1.导学案 第十章 静电场中的能量 4. 第2课时 实验：观察电容器的充、放电现象（配套word）-【满分思维】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）教师用书

该高中物理导学案围绕“实验：观察电容器的充、放电现象”展开，引导学生通过开关切换观察灯泡亮度、电流电压变化，连接电路和电源知识，为理解充放电能量转换及电容影响因素搭建学习支架。 资料突出实验探究与理论结合，通过现象记录、I-t图像分析培养科学探究和科学思维能力，创新型实验（电流传感器）提升数据处理能力，典例分层设计巩固知识，助力学生形成物理观念和科学态度。

第2课时　实验:观察电容器的充、放电现象 必备知识·实验探究 一、实验目的 1.了解电容器充电和放电现象及能量转换。 2.通过探究得出影响平行板电容器电容的因素,会应用平行板电容器的电容公式分析有关问题。 二、实验器材 6 V的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、小灯泡。 三、实验原理与设计 实验电路如图所示。当开关拨到位置“1”时,电源E对电容器充电;当开关拨到位置“2”时,电容器放电。在充电和放电过程中,利用电流表观察电路的电流大小和方向的变化,利用电压表观察电容器两极板间电压的变化,进而判断电容器两极板储存电荷量的变化。 四、实验步骤 1.按图连接好电路。 2.把单刀双掷开关S接在上面,使触点1和触点2连通,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接在下面,使触点3和触点2连通,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。 五、实验记录和数据分析 实验项目 实验现象 电容器 充电 灯泡 灯泡的亮度由明到暗最后熄灭(均选填“明”“暗”或“熄灭”) 电流表1 电流表1的读数由大到小最后为零(均选填“大”“小”或“零”) 电压表 电压表的读数由小(选填“大”或“小”)到大(选填“大”或“小”)最后稳定为某一数值 电容器 放电 灯泡 灯泡的亮度由明到暗最后熄灭(均选填“明”“暗”或“熄灭”) 电流表2 电流表2的读数由大到小最后为零(均选填“大”“小”或“零”) 电压表 电压表的读数由大(选填“大”或“小”)到小(选填“大”或“小”)最后为零 [交流讨论]一位同学用电流传感器观察电容器放电过程的变化情况得到的I-t图像如图所示,电源电压是8 V。 (1)在图中画一个竖立的狭长矩形(在图的最左边),它的面积的物理意义是什么? (2)怎样根据I-t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量?试着算一算。 提示:(1)一段时间内电路中流过的电荷量。 (2)计算图线与横轴间的面积,约为40格,Q≈3.2×10-3 C。注意:“面积”的计算:计算格子数,小于半格的舍去,大于半格的算一格。 【辨析明理】 判断下列说法的正误 (1)电流表要选用大量程的灵敏电流计。 (　　) (2)电压表和电容器正、负极不能接反,避免损坏。 (　　) (3)要选择大容量的电容器,避免充电电流超过量程。 (　　) (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。 (　　) 提示:(1)×　(2)√　(3)√　(4)× 典例精研·创新思维 类型一 教材原型实验 角度1　实验原理和实验操作 [典例1](2025·南阳高二检测)某同学为了探究电容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系,设计了如图所示的实验电路。实验操作如下: A.随后再断开开关S2,闭合S1,电压表示数再次减少一半。 B.把开关S1接1,用几节干电池串联后给A充电,可以看到A充电后两极板具有一定的电压。 C.断开开关S1,闭合开关S2,让B的两极板完全放电。 D.把开关S1接2,使另一个相同的但不带电的电容器B跟A并联,可以看到电压表示数变为原来的一半。 该同学的操作顺序应为　BDCA　。为了得到更多组实验数据,可以重复　CA　。  【解析】根据实验操作及原理可知,同学的操作顺序应为BDCA;为了得到更多组实验数据,应重复CA。 答案:BDCA　CA 角度2　实验数据处理 [典例2](2025·江门高二检测)在“观察电容器的充、放电现象”实验中,电路如图所示: (1)将开关S接通1,电容器的　上　(选填“上”或“下”)极板带正电,再将S接通2,通过电流表的电流方向向　左　(选填“左”或“右”)。  (2)若电源电动势为10 V。实验中所使用的电容器大小为3.3×10-3 F,充满电后电容器正极板所带电荷量为　3.3×10-2　C(结果保留两位有效数字)。  (3)下列关于电容器充电时,电流i与时间t的关系、所带电荷量q与两极板间的电压U的关系正确的是　A　。  【解析】(1)开关S接通1,电容器充电,根据电源的正负极可知,电容器上极板带正电;开关S接通2,电容器放电,通过电流表的电流方向向左。 (2)充满电后电容器所带电荷量为Q=CU=3.3×10-2 C。 (3)电容器充电过程中,电流逐渐减小,随着两极板电荷量增大,电流减小得越来越慢,电容器充电结束后,电流减为0,故A正确,B错误;电容是电容器本身具有的属性,根据电容的定义式C=可知,电荷量与电压成正比,所以图线应为过原点直线,故C、D错误。 答案:(1)上　左　(2)3.3×10-2　(3)A 类型二 创新型实验 [典例3](2025·温州高二检测)某同学用电流传感器观察电容器的放电过程。甲图为该实验电路图,其中电源电压恒为6 V。该同学先将开关接1为电容器充电,待电容器充满电再将开关接2,利用传感器记录电容器放电过程,得到该电容器放电过程的I-t图像如图乙。 (1)下列说法正确的是　C　。  A.电容器充电的过程中,负电荷由电源的正极移动到电容器的正极板 B.电容器充电的过程中,电路中的电流不断增大 C.电容器放电的过程中,电容器两极板间的电场强度不断变小 D.电容器放电的过程中,电路中电流不断增大 (2)根据以上数据估算,电容器在整个放电过程中释放的电荷量为　1.72×10-3　C。(结果保留三位有效数字)  (3)该同学用相同实验装置测得另一电容器放电过程中释放的电荷量Q=6.6×10-3 C,该电容器的电容为　1.1×10-3　F。(结果保留两位有效数字)  (4)如果不改变电路其他参数,只减小电阻R,充电时I-t图线与横轴所围成的面积将　不变　(选填“增大”“不变”或“减小”);充电时间将　变短　(选填“变长”“不变”或“变短”)。  【解析】(1)电容器充电的过程中,负电荷由电源的负极移动到电容器的负极板,选项A错误;电容器充电的过程中,电路中的电流不断减小,选项B错误;电容器放电的过程中,电容器所带电荷量逐渐减小,则两极板间的电场强度不断变小,选项C正确;电容器放电的过程中,电路中电流不断减小,选项D错误。 (2)因电荷量Q=It,根据I-t图像的含义,可知I-t图像与时间轴所围的面积表示整个放电过程中释放的电荷量,根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子所表示的电荷量为0.2×0.2×10-3 C=4×10-5 C,所以释放的电荷量是Q放=43×4×10-5 C=1.72×10-3 C。 (3)电容器的电容为C== F=1.1×10-3 F。 (4)根据Q=CU知Q与电阻R无关,如果不改变电路其他参数,只减小电阻R,充电时I-t图像与横轴围成的面积将不变,由于电阻对电流有阻碍作用,所以减小电阻,充电时间将变短。 答案:(1)C　(2)1.72×10-3　(3)1.1×10-3　(4)不变　变短 [创新角度] 实验器材的创新。本题利用电流传感器测量电容器的充、放电。 - 1 - 学科网（北京）股份有限公司 $