第9章 实验十 观察电容器的充、放电现象(课件PPT)-【金版新学案】2027年高考物理高三总复习大一轮复习讲义（广东专版）

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充放电原理、操作规范、数据处理及误差分析等核心考点，通过典例研析明确了电容计算、图像分析等高频考查方向，归纳了教材原型与拓展创新两类常考题型。 课件亮点在于“真题演练+实验素养提升”的备考设计，如结合2023新课标卷真题训练I-t图像面积意义分析，通过数方格法处理数据培养科学思维，强调误差分析与注意事项渗透科学探究能力。助力学生掌握电容计算技巧，教师可依托系统考点梳理实现高效复习教学。

实验十　观察电容器的充、放电现象 高三一轮复习讲义 广东专版 第九章 静电场 课时测评 内容索引 实验梳理 典例研析 实验梳理 返回 原理装置 操作要求   如图甲，电容器与电源相连，形成充电电流，随着极板电荷量的增加，充电电流减小。 如图乙，电容器的正、负电荷中和，形成放电电流，随着极板电荷量的减少，放电电流减小 1.连电路，按原理图连接器材。 2.单刀双掷开关S接1，观察充电现象。 3.单刀双掷开关S接2，观察放电现象。 4.关闭电源，整理器材 数据处理 1.观察电流表示数变化，总结电容器充、放电过程电流的变化规律。 2.可将电流表换成电流传感器，由计算机绘制充、放电的I -t图像，由图像计算充、放电过程通过电流传感器的电荷量。 方法：先算出一个小方格代表的电荷量，然后数出整个图像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)。电容器充电或放电过程中电荷量为一个小方格代表的电荷量乘以方格数。 3.电容器两极板之间的电压等于电源电动势，由电容的定义式C＝估算出电容器的电容C 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.做放电实验时，在电路中串联一个电阻，避免烧坏电流表 误差分析 1.电流测量和读数不准确带来误差。 2.利用I -t图像进行数据处理时也会造成误差 返回 典例研析 返回 (2026·广东茂名第一中学月考)电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛。某实验小组用如图甲所示的电路研究电容器充、放电情况及电容大小，他们用电流传感器和计算机测出电路中电流随时间变化的曲线。 实验时，根据图甲所示的电路原理图连接好电路，t＝0时刻把开关K掷向1端，电容器充电完毕后，再把开关K掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的I­t图像如图乙所示。 例1 类型一　教材原型实验 (1)电容器放电时，流过电阻R的电流方向为____________(选填“由a到b”或“由b到a”)。 由a到b　 电容器充电时上极板接电源正极，故上极板带正电荷，放电时上极板正电荷通过电阻流向下极板，故流过电阻R的电流方向为由a到b。 (2)图乙中阴影部分的面积S1________(选填“>”“<”或“＝”)S2。 ＝ 根据电流的定义式I＝可得q＝It，题图乙中阴影部分的面积等于充、放电的电荷量，而充、放电的电荷量相等，故S1＝S2。 (3)如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，放电时间将________(选填“变长”“不变”或“变短”)。 变短 根据电流的定义式I＝可得t＝，如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，则放电电流将增大，由上式可知放电时间将变短。 (4)图丙为电压恒为8 V的电源给电容器充电时作出的电流随时间变化的I­t图像，电容器充电完毕后的电荷量为__________C，电容器的电容为C＝_________F。(计算结果均保留2位有效数字) 8.0×10-3 1.0×10-3 根据I­t图像的面积表示电容器充电完毕后的电荷量，由题图丙知，每小格代表的电荷量为q＝It＝ C＝2.5×10-4C，数出图线包围的格数，满半格或超过半格的算一格，不满半格的舍去，数得格数为32格，则电容器充电完毕后的电荷量为Q＝32×2.5×10-4C＝8.0×10-3C，根据电容的定义知，电容器的电容为C＝F＝1.0×10-3 F。 (2026·重庆万州区模拟)某兴趣小组欲探究电容放电过程中电荷量与电压的关系。实验电路如图甲所示，电源电动势E＝3 V，定值电阻R＝ 800 Ω。先将开关K拨至1，稳定后再将K拨至2，电流表测得放电电流I随时间t的图像如图乙所示。 (1)结合图乙可以求出电流表内阻r＝__________Ω(保留至小数点后1位)。 例2 137.5 充满电时电容器两端电压为3 V，放电开始瞬间由题图乙可得电流为 3.2 mA，根据闭合电路的欧姆定律有E＝I0(R＋r) 代入数据解得r＝－R＝ Ω－800 Ω＝137.5 Ω。 (2)若t时刻电流为i，将该实验测得的放电曲线围成的面积按照图丙所示方式分成两块，面积分别为S1和S2，则t时刻电容器的电压U＝___________，电荷量Q＝_______。