第25讲 观察电容器的充、放电现象 电容器的动态分析 讲义 -2027届高三物理一轮复习

该高中物理讲义聚焦电容器的充放电现象及动态分析高考核心考点，以电容定义、平行板电容器决定因素为基础，通过实验观察充放电过程现象，结合两类动态问题（U不变与Q不变）构建知识体系，通过知识梳理、实验探究、典例精讲环节帮助学生突破难点，体现复习的系统性和针对性。 资料突出实验与理论融合的教学创新，如充放电实验中引导学生观察电流电压变化培养科学探究能力，动态分析中对比两类问题构建模型提升科学思维。典例覆盖选择、填空题型，配合分层训练，确保学生高效掌握考点，为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供有力支持。

第25讲 观察电容器的充、放电现象 电容器的动态分析 讲义 知识梳理： 一、电容器　电容 1．电容器 (1)组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。 (2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值。 (3)电容器的充、放电 ①充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的_异种电荷，电容器中储存电场能。 ②放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能。 2．电容 (1)意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。 (2)定义式：C＝＝。 (3)单位：法拉(F)，1 F＝106 μF＝1012pF。 (4)意义：表示电容器 容纳电荷　本领的高低。 (5)决定因素：由电容器本身物理条件(大小、形状、极板相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及电压 无关　。 3．平行板电容器 (1)影响因素：平行板电容器的电容与两极板的正对面积成正比，与电介质的_相对介电常数成正比，与两极间的距离成反比。 (2)决定式：C＝，k为静电力常量。 二.观察电容器的充、放电现象 实验原理 1．电容器的充电过程 把开关S接1，此时电源给电容器充电。在充电过程中，可以看到电压表示数迅速增大，随后逐渐稳定在某一数值，表示电容器两极板具有一定的电势差。通过观察电流表可以知道，充电时电流由电源的正极流向电容器的正极板。同时，电流从电容器的负极板流向电源的负极。随着两极板之间电势差的增大，充电电流逐渐减小至0，此时电容器两极板带有一定的等量异种电荷。即使断开电源，两极板上的电荷由于相互吸引而仍然被保存在电容器中。充电过程中，两极板的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中。 2．电容器的放电过程 把开关S接2，电容器对电阻R放电。观察电流表可以知道，放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板，正负电荷中和。此时两极板所带的电荷量减小，电势差减小，放电电流也减小，最后两极板电势差以及放电电流都等于0。放电过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。 实验步骤 1．按图连接好电路。 2．把单刀双掷开关S打在上面，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打在下面，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。 实验记录和分析 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 电流表1 电流表1的读数由大到小最后为0 电压表 电压表的读数由小到大最后为6 V 电容器放电 灯泡 灯泡的亮度由明到暗最后熄灭 电流表2 电流表2的读数由大到小最后为0 电压表 电压表的读数由大到小最后为0 注意事项 1．电流表要选用小量程的灵敏电流计。 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，在电路中串联一个电阻，以免烧坏电流表。 考点一　实验:观察电容器的充、放电现象 (1)在电容器充、放电实验中，电流表串联在电路中测量电路中的电流，电压表与电容器并联，测量电容器两端的电压。 (2)电容器充电过程中，电路中的电流逐渐减小，电容器两端电压逐渐增大，当充电完毕时电容器两端电压最大，电路中电流为0。 (3)电容器放电过程中，电容器相当于电源，其与定值电阻构成闭合回路，电压表和电流表分别测量定值电阻两端的电压和流过定值电阻的电流。 典例1：一平行板电容器充放电电路如图所示。开关S接1，电源E给电容器C充电;开关S接2，电容器C对电阻R放电。下列说法正确的是(　　) A.充电过程中，电容器两极板间电势差增加，充电电流增加 B.