9.5　实验10：观察电容器的充、放电现象 课件 -2027届高三物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“观察电容器的充、放电现象”实验专题，依据高考评价体系梳理了实验原理、操作步骤、数据处理及注意事项等核心考点，通过分析近三年模拟题与真题，明确教材原型实验、数据处理、创新改进为高频考查方向，归纳出I-t图像面积计算电荷量、电容定义式应用等常考题型，体现备考的针对性与实用性。 课件亮点在于“真题解析+素养培养+应试指导”的融合，如以2023山东卷、2025大庆模拟题为例，深入讲解图像面积估算电荷量、电容计算的科学推理方法，培养学生模型建构与科学探究素养。特设易错点警示（如电流表量程选择、干燥环境要求），帮助学生掌握得分技巧，教师可据此系统组织复习，提升学生高考冲刺效率。

第5讲　实验10:观察电容器的充、放电现象 强基础·教考衔接 1.实验原理 (1)电容器的充电过程 如图所示,当开关S接1时,电容器接通电源, 在静电力的作用下自由电子从正极板经过 电源向负极板移动,正极板因　　　　电子 而带　　　　电,负极板因　　　　电子而 带　　　　电。正、负极板带　　　　的 正、负电荷,电荷在移动的过程中形成电流。 在充电开始时电流比较　　　　(选填“大”或“小”),以后随着极板上电荷的增多,电流逐渐　　　　(选填“增大”或“减小”),当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止定向移动,电流I=0。 失去 正 获得 负 等量 大 减小 (2)电容器的放电过程 如图所示,当开关S接2时,相当于将电容器的两极板直接用导线连接起来,电容器正、负极板上电荷发生　　　　,在电子移动过程中,形成电流。 放电开始电流较　　　　(选填“大”或“小”),随着两极板上电荷的减少,电路中的电流逐渐　　　　(选填“增大”或“减小”),两极板间的电压也逐渐减小到零。 中和 大 减小 2.实验步骤 (1)按图连接好电路。 (2)将单刀双掷开关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。 3.实验数据处理 (1)在I-t图像中,图线与时间轴围成的面积表示电荷量的变化,故整个图线与横轴所围的面积就是整个充电或放电过程通过灵敏电流表的电荷量,也等于电容器的充电或放电电荷量。 (2)估算电容器的充电或放电电荷量的方法:先算出一个小方格代表的电荷量,然后数出整个图线与横轴所围的面积中的方格数(大于半格的按一个方格计算,小于半格的舍弃)。电容器的充电或放电电荷量等于一个小方格代表的电荷量乘以方格数。 4.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)实验过程中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,避免烧坏电流表。 研考点·精准突破 考点一　教材原型实验 考向一　实验原理与操作 典题1 (2025黑龙江大庆模拟)某实验小组探究电容器充、放电现象。实验器材如下:电容器,电源E(电动势6 V,内阻不计),电阻箱R,定值电阻R1=400.0 Ω,定值电阻R2=200.0 Ω,电流表G,电流传感器,单刀双掷开关S,单刀单掷开关S1、S2,导线若干。 (1)小组某同学设计了如图甲所示的电路,请用笔画线代替导线将图乙实物图连接完整。 (2)另一名同学设计了如图丙所示的电路。 实验步骤如下: ①闭合S1,电容器开始充电,直至充电结束,得到充电过程的I-t图像如图丁所示,由图丁可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为　　　　 mA(结果保留3位有效数字);  ②保持S1闭合,再闭合S2,电容器开始放电,直至放电结束,则放电结束后电容器两极板间电压为　　　　 V;  15.0 2.0 ③实验得到放电过程的I-t图像如图戊所示,I-t图像与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.018 0 C,则电容器的电容C为　　　　 μF(结果保留2位有效数字)。 4.5×103 解析 (1)题图乙实物图连接完整,如图所示。 (2)①由题图丁可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0 mA。 ②放电结束后,电容器两极板之间的电压等于电阻R2两端的电压,根据闭合电路的欧姆定律得I= A=0.01 A,电容器两极板之间的电压UC=UR2=IR2=0.01×200.0 V=2.0 V。 ③充电结束后,电容器两极板之间的电压UC'=E=6 V,根据电容器的定义式C= F=4.5×103 μF。 考向二　数据处理 典题2 (2026湖南高三检测)某实验小组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、电阻箱R、电流表G、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。 甲 乙 (2)图丙是给电容器充电过程作出的电流随时间变化的i-t图像,则电容器充电完毕后的电荷量为　　 　　 C,电容器的电容为　　　　　　 F(计算结果均保留2位有效数字)。 丙 8.0×10-3 2.7×10-3 解析 (1)根据电路图将题图乙中的实物电路连接完整,如图所示。 (2)根据i-t图像的面积表示电容器充电完毕后的电荷量,由题图丙可知,每小格代表的电荷量为q1=It=×10-3× C=2.5×10-4 C,数出图线与坐标轴包围的格数,满半格或超过半格的算一格,不满半格的舍去,数得格数为n=32,则电容器充电完毕后的电荷量为Q=32q1=8.0×10-3 C,根据电容的定义知,电容器的电容为C= F=2.7×10-3 F。 考点二　实验的改进与创新 考向一　实验思路创新 典题3 (2023山东卷)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0~15 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。 甲 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　　(选填“a”或“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)。 乙 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)。 (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)。 (5)电容器充电后,将开关S2掷向2,发光二极管　　　　　　(选填“D1”或“D2”)闪光。 3.9×10-3 4.9×10-4 D1 解析 (1)按照题图甲连接电路,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b端滑动。 (2)根据读数规则,电压表的示数为6.5 V。 (3)图像和坐标轴所围格数为39,故电容器存储的电荷量为Q=39×0.2× 10-3×0.5 C=3.9×10-3 C。 (4)根据电容的定义式可得,C==4.9×10-4 F。 (5)电容器充电后,将开关S2掷向2,电容器放电,电容器左侧带正电,根据二极管单向导电性,发光二极管D1发光。 考向二　实验器材创新 典题4 (2025山东菏泽高三月考)在测定电容器的电容的实验中将电容器、电压传感器、阻值为3 kΩ的电阻R、电源、单刀双掷开关按图甲所示电路图进行连接。先使开关S与1相连,电容器充电,充电完毕后把开关S与2相连,电容器放电,直至放电完毕。实验得到与电压传感器相连接的计算机所记录的电压随时间变化的u-t曲线,如图乙所示,图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录的“峰值”及曲线与时间轴所围的“面积”。 (1)根据图甲所示的电路,观察图乙可知:充电电流与放电电流方向　　 (选填“相同”或“相反”),大小都随时间　　　　(选填“增大”或“减小”)。 (2)该电容器的电容为　　 　　 F(结果保留2位有效数字)。 (3)某同学认为:仍利用上述装置,将电压传感器从电阻两端改接在电容器的两端,也可以测出电容器的电容。请分析并说明该同学的说法是否正确。 相反 减小 1.0×10-2 该同学的说法正确。因为当开关S与2相连,电容器放电,电容器C与电阻R上的电压大小相等,因此通过对放电曲线进行数据处理后记录的“峰值Um”及曲线与时间轴所围“面积S”,仍可应用C=计算电容值。 解析 (1)由题图甲、乙可知,充电和放电时R两端的电势相反,说明流过R的电流方向相反;电压均随时间减小,说明电流均随时间减小。 (2)根据欧姆定律I=,U-t曲线与t轴所围“面积”表示Ut,则“面积”与R的比值表示电荷量,故电容器所带最大电荷量Q= C=0.060 9 C,该电容器的电容C= F=1.0×10-2 F。 $