。 (3)根据电容的定义式可得C＝ F≈9.3×10-4 F。 针对练1．(2025·湖南郴州期末)用电流传感器和计算机可以准确地描绘电流随时间变化的曲线，现用如图(a)所示的电路粗略测量电容器的电容。实验时，电阻箱的阻值调至890 Ω，先把开关拨至1，当电容器充电完毕后，再把开关拨至2，计算机记录电流随时间变化的图像如图(b)所示。不计电流传感器的电阻，且已知流过电路的电荷量与电流之间满足Q＝It，下列说法正确的是(　　) A．电容器充电完毕时所带电荷量约为8×10-3 C B．电容器的电容约为2×10-3 F C．若把电阻箱的阻值调至1 000 Ω再次做实验，则I-t图线下的面积减小 D．若把电阻箱的阻值调至1 000 Ω再次做实验，则电容器放电的时间增加 答案：D 解析：由题意可知，I-t图像中图像与横轴所围几何图形的面积表示电荷量，则电容器充电完毕时所带电荷量q≈16×0.5×0.5×10-3 C＝4×10-3 C，故A错误；根据题图(b)可知，电流的最大值Imax≈4.5×10-3 A，此时电容器刚刚开始放电，极板之间的电压Umax＝ImaxR≈4 V，则电容器的电容C＝1.0×10-3 F，故B错误；I-t图线下的总面积表示电容器所带电荷量，若把电阻箱的阻值调至1 000 Ω再次做实验，由于电容器所带电荷量一定，则I-t图线下的总面积不变，故C错误；若把电阻箱的阻值调至1 000 Ω再次做实验，由于电阻增大，电容器极板之间的最大电压一定，则通过回路的电流的最大值减小，由于I-t图线下的总面积不变，则电容器放电的时间增加，故D正确。故选D。 学生用书第48页 针对练2．(2025·北京朝阳区期末)用如图甲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、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关S、导线若干。电表均视为理想电表。 (1)先将开关S接1，电压表示数增大，最后稳定在13.02 V。在此过程中，电流表的示数________。(填选项前的字母) A．先迅速增大后逐渐减小到零 B．先迅速增大后稳定在某一非零数值 (2)然后断开开关S，将电流表更换成电流传感器，t＝0时将开关S接2，此时通过定值电阻R的电流方向为________(选填“a→b”或“b→a”)，通过传感器将电流信息输入计算机，画出电流随时间变化的I-t图像如图乙所示，t＝2 s时电流约为21.0 mA。根据上述信息可得电阻R的阻值为________ Ω，已知流过电路的电荷量与电流之间满足Q＝It，则图乙中I-t图线与坐标轴所围阴影区域M和非阴影区域N面积的比值为________。 答案：(1)A　(2)a→b　310　1 解析：(1)电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从0增大某一最大值，然后随着电容器的不断充电，电路中的充电电流减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于开路，电流为0。故选A。 (2)根据题图甲可知充电结束后电容器上极板带正电，将S接2，电容器放电，此时通过定值电阻R的电流方向为a→b；电容器开始放电前两端电压为U1＝I1R＝42.0×10-3×R＝13.02 V，解得R＝310 Ω，t＝2 s时I2＝21.0 mA，可知此时电容器两端的电压为U2＝I2R，则，根据I-t图线与坐标轴所围的面积表示电容器释放的电荷量可得，0～2 s内电容器释放的电荷量为Q1＝ΔU·C＝C，2 s到放电结束电容器释放的电荷量为Q2＝ΔU′·C＝U2C，又，所以I-t图线与坐标轴所围阴影区域M和非阴影区域N面积的比值为＝1。 二　拓展创新实验 (2025·山东菏泽期末)电流传感器不仅可以和电流表一样测电流，而且还具有反应快、能捕捉到瞬间电流变化等优点。某学习小组用传感器观察电容器的充、放电现象并测量该电容器的电容。实验操作如下： ①小组成员按照图甲所示的电路进行实物连接； ②先将开关S拨至1端，电源向电容器充电，电压传感器记录这一过程中电压随时间变化的ut图线，如图乙所示； ③然后将开关S拨至2端，电容器放电，电流传感器记录这一过程中电流随时间变化的I-t图线，如图丙所示。 (1)电容器放电时，流过电阻R的电流方向为______(选填“a→b”或“b→a”)。 (2)已知I-t图线与横轴所围成的面积表示电荷量，若图丙中I-t图线与t轴所围的小格数为57个，则该电容器充电完毕后所带的电荷量为__________ C，电容大小为__________ F。(结果均保留3位有效数字，且已知流过电路的电荷量与电流之间满足Q＝It) 【破题 “三步曲”】 答案：(1)b→a　(2)1.14×10-5　2.28×10-6 解析：(1)电容器上极板带正电，则放电时，流过电阻R的电流方向为b→a。 (2)该电容器充电完毕后所带的电荷量为Q＝0.01×0.2×10-4×57 C＝1.14×10-5 C，电容大小为C＝ F＝2.28×10-6 F。 学生用书第49页 针对练．(2025·山东聊城期末)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。 (1)先使开关S与1端相连，电源对电容器充电，则电容器上极板带________(选填“正”或“负”)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曲线，如图乙所示。根据图像估算电容器释放的电荷量为__________ C，则电容器的电容为__________ F。(计算结果均保留2位有效数字，且已知流过电路的电荷量与电流之间满足Q＝It) 答案：(1)正　(2)3.5×10-3　4.4×10-4 解析：(1)先使开关S与1端相连，电源对电容器充电，电容器上极板带正电。 (2)根据图像估算电容器释放的电荷量为Q＝14×0.25×10-3×1 C＝3.5×10-3 C，则电容器的电容为C＝ F≈4.4×10-4 F。 学科网（北京）股份有限公司 $