(用题中所给字母表示) i S2 题图丙中t时刻电容器板间电压等于外部放电电路中电阻两端的电压，U＝i 根据I -t图像中，图线与横轴围成的面积表示电荷量，可知从t到放电结束那部分面积S2就是电容器尚未释放的电荷量，即电容器在t时刻的电荷量。 (3)结合图乙，t＝1.6 s时表格中缺失的数据为U＝______V，Q＝_______× 10－3 C(以上两空保留至小数点后2位)，在图丁中标出缺失的数据点并画出Q与U的关系图线，由此可得出的实验结论是：_______________________ ____________________。 时刻t/s 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 电荷量Q/ (×10－3 C) 3.60 2.52 1.76 1.24   0.60 0.40 0.24 电压U/V 3.00 2.12 1.50 1.06   0.53 0.38 0.27 0.75 0.80 同一电容器在放电过程中 答案：见解析图 电荷量与电压成正比 题图乙中t＝1.6 s时电流为I＝0.8 mA，由欧姆定律可得电压U＝I(R＋r)＝0.8×10－3×(800＋137.5) V＝0.75 V 题图乙中从t＝1.6 s到电流为零的过程中I -t图像与横轴围成的面积表示电荷量，即Q＝20×0.2×10－3×0.2 C＝0.80×10－3 C 描点作图如图所示 由于Q -U图像是一条过原点的直线，故可得出同一电容器在放电过程中电荷量与电压成正比。 某同学在实验室发现一个电压标称为10 V、电容标称模糊的电容器，现他找了以下器材来测该电容器的电容值。 蓄电池：20 V，内阻可不计 电压表：12 V， 内阻很大 定值电阻有三个：10 Ω；50 Ω；100 Ω 滑动变阻器：标称为“30 V　50 Ω” 一个单刀单掷开关：S1 一个单刀双掷开关：S2 一台数字电流计：可接电子显示屏，显示电流随时间的变化过程 例3 类型二　拓展创新实验 实验操作步骤如下： (1)该同学按图1所示电路图进行组装电路，则定值电阻R1阻值应选___Ω。 50 根据题意可知蓄电池电压为20 V，电容器电压标称为10 V，根据串联电阻分压关系可知定值电阻R1的阻值应选50 Ω。 (2)他先闭合开关S1，S2掷于__________，调节滑动变阻器R2，稳定后读出电压表读数为4 V。然后，他把S2掷于____________，在电子显示屏上得到如图2中的甲曲线。(均选填“a端”或“b端”) b端 a端 他先闭合开关S1，S2掷于b端，调节滑动变阻器R2，稳定后读出电压表读数为4 V，电容器充电；然后，他把S2掷于a端，电容器放电。 (3)利用单位面积法算得I -t图中甲曲线和两坐标轴所围的面积为0.04 mA·s，已知电容器放电时其内阻可以忽略不计，则电容器的电容为C＝_______ F。 (保留1位有效数字) 1×10－5 根据I -t图线与横轴所围的面积表示电荷量，则C＝＝ F＝1×10－5 F。 (4)接着，他以同样的操作步骤，重新调节滑动变阻器R2，在电子显示屏上得到如图2中的乙曲线，则稳定时电压表读数为__________ V。(保留2位有效数字) 7.2 由题图2中的乙曲线可知调节滑动变阻器R2的阻值后，电容释放的电荷量为Q'＝72×0.02×10－3×0.05＝7.2×10－5 C，稳定时电压表读数即为电容器两端的电压U'＝＝ V＝7.2 V。 (2026·广东汕头一模)收音机中可变电容器作为调谐电台使用。如图甲为空气介质可变电容器的结构，它是利用正对面积的变化改变电容器的电容大小，某同学想要研究这种电容器充、放电的特性，于是将其接到如图乙所示的实验电路中，实验开始时电容器不带电。 (1)首先将开关S打向1，这时观察到灵敏电流表G有短暂的示数，稳定后，旋转旋钮，使电容器正对面积迅速变大，从开始到最终稳定，灵敏电流表示数随时间变化的图像可能是________。 例4 A 电容器充电时，刚开始电流比较大，充电结束后，电流为0。由电容的决定式C＝可知，电容器正对面积迅速变大，则电容迅速增大，又由Q＝CU，可得电容器的电荷量Q增加，故电容器再次充电，充电结束后电流为0。故选A。 (2)充电稳定后，断开单刀双掷开关，用电压表接在电容器两端测量电压，发现读数缓慢减小，原因是____________________________________________。 电压表并非理想电压表，电容器通过电压表放电　 用电压表接在电容器两端测量电压，发现读数缓慢减小，说明电容器在缓慢放电，电路中有电流，电压表不是理想电压表。 (3)该同学做完实验，得到电容器的电容后，突然想起他用的是一节旧电池(电动势不变，内阻不可忽略)，他想要得到尽量精确的电容值，________(选填“需要”或“不需要”)重新换一节新电池来测量。 不需要 本实验测量电容的原理是C＝，电容器的电荷量Q＝It，可由步骤(1)所得的I ­t图线与横轴围成的面积求得；充电后两极板之间的电压则由步骤(2)中的电压表测得。