第9章　实验10　观察电容器的充、放电现象 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦电容器充放电现象、电容计算等核心考点，依据高考评价体系梳理了定性分析、图像分析、电荷量计算三大考查维度，通过教材原型实验与创新实验提升，明确高频考点分布，构建系统答题思路。 课件亮点在于实验原理与真题训练结合，如通过I-t图像面积法分析电荷量，培养科学思维与科学探究素养。特设易错点警示和题型归纳，帮助学生掌握充放电过程分析技巧，教师可据此精准指导，提升备考效率。

实验十　观察电容器的充、放电现象 一、实验目的 1．知道电容器的构造。 2．根据电路图正确连接实物图，认真观察电容器充放电的实验现象。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 二、实验原理 1．电容器的充电过程 当S接1时，电容器接通电源，电容器上极板的自由电子在电场力的作用下将经过电源移到与电源负极相接的下极板，正极板由于失去负电荷而带正电，负极板由于获得负电荷而带负电，正、负极板所带电荷量大小相等，符号相反，如图甲所示。电荷定向移动形成电流，由于同性电荷的排斥作用，所以开始电流最大，以后逐渐减小，在电荷移动过程中，电容器极板储存的电荷不断增加，电容器两极板间电压U等于电源电动势E时电荷停止移动，电流I＝0。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2．电容器的放电过程 当S接2时，电容器的两极板用导线连接起来，电容器C正极板上的正电荷与负极板上的负电荷中和，两极板的电荷量逐渐减少，表现为电流逐渐减小，电压也逐渐减小为零(如图乙所示)。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 三、实验过程 1．实验步骤 (1)调节直流可调电源，输出为6 V，并用多用电表校准。 (2)关闭电源开关，正确连接实物图，电路图如图。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (3)打开电源，把单刀双掷开关S打到上面，使触点1和触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。 (4)把单刀双掷开关S打到下面，使触点3和触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。 (5)记录好实验结果，关闭电源。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2．数据处理 实验项目 实验现象 电容器 充电 灯泡 亮度由明到暗最后熄灭 电流表1 读数由大到小最后为零 电压表 读数由小到大最后为6 V 电容器 放电 灯泡 亮度由明到暗最后熄灭 电流表2 读数由大到小最后为零 电压表 读数由大到小最后为零 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 四、实验结论 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 五、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。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 1 教材原型实验 (基础考点·自主探究) 【跟踪训练】 (电容器充、放电现象的定性分析)利用 如图所示电路观察电容器的充、放电现象， 其中E为电源，R为定值电阻，C为电容器，A为电流 表，V为电压表。下列说法正确的是(　　 ) A．充电过程中，电流表的示数逐渐增大后趋于稳定 B．充电过程中，电压表的示数迅速增大后趋于稳定 C．放电过程中，电流表的示数均匀减小至零 D．放电过程中，电压表的示数均匀减小至零 B 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [解析]　充电过程中，随着电容器C两极板电荷量的积累，电路中的电流逐渐减小，电容器充电结束后，电流表示数为零，A错误；充电过程中，随着电容器C两极板电荷量的积累，电压表测量电容器两端的电压，电容器两端的电压迅速增大，电容器充电结束后，最后趋于稳定，B正确；电容器放电过程的I－t图像如图所示，可知电流表和电压表的示数不是均匀减小至0的，C、D错误。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (仪器选取和电容器带电荷量的计算)电流传感器可以像电流表一样测量电流，能显示出电流随时间变化的I－t图像。照图甲连接电路，先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，这个过程可在较短时间内完成。然后把开关S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I－t图像如图乙所示。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (1)在图乙中画一个竖立的狭长矩形(在图乙的最左边)，它的面积的物理意义是_________(填写面积所代表物理量的名称) (2)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约为____________C(结果保留1位有效数字)。 (3)若对应开关S与1端相连的充电过程，电荷量随时间变化的q－t图像的示意图是怎样的？