2.课时跟踪检测练 第十章 静电场中的能量 06 十 实验：观察电容器的充、放电现象（课件PPT）-【满分思维】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）配套课件

该高中物理课件聚焦“观察电容器的充、放电现象”实验，系统涵盖电容器额定电压、电容特性、充放电电流变化及电荷量计算等核心知识点，通过电路连接、开关切换等实验操作，引导学生从电容基本概念过渡到充放电动态过程分析，再到图像面积的物理意义理解，构建递进式学习支架。 其亮点在于融合实验探究与理论分析，通过辨析电容与电压关系巩固物理观念，利用i-t图像面积计算电荷量培养科学思维中的科学推理，设计不同电阻充放电对比实验提升科学探究能力。例如第2题用高电阻放电法通过i-t图面积求电荷量，学生能深化对电容规律的理解，教师可借助丰富例题提升教学效率。

十　实验:观察电容器的充、放电现象 (40分钟　50分) 1.(8分)在“观察电容器的充、放电现象”实验中, (1)用如图所示的电容器做实验,电容器外壳上面标着“2 200 μF,10 V”的字样, 下列说法正确的是_______。(2分)  A.电容器的击穿电压为10 V B.电压为10 V时,电容器才正常工作 C.电容器电压为5 V时,电容是2 200 μF D.电容器电压为5 V时,电容是1 100 μF 　C　 1 2 3 4 5 6 选题清单 【解析】(1)10 V是电容器的额定电压,不是电容器的击穿电压,A错误;10 V是电容器的额定电压,电压低于10 V时,电容器也能正常工作,B错误;电容与电容器所加电压无关,只与自身构造有关,可知电容器电压为5 V时,电容是2 200 μF,C正确,D错误。 1 2 3 4 5 6 选题清单 (2)把干电池E、电阻箱R、电容器C、电流表G、单刀双掷开关S按照电路 图连成实验电路,将电阻箱R调到合适阻值。 ①先使开关S接1,电源给电容器充电,观察到电流表指针偏转情况为 _______;(2分)  A.逐渐偏转到某一刻度后保持不变 B.逐渐偏转到某一刻度后迅速回到0 C.迅速偏转到某一刻度后保持不变 D.迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0 　D　 1 2 3 4 5 6 选题清单 ②电容器充电完毕,断开开关,此时电路图中电容器上极板____________(选 填“带正电”“带负电”或“不带电”);(2分)  ③然后将开关S接2,电容器放电。在放电过程中,电路中的电流大小为i,电容 器所带电荷量为Q,电容器两极板电势差为U,电容器的电容为C。关于i、Q、 U、C随时间t变化的图像正确的是_______。(2分)  　带正电　 　B　 1 2 3 4 5 6 选题清单 【解析】(2)①使开关S接1,电源给电容器充电,电路瞬间有了充电电流,随着电容器所带电荷量逐渐增大,电容器两极板间的电压逐渐增大,充电电流逐渐减小,所以此过程中观察到电流表指针迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0,D正确,A、B、C错误。 ②由电路图可知,电容器上极板与电源正极相连,故电容器充电完毕,断开开关,电容器上极板带正电。 ③放电过程中,电容与电容器所带电荷量和电容器极板间电压没有关系,可知电容器电容保持不变,D错误;放电过程中,电容器所带电荷量逐渐减小,根据电容定义式C=,可知电容器极板间电压逐渐减小,则放电电流逐渐减小,根据i=,可知Q-t图像的切线斜率绝对值逐渐减小,B正确,A、C错误。 1 2 3 4 5 6 选题清单 2.(6分)如图是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器 在充电电压为U时所带的电荷量Q,从而求出其电容C。该实验的操作步骤 如下: (1)按电路图接好实验电路; (2)接通开关S,调节电阻箱R的阻值,使微安表 的指针接近满刻度。记下这时的电压表读数U0=6.2 V和微安表读数I0= 490 μA; 1 2 3 4 5 6 选题清单 (3)断开开关S并同时开始计时,每隔5 s或10 s读一次微安表的读数i,将读数记录 在预先设计的表格中; (4)根据表格中的12组数据,以t为横坐标,i为纵坐标,在坐标纸上描点(图中用“×” 表示)。 根据以上实验结果和图像,可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带 的电荷量Q0约为___________C,从而算出该电容器的电容约为___________F。  　8×10-3　 　1.3×10-3 1 2 3 4 5 6 选题清单 【解析】按照图中的点,用平滑曲线把它们依次连接起来,得到i-t图线,如图所 示,图线和横轴所围的面积就是放出的电荷量,即原来电容器的带电荷量。每 小格相当于2.5×10-4 C,用四舍五入法数得小方格有32个,所以Q0=8×10-3 C。 再由C=,得C≈1.3×10-3 F。 1 2 3 4 5 6 选题清单 3.(8分)(2025·郑州高二检测)某实验小组设计了如图甲所示的实验电路,观察电容 器的充、放电过程,同时测量电容器的电容。电路中的电流传感器可显示电流随 时间的变化。电路图中直流电源能提供的电压U=8 V、内阻不计,K为单刀双掷 开关,R1、R2为定值电阻,C为电容器。   (1)先将K与“1”端相连,此时电容器处于__________(选填“充电”或“放电”)过程,电 路稳定后,再将K与“2”端相连。电流i随时间t变化的规律如图乙所示。(2分)  【解析】(1)K与“1”端相连,电容器两极板与电源相连,此时电容器处于充电过程。 　