给电容器充电时由于使用了旧电池，导致充电时电流较小，但最终充电的时间会稍长一点，当充电电流等于0的时候，电容器两端电压仍然等于电源电动势，所以电容器最终所带电荷量不变，不影响测量结果，所以不需要更换新电池。 课 时 测 评 返回 1.(10分)(2023·新课标卷·T22)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、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。 (1)用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时，红表笔应该与电池的__________(选填“正极”或“负极”)接触。 正极 多用电表使用时，电流应从红表笔流入多用电表，故检测时红表笔应该与电池的正极接触。 2 3 4 5 1 (2)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_____。(填正确答案标号) 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 2 3 4 5 1 电容器充电完成后，开始时两极板电荷量较多，电势差较大，当S与“2”端相接时，回路立即形成电流，小灯泡迅速变亮；随着时间的累积，两极板电荷量变少，电势差变小，流过灯泡的电流减小，小灯泡亮度逐渐减小，直至两极板电荷量为零，无电流流过小灯泡，即小灯泡熄灭。故选C。 2 3 4 5 1 (3)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”)。 R2 电荷量 2 3 4 5 1 开始充电时两极板不带电，两极板电势差为零，由题图(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； 根据电流的定义式I＝可知q＝It，故I -t图像中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。 2 3 4 5 1 2.(10分)(2024·广西卷·T12)某同学为探究电容器充、放电过程，设计了图甲实验电路。器材如下：电容器，电源E(电动势6 V，内阻不计)，电阻R1＝400.0 Ω，电阻R2＝200.0 Ω，电流传感器，开关S1、S2，导线若干。实验步骤如下： (1)断开S1、S2，将电流传感器正极与a节点相连，其数据采样频率为 5 000 Hz，则采样周期为_______________s。 2×10－4(或) 采样周期为T＝＝ s＝2×10－4 s。 2 3 4 5 1 (2)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曲线如图乙，由图乙可知开关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)。 15.0 由题图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0 mA。 2 3 4 5 1 (3)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的电压为__________V。 2 放电结束后电容器两极板间电压等于R2两端电压，根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为UC＝·R2＝2 V。 2 3 4 5 1 (4)实验得到放电过程的I -t曲线如图丙，I -t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.018 8 C，则电容器的电容C为__________ μF。图丙中I -t曲线与横坐标、直线t＝1 s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.003 8 C，则t＝1 s时电容器两极板间电压为__________V。(结果保留2位有效数字) 4.7×103 2.8 2 3 4 5 1 充电结束后电容器两端电压为UC'＝E＝6 V，故可得ΔQ＝C＝0.018 8 C 解得C＝4.7×103 μF 设t＝1 s时电容器两极板间电压为UC″，可得C＝0.003 8 C 代入数值解得UC″≈2.8 V。 2 3 4 5 1 3.(10分)(2026·山东青岛期末)在“观察电容器的充、放电现象”实验中，实验器材有：电池(内阻不计)、电容器、电阻箱、定值电阻、电压传感器、电流表、电压表、单刀双掷开关以及导线若干，实验原理图如图甲所示。 (1)先将单刀双掷开关S与“1”端相接，调节电阻箱R的阻值，使电流表的指针满偏，记下这时电流表的示数I0＝500 μA、电压表的示数U0＝6.0 V，此时电阻箱R的阻值为9.5 kΩ，则电流表的内阻为_________kΩ。 2.5 电流表的内阻为RA＝－R 解得RA＝2.5 kΩ。 2 3 4 5 1 (2)再将单刀双掷开关S与“2”端相接，通过电阻R0的电流_________(选填“从a到b”或“从b到a”)。从开关S与“2”端相接瞬间开始计时，利用电压传感器和数据处理软件得到U -t图像如图乙所示，已知图线与坐标轴 围成的面积为S0。根据该图像可以粗测出实验中电容器的电容C＝_______ (用题中已知物理量Um、R0和S0表示)。 从a到b 　 2 3 4 5 1 电容器充电时上极板带正电，将单刀双掷开关S与“2”端相接，通过电阻R0的电流从a到b。 电容器放电时的i -t图线与坐标轴围成的面积表示电容器放电的电荷量，结合题意可知Q＝ 电容器的电容为C＝＝。 2 3 4 5 1 (3)若换用另一个电介质相同、极板间距相等、极板正对面积较小的电容器进行实验，则得到的U -t图像中图线与坐标轴所围成的面积将_______(选填“变大”“变小”或“不变”)。 变小 2 3 4 5 1 由C＝，可知换用另一个电介质相同、极板间距相等、极板正对面积较小的电容器，则电容减小，由C＝，电容器充电后电压不变，可知电容器所带电荷量减小，所以得到的U -t图像中图线与坐标轴所围成的面积将变小。 2 3 4 5 1 4.(10分)(2026·辽宁部分学校联考)在“用传感器观察电容器的充、放电过程”实验中，按图甲所示连接电路。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2。实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。电源内阻可忽略。 2 3 4 5 1 (1)开关S改接2后，电容器进行的是________(选填“充电”或“放电”)过程。此过程得到的I -t图像如图乙所示。如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的I -t曲线与坐标轴所围成的面积将________(选填“增大”“不变”或“减小”)。 放电 不变 2 3 4 5 1 开关S改接2后，电容器进行的是放电过程。只减小电阻R的阻值，不改变电容的电荷量，则此过程电容放出的电荷量不变，则I -t曲线与坐标轴所围成的面积不变。 2 3 4 5 1 (2)若R＝500 Ω，结合放电过程获取的I -t图像，则加在电容器两极板的最大电压约为__________ V。 1.2 若R＝500 Ω，由题图乙可知，放电过程的最大电流为2.4 mA，则加在电容器两极板的最大电压约为U＝IR＝1.2 V。 2 3 4 5 1 (3)改变电路中某一元件的参数对同一电容器进行两次充电，两次充电对应的电容器电荷量Q随时间t变化的图像分别如图丙中a、b所示。根据图像分析：a、b两条曲线不同是__________(选填“R”或“E”)不同造成的。 E a、b两条曲线分别趋近于不同最大值，则电容器所带的最大电荷量不同，根据Q＝CU可知，两次不同是电源的电动势E不同造成的。 2 3 4 5 1 (4)电容器充电过程实际是克服极板上电荷的静电力做功，使电势能增加的过程(即极板间储存电场能的过程)，若某次充电过程的两极板间电压U与电荷量Q的关系图像如图丁所示，请类比v -t图像求位移的方法，计算该充 电过程电容器储存的电场能为______________(用U0、Q0表示)。 U0Q0 该充电过程电容器储存的电场能等于U -Q图像与Q轴围成的“面积”，大小为U0Q0。 2 3 4 5 1 5.(10分)在测定电容器电容值的实验中将电容器、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端相连，电源向电容器充电，充电完毕后把开关S掷向2端，电容器放电，直至放电完毕。实验得到的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”。 2 3 4 5 1 (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“增加”或“减小”)。 相反 减小 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；电压都随时间减小，说明电流都随时间减小。 2 3 4 5 1 (2)该电容器的电容值为__________F(结果保留2位有效数字)。 1.0×10－2 根据欧姆定律I＝，u -t图像与图线t＝0所围的面积表示Ut，可知图像与图线t＝0所围的面积与R的比值表示电荷量。故极板所带的最大电荷量Q＝ C＝0.060 9 C，该电容器的电容值C＝＝ F≈1.0×10－2 F。 2 3 4 5 1 (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值。请你分析并说明该同学的说法是否正确。 　　　　　 　. 　　　 　　　. 　　　　　 　. 　　　 　　　. 正确， 该同学的说法正确。因为当开关S与2端连接，电容器放电的过程中，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 ＝计算电容值。 返回 处理后记录的“峰值U”及曲线与时间轴所围“面积S”，仍可应用C＝ 2 3 4 5 1 谢 谢 观 看 实验十　观察电容器的充、放电现象 $