第9单元 06 实验十 观察电容器的充、放电现象（word教参）-【高考快车道】2027年高考物理大一轮总复习考点精讲（基础版）

该高中物理高考复习教案围绕电容器充放电现象专题，将实验原理（充电放电电流电压变化）、数据处理（I-t图像面积求电荷量）、注意事项等核心考点按认知逻辑展开，通过考点梳理、方法指导（方格法估算电荷量）、真题训练（含高考真题例题）等环节，帮助学生构建实验认知框架。 教案突出实验探究与科学思维融合，如引导学生通过绘制分析I-t图像理解电荷量变化，培养模型建构能力。设置分层例题（基础到高考真题），配合反思感悟，确保高效突破难点，为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供有力支持。

实验十　观察电容器的充、放电现象 【教材原型实验】 例1　(1)C　(2)0.50　3.1 [解析] (1)开关与1接通,电源给电容器迅速充电,电容器下极板带正电,开关与2接通后,电容器迅速放电,流过微安表的电流方向与之前相反,并迅速衰减,选项C正确. (2)由于电源是一节干电池,所以电源电动势为1.5 V,图中电压表读数为0.50 V;电路稳定时微安表的示数表示流过电压表的电流,根据欧姆定律可知电压表的阻值RV== Ω=3.125×103 Ω≈3.1 kΩ. 例2　(1)如图所示　(2)在开始放电时电容器所带的电荷量　(3)1.1×10-3　(4)偏小 [解析] (1)用平滑的曲线连接,作出图像如图. (2)由ΔQ=I·Δt知,i⁃t图像与坐标轴所包围的面积表示电容器在开始放电时所带的电荷量. (3)数出格子数,由总格子数乘每个格子的“面积”值求得Q=8.75×10-3 C,则C== F≈1.1×10-3 F. (4)电容的测量值比它的真实值偏小,原因是若把电压表接在E、D两端,则电容器在放电时,有一部分电荷会从电压表中通过,从而使得通过电流表中的电荷量小于电容器的带电荷量,使电容的测量值比它的真实值偏小. 【拓展创新实验】 例3　(1)　(2)15.0　(3)2　(4)4.7×103　5.2 [解析] (1)采样周期为T== s. (2)由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0 mA. (3)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. (4)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″,得C=0.003 8 C,代入数值解得UC″≈5.2 V. 例4　(1)b　(2)6.5 (3)3.6×10-3(3.6×10-3~3.8×10-3均可) (4)4.5×10-4(4.5×10-4~4.8×10-4均可)　(5)D1 [解析] (1)滑动变阻器采用分压式接法,故滑片应向b端滑动,电容器充电电压升高; (2)电压表量程为0~15 V,每个小格表示0.5 V,故示数为6.5 V; (3)I⁃t图像所围的面积,等于电容器存储的电荷量,共45个小格,故电容器存储的电荷量为45×8×10-5 C=3.6×10-3 C; (4)由电容的定义式C=得C=4.5×10-4 F; (5)开关S2掷向2,电容器相当于电源放电,左极相当于电源正极,故D1闪光. 实验十　观察电容器的充、放电现象 【教材原型实验】 二、(1)失去　正　获得　负　等量　减小　(2)中和　大　减少 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验十　观察电容器的充、放电现象 实验十　观察电容器的充、放电现象 　　　　　 　　　　　 　　　　　 一、实验目的 观察电容器在充电、放电时电路中的电流情况,观察充电、放电过程中电容器两极板的电压情况,以形成对充电、放电过程的正确认识. 二、实验原理 (1)电容器的充电过程 如图甲所示,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大,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.  (2)电容器的放电过程 如图乙所示,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”),随着两极板上的电荷量逐渐　　　　,电路中的电流逐渐减小,两极板间的电压也逐渐减小到零.  三、实验步骤 (1)按图丙连接好电路. (2)把单刀双掷开关S打在上面,使触点1与触点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与触点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. 四、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时间内通过电流传感器的电荷量,也等于电容器的充电荷量或放电荷量. (2)估算电容器的充电荷量或放电荷量的方法: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).电容器的充电荷量或放电荷量等于一个小方格代表的电荷量乘方格数. 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. 例1 在“观察电容器的充、放电现象”实验中,把电阻箱R(0~9999 Ω)、一节干电池、微安表(量程0~300 μA,零刻度在中间位置)、电容器C(2200 μF,16 V)、单刀双掷开关组装成如图甲所示的实验电路. 甲 (1)把开关S接1,微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零;然后把开关S接2,微安表指针偏转情况是　　　　.  A.迅速向右偏转后示数逐渐减小 B.向右偏转示数逐渐增大 C.迅速向左偏转后示数逐渐减小 D.向左偏转示数逐渐增大 (2)再把电压表并联在电容器两端,同时观察电容器充电时电流和电压变化情况.把开关S接1,微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到160 μA时保持不变;电压表示数由零逐渐增大,指针偏转到如图乙所示位置时保持不变,则电压表示数为　　　　V,电压表的阻值为　　　　kΩ(计算结果保留两位有效数字).  乙 [反思感悟] 　     例2 [2025·吉林梅河口五中期末] 图甲是一种测量电容器电容的实验电路图,实验是通过对高阻值电阻放电的方法,测出电容器充电至电压U时所带电荷量Q,从而求出待测电容器的电容C.某同学在一次实验时的情况如下: A.按图甲所示的电路图接好电路; B.接通开关S,调节电阻箱R的阻值,使电流表的指针偏转接近满刻度,记下此时电流表的示数I0=490 μA,电压表的示数U0=8.0 V; C.断开开关S,同时开始计时,每隔5 s或10 s测一次电流i的值,将测得数据填入表格,并标示在图乙的坐标纸上(横坐标表示时间t,纵坐标表示电流i),如图乙中小黑点所示. (1)在图乙中画出i⁃t图像; (2)图乙中图像与坐标轴所围成面积的物理意义是　　　　　　　　　　　　　　　　;  (3)该电容器电容为　　　　F(结果保留2位有效数字);  (4)若某同学实验时把电压表接在E、D两端,则电容的测量值比它的真实值　　　　(选填“偏大”“偏小”或“相等”).  [反思感悟] 　   　　　　　 　　　　　 　　　　　 例3 [2024·广西卷] 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5000 Hz,则采样周期为　　　　s;  (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);  (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电压为　　　　V;  (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).  [反思感悟] 　   例4 [2023·山东卷] 电容储能已经在电动汽车,风、光发电,脉冲电源等方向得到广泛应用.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(额定电压为10 V,电容标识不清); 电源E(电动势为12 V,内阻不计); 电阻箱R1(阻值为0~99 999.9 Ω); 滑动变阻器R2(最大阻值为20 Ω,额定电流为2 A); 电压表V(量程为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. 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　　　　(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).  (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,如图丙所示.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　　　　(填“D1”或“D2”)闪光.  [反思感悟] 　   学科网（北京）股份有限公司 $