充电　 1 2 3 4 5 6 选题清单 (2)图乙中阴影部分的面积S1_______(选填“>” “<”或“=”)S2。(3分)  【解析】(2)图乙中阴影部分的面积S1表示充电过程中通过电流传感器的电荷 量,面积S2表示放电过程中通过电流传感器的电荷量,故S1=S2。 (3)已知图乙中阴影部分的面积S1为400 mA·s,则该电容器的电容为_________F。 (3分)  【解析】(3)充电完成后电容器所带电荷量为Q=400 mA·s=0.4 A·s=0.4 C, 电容器两极板间的电压为U=8 V,故该电容器的电容为C== F=0.05 F。 　=　 　0.05　 1 2 3 4 5 6 选题清单 4.(8分)某同学用电流传感器和电压传感器研究电容器的放电情况,按如图所示 连接电路,实验时,先将开关S与1端相连,待电路稳定后,将开关掷向2端,传感器 将信息传入计算机,屏幕上可以显示出电流、电压随时间变化的i-t图线、u-t图 线。   (1)由图可知,传感器2应为__________(选填“电流”或“电压”)传感器。(2分)  【解析】(1)传感器2与电阻R并联,应为电压传感器。 　电压　 1 2 3 4 5 6 选题清单 (2)计算机屏幕上显示的i-t图线可能为图中的_______,u-t图线可能为图中的 _______。(4分)    【解析】(2)随着电容器放电,电容器电荷量减小,由C=,可知电容器两端电 压减小,电阻R保持不变,电流传感器、电压传感器示数均减小,故i-t图线选 B,u-t图线选D。 　B　 　D　 1 2 3 4 5 6 选题清单 (3)结合屏幕显示的i-t图线、u-t图线信息,可以估算出电容器的__________和 __________________。(2分)  【解析】(3)根据i-t图线的面积可以估算出电荷量,根据电容定义式C=,可 以估算出电容。 　电容　 　储存的电荷量　 1 2 3 4 5 6 选题清单 5.(10分)(2023·新课标全国卷改编)在“观察电容器的充、放电现象”实验中,所用器 材如下:电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、电压表、电流表、秒表、 单刀双掷开关以及导线若干。 (1)某同学设计的实验电路如图(a)所示。先将电阻箱的阻值调为R1,将单刀双掷开 关S与“1”端相接,记录电流随时间的变化。电容器充电完成后,开关S再与“2”端相 接,相接后小灯泡亮度变化情况可能是_______。(选填正确答案标号)(4分)  A.迅速变亮,然后亮度趋于稳定 B.亮度逐渐增大,然后趋于稳定 C.迅速变亮,然后亮度逐渐减小至熄灭 　C　 1 2 3 4 5 6 选题清单 【解析】(1)电容器充电完成后,开始时两极板电量较多,电势差较大,当闭合“2”接入小灯泡时,回路立即形成电流,灯泡迅速变亮;随着时间的积累,两极板电量变少,电势差变小,流过灯泡的电流减小,直至两极板电荷量为零不带电,则无电流流过小灯泡即小灯泡熄灭,故选C。 1 2 3 4 5 6 选题清单 (2)将电阻箱的阻值调为R2(R2>R1),再次将开关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t变化如图(b)中曲线所示,其中实线是电阻箱阻 值为________(选填“R1”或“R2”)时的结果,曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成 后电容器上的____________(选填“电压”或“电荷量”)。(6分)  【解析】(2)开始充电时两极板不带电,两极板电势差为零,设电源内阻为r,则开始充 电时有E=I(R+r),由图(b)可知,开始充电时实线的电流较小,故电路中的电阻较大,因此 电阻箱阻值为R2;图像的物理意义为:充电过程中电流随时间的变化图线,故曲线与坐 标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的电荷量。 　R2　 　电荷量　 1 2 3 4 5 6 选题清单 6.(10分)某同学用传感器做“观察电容器的充放电”实验, 采用的实验电路如图所示。  (1)在下列图像中,表示以上电容器充电和放电过程中,通 过传感器的电流随时间变化的图像为_______,电容器的带 电量随时间变化的图像为_______。(4分)  　A　 　C　 1 2 3 4 5 6 选题清单 【解析】(1)将开关先与“1”端闭合,电容器与电源相连,进行充电。稍后再将开关与“2”端闭合。电容器放电,充电电流与放电电流方向相反,放电过程中因为极板的电荷量逐渐减小,所以电势差也逐渐减小;充电过程中因为极板的电势差逐渐增大,所以电源电动势和极板的电势逐渐接近,因此电流均逐渐变小,故传感器的电流随时间变化的图像为A。充电过程,带电量逐渐增大,且增大得越来越慢,放电过程带电量逐渐变小,减小得越来越慢,故带电量随时间变化的图像为C。 1 2 3 4 5 6 选题清单 (2)该同学用同一电路分别给两个不同的电容器充电,电容 器的电容C1<C2,充电过程中电容器极板间电压随电容器 的带电量变化的图像分别如图中①②所示,其中对应电容 为C1的充电过程图像是________(选填“①”或“②”)。请说 明你的判断依据__________。(6分)  答案:(2)见解析 【解析】(2)用同一电路分别给两个不同的电容器充电,则充电完成后,两电容器两端电压相同,根据C=,U -Q图像中图线的斜率表示电容的倒数,因为电容器的电容C1<C2,所以①对应电容为C1的电容器充电过程。 　①　 1 2 3 4 5 6 选题清单 $