第8章 实验10 观察电容器的充、放电现象(课件PPT)-【精微方案】2027年高考一轮总复习讲义·物理

该高中物理高考复习课件聚焦“电容器充放电现象”实验专题，依据高考评价体系梳理了电流电压变化规律、能量转化、I-t图像分析等核心考点，通过近三年真题统计明确实验现象描述占35%、数据处理（如电荷量计算）占40%的高频考点分布，归纳出实验现象结论、拓展创新两类常考题型。 课件亮点在于“真题解析+素养培养+技巧指导”的备考模式，以2024年重庆卷、海南卷真题为例，运用科学思维中的模型建构和科学探究中的证据分析，详解I-t图像面积求电荷量、电容计算误差分析等方法，培养学生物理观念和科学论证能力。特设“易错点警示”和“答题模板”，助力学生掌握得分技巧，教师可据此精准复习，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．观察电容器的充、放电现象，理解电容器的储能特性及其在电路中能量的转换规律。 2．理解电容器充、放电过程中，电路中的电流和电容器两端电压的变化规律。 二、实验器材 6 V的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、小灯泡、导线若干。 返回首页 三、实验思路 1．电容器充电：电源使电容器的两极板带上等量异种电荷的过程，如图甲所示。 2．电容器放电：用导线将充好电的电容器的两极板相连，使两极板的异种电荷中和的过程，如图乙所示。 3．电容器充、放电时的能量转化：充电后，电容器储存了电能。放电时，储存的电能释放出来，转化为其他形式的能。 返回首页 四、实验过程 1．电容器的充电 开关S合向1，电容器充电。 (1)现象 ①小灯泡开始较亮，逐渐变暗，直至熄灭。 ②A1的读数由大变小，逐渐减小到0。 ③V的读数迅速变大。 ④最后电流表的示数等于0，电压表的示数稳定，等于电源电压。 返回首页 (2)解释 电源正极向上极板供给正电荷，负极向下极板供给负电荷。电荷在电路中定向移动形成电流，两极板间有电压。S刚合上时，电源与电容器之间存在较大的电压，使大量电荷从电源移向电容器极板，产生较大电流，随着极板电荷的增加，极板间电压增大，电流减小。当电容器两极板间电压等于电源电压时，电荷不再定向移动，电流为0，灯不亮。 返回首页 2．电容器的放电 开关S合向2，电容器放电。 (1)现象 ①小灯泡开始较亮，逐渐变暗，直至熄灭。 ②A2的读数开始较大，逐渐变小，电流方向与充电方向相反，直至为0。 ③开始V的读数为电源电压，逐渐减小，直至为0。 返回首页 (2)解释 放电过程中，由于电容器两极板间的电压使回路中有电流产生。开始这个电压较大，因此电流较大，随着电容器极板上的正、负电荷的中和，极板间的电压逐渐减小，电流也减小，最后放电结束，极板间不存在电压，电流为0。 返回首页 返回首页 六、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。 返回首页 题型一　实验现象和结论 例1 (2024·重庆卷，T12)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。 返回首页 (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。 [解析]　位置②与电容器并联，应接入测电压的仪器。 电压 返回首页 (2)接通电路，当电压表示数最大时，电流表示数为__________。 [解析]　电压表示数最大时，电容器充电完毕，电流表示数为0。 0 返回首页 (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。 [解析]　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。 放电 0.32 返回首页 例2 小明将电源、电阻箱、电容器、电流表、数字电压表以及开关组装成图1所示的电路进行实验，观察电容器充电过程。实验仪器如下：电源(电压为4.5 V，内阻不计)；电容器(额定电压为16 V)；电流表(量程为0～500 μA，内阻为500 Ω)；数字电压表(量程为0～10 V)；电阻箱(阻值0～9 999 Ω)。 返回首页 (1)电路连接完毕后如图2所示，为保证电表使用安全，在开关闭合前必须完成的实验步骤是____________________________________。 [解析]　电路连接好后，为保护电路，在开关闭合前，应将电阻箱阻值调至较大值(或最大值)。 将电阻箱阻值调至较大值(或最大值) 返回首页 (2)将开关S闭合，观察到某时刻电流表示数如图3所示，其读数为__________μA。 [解析]　根据量程及刻度，可以读出电流表的分度值为10 μA，根据估读原则，电流需估读到个位，故电流表读数为175 μA。 175 返回首页 (3)记录开关闭合后电流随时间变化的图线如图4所示，小明数出曲线下围成的格子数有225格，则电容C大小为__________μF。 2 500 返回首页 (4)由于数字式电压表内阻并不是无穷大，考虑到此因素的影响，(3)问中电容的测量结果与真实值相比是__________(选填“偏大”“偏小”或“相等”)，请简要说明理由___________________________________________________ ___________________________________________________。 [解析]　由于电压表的分流，实际充电电流小于电流表上记录的数值，因此电荷量计算偏大，电容测量结果偏大。 偏大 由于电压表的分流，实际充电电流小于电流表上记录的数值，因此电荷量计算偏大，电容测量结果偏大 返回首页 题型二　教材实验拓展创新 在“观察电容器的充、放电”实验中，考题主要从三个角度创新： (1)电源，可以是恒压源也可以是恒流源； (2)电阻，主要探究电阻对电流变化快慢的影响； (3)用类比的方法理解i－t图像与横轴所围成的面积的物理意义。 返回首页 例3 (2024·海南卷，T16)用如图a所示的电路观察电容器的充、放电现象，实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关S1、开关S2、导线若干。 返回首页 (1)闭合开关S2，将S1接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3 V。在此过程中，电流表的示数________。(选填选项标号) A.一直稳定在某一数值 B.先增大，后逐渐减小为零 C.先增大，后稳定在某一非零数值 B [解析]　电容器充电过程中，当电路刚接通时，电流表示数从0增大到某一最大值，然后随着电容器不断充电，电路中的充电电流减小，在充电结束电路稳定后，电路相当于开路，电流为0。 返回首页 (2)先后断开开关S2、S1，将电流表更换成电流传感器，再将S1接2，此时通过定值电阻R的电流方向________(选填“a→b”或“b→a”)，通过传感器将电流信息传入计算机，画出电流随时间变化的I－t图像，如图b，t＝2 s时I＝1.10 mA，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出R＝________kΩ(保留2位有效数字)。 a→b 5.2 返回首页 返回首页 例4 (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： 返回首页 (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。 返回首页 (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)。 [解析]　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。 15.0 返回首页 (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。 2 返回首页 (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 5.2 返回首页 [解析]　充电结束后电容器两端电压UC′＝E＝6 V，故可得ΔQ＝(UC′－UC)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(UC′－UC″)C＝0.003 8 C，代入数值解得UC″≈5.2 V。 返回首页 $