请在图丙中定性画出。___________ 电荷量 3×10－3 见解析图 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (4)实验中，为使能观察到的放电过程持续更长的时间，请通过分析，判断：在其他条件一定的条件下，电阻R应选择_________________ (“尽量大一些”或“尽量小一些”)。 (5)某实验小组在完成实验后，积极展开思考，进一步进行理论探究“为什么放电过程中电流的变化率越来越小”，假如你也是实验小组的一员，请你对此做出合理的理论分析：_________。 尽量大一些 见解析 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [解析]　(1)在极短时间内，电容器放电电流I可以认为不变，认为图乙中0.1 s内放电电流不变，则狭长矩形面积的物理意义为电容器放出的电荷量。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (3)若对应开关S与1端相连的充电过程，开始时充电电流较大，则q－t图像的切线斜率较大，随着充电电流逐渐减小，则q－t图像的切线斜率逐渐减小，最后趋于稳定，q－t图像如图所示。 (4)实验中，为使能观察到的放电过程持续更长的时间，电阻R应选择尽量大一些，因为释放的电荷量是一定的，电流越小，放电过程持续时间越长。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2 创新实验提升创新实验提升 (能力考点·深度研析) 实验仪器的改进和实验目的创新 (1)通过电流、电压传感器输出充电过程的电流、电压随时间t变化。 (2)计算电容器的电容与标称值进行对比。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 某同学用图(a)所示的电路观察矩形波频率对电容器充放电的影响。所用器材有：电源、电压传感器、电解电容器C(4.7 μF,10 V)，定值电阻R(阻值2.0 kΩ)、开关S、导线若干。 (1)电解电容器有正、负电极的区别。根据图(a)，将图(b)中的实物连线补充完整___________； 见解析图 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (2)设置电源，让电源输出图(c)所示的矩形波，该矩形波的频率为_______Hz； 40 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (3)闭合开关S，一段时间后，通过电压传感器可观测到电容器两端的电压UC随时间周期性变化，结果如图(d)所示，A、B为实验图线上的两个点。在B点时，电容器处于_______状态(选填“充电”或“放电”)在_____点时(选填“A”或“B”)，通过电阻R的电流更大； 充电 B 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (4)保持矩形波的峰值电压不变，调节其频率，测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的情况，并在坐标纸上作出电容器上最大电压Um与频率f关系图像，如图(e)所示。当f＝45 Hz时电容器所带电荷量的最大值Qm＝___________________C(结果保留两位有效数字)； 1.8×10－5 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (5)根据实验结果可知，电容器在充放电过程中，其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变，而后随着频率的增大逐渐减小。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 [解析]　(1)根据电路图连接实物图，如图所示。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 (3)由图(d)可知，B点后电容器两端的电压慢慢增大，即电容器处于充电状态；从图中可得出，A点为放电快结束阶段，B点为充电开始阶段，所以在B点时通过电阻R的电流更大。 (4)由图(e)可知当f＝45 Hz时，电容器此时两端的电压最大值约为Um＝3.75 V 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 当电容器极板上所储存的电荷发生变化时，电路中就有电流流过；若电容器极板上所储存的电荷量恒定不变时，则电路中就没有电流流过。电路中的平均电流I＝。 (2)根据电流定义式I＝，可得q＝It。 所以在I－t图像中，图线与横轴围成的面积等于电荷量，所以电容器在全部放电过程中释放的电荷量为图线与横轴围成的面积，由图可知，一小格代表的电荷量为q0＝0.2×10－3×0.4 C＝8×10－5 C。 图线与横轴围成的区域中大约有41个小方格，所以总电荷量为Q＝41q0＝41×8×10－5 C＝3.28×10－3 C≈3×10－3 C。 (5)放电过程中电流的变化率为 ＝＝neS＝neSa＝neS 放电过程中，随着电容器极板上电荷量的减少，电压减小，电场对自由电荷的静电力减小，因此电流的变化率越来越小。 (2)由图(c)可知周期T＝25×10－3s，所以该矩形波的频率为f＝＝40 Hz。 根据电容的定义式C＝得此时电容器所带电荷量的最大值为Qm＝CUm＝4.7×10－6×3.75 C≈1.8×10－5C。 $