充电过程中，电容器的上极板带正电荷，流过电阻R的电流由M点流向N点 C.放电过程中，电容器两极板间电势差减小，放电电流减小 D.放电过程中，电容器的上极板带负电荷，流过电阻R的电流由N点流向M点 答案　C解析　电容器不论是充电过程还是放电过程，电流都是逐渐减小的，充电过程电容器两极板的电荷量增加，由C＝可知电容器两极板间电势差增大，放电过程电容器两极板的电荷量减少，电势差减小，A错误，C正确;根据电路结构可知，不论是充电过程还是放电过程，电容器的上极板都是带正电荷的，充电过程，流过电阻R的电流由N点流向M点，放电过程，流过电阻R的电流由M点流向N点，B、D错误。 典例２：探究电容器充放电规律的实验装置如图甲所示，有电源E，定值电阻R0，电容器C，单刀双掷开关S。 (1)为测量电容器充放电过程电压U和电流I变化规律，需在图甲电路图①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测________(选填“电流”或“电压”)的仪器。 (2)接通电路，当电压表示数最大时，电流表示数为________。 (3)根据测量数据，某过程中电容器两端电压U与电流I关系图如图乙所示。该过程为________(选填“充电”或“放电”)过程。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示。t＝0.2 s时R0消耗的功率为________W。 [答案]　(1)电压　(2)0　(3)放电　0.32 [解析]　(1)位置②与电容器并联，应接入测电压仪器。 (2)电压表示数最大时，电容器充电完毕，电流表示数为0。 (3)电容器放电时电压和电流都减小，充电时，电压增大，电流减小，图像逆向分析，该过程为电容器放电过程。电容器充电完毕后的电压等于电源电动势，大小为12 V，由题图丙可知t ＝ 0.2 s时电容器两端电压U＝8 V， 由题图乙可知当U＝8 V时，电流I＝40 mA， 则电阻R0消耗的功率P＝8×40×10－3 W ＝ 0.32 W。 考点二　平行板电容器的动态分析 1．电容器两类问题的比较 分类 充电后与电池两极相连 充电后与电池两极断开 不变量 U Q d变大 C变小→Q变小、E变小 C变小→U变大、E不变 S变大 C变大→Q变大、E不变 C变大→U变小、E变小 εr变大 C变大→Q变大、E不变 C变大→U变小、E变小 2．两类典型动态分析思路 典例3：某种不导电溶液的相对介电常数εr与浓度cm的关系曲线如图(a)所示。将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中，并与恒压电源、电流表等构成如图(b)所示的电路。闭合开关S后，若降低溶液浓度，则(　　) A.电容器的电容减小 B.电容器所带的电荷量增大 C.电容器两极板之间的电势差增大 D.溶液浓度降低过程中电流方向为M→N 答案　B解析　由题图(a)知，溶液浓度降低，相对介电常数εr增大，根据C＝可知，电容C增大，A错误;由于电容器与恒压电源相连，故电容器两极板间的电势差等于电源电压，保持不变，C错误;根据C＝可知，电容C增大，电容器所带电荷量增大，电容器充电，故电流方向为N→M，B正确，D错误。 典例4：如图所示是“研究电容器两极板间距对电容大小的影响”实验，保持电荷量不变，当极板间距增大时，静电计指针张角增大，则(　　) A.极板间电势差减小 B.电容器的电容增大 C.极板间电场强度增大 D.电容器储存能量增大 答案　D解析　分析题图可知静电计测量电容器两极板间的电势差，静电计指针张角增大，电容器两极板间的电势差增大，A错误;由于保持电荷量不变，而电势差增大，由C＝可知电容器的电容减小，B错误;由电容的决定式C＝和两极板间电场强度E＝，联立可得E＝，可知电容器两极板间电场强度与极板间距d无关，故仅改变极板间距，极板间电场强度不变，C错误;根据E＝QU可知，Q不变，U增大时，电容器储存能量增大，D正确。 典例5：(多选)如图所示，D是一只理想二极管，电流只能从a流向b，而不能从b流向a。平行板电容器的A、B两极板间有一电荷，在P点处于静止状态。以E表示两极板间的电场强度，U表示两极板间的电压，Ep表示电荷在P点的电势能。若保持极板B不动，将极板A稍向下平移，则下列说法中正确的是(　　) A.E变小 B.U变大 C.Ep不变 D.电荷仍保持静止 答案　BD解析　若保持极板B不动，将极板A稍向下平移，板间距离d变大，根据C＝知，电容C变小，由于通过二极管电流不能从b流向a，则电容器所带电荷量Q保持不变，根据C＝和E＝可知，极板间的电压U增大，极板间的电场强度E保持不变，则电荷受力保持不变，电荷仍保持静止，故A错误，B、D正确;根据UPA＝EdPA＝φP－φA，由于极板A稍向下平移，dPA变大，电场强度E保持不变，可知P点的电势φP增大，由于受到静电力方向与电场方向相反，根据Ep＝qφP，电荷带负电，知电势能Ep减小，故C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $