第9章 第4讲 观察电容器的充、放电现象(基础实验)(课件PPT)-【新高考方案】2027年高考物理一轮总复习（福建专版）

该高中物理高考复习课件聚焦“电容器的充、放电现象”实验专题，依据高考评价体系梳理了原理操作、数据处理、误差分析三大考查维度，通过近三年高考真题及模拟题分析，明确了电容决定式应用、Q=CU计算、I-t图像面积求电荷量等高频考点，构建了实验题与计算题的答题框架。 课件亮点在于“基础原理+真题突破+素养融合”的备考设计，如以2024重庆高考题为例，解析充放电过程中电压电流测量仪器选择及功率计算，培养科学思维（模型建构、科学推理）和科学探究（证据处理）素养。特设实验注意事项（电表正负极、量程选择）及易错点警示，帮助学生掌握解题技巧，教师可据此高效规划复习，提升备考针对性。

观察电容器的充、放电现象(基础实验) 第四讲 落实基本知能 01 CONTENTS 目录 迁移拓展训练 02 落实基本知能 一、理清原理与操作 原理装置图 操作要领 1.电容器的充电过程 开关S接1时，电源给电容器充电，电容器带电荷量、电压逐渐增大，电流逐渐减小，最后电流为零，如图甲所示。 2.电容器的放电过程 开关S接2时，电容器负极板上负电荷与正极板上正电荷中和，两极板的电荷量逐渐减小，电流逐渐减小，电压也逐渐减为零，如图乙所示。 二、掌握数据处理方法 实验项目 实验现象 电容器充电 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭 电流表A 读数由大到小最后为零 电压表V 读数由小到大最后稳定 电容器放电 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭 电流表A 读数由大到小最后为零 电压表V 读数由大到小最后为零 三、明确实验注意事项 1.连接电路时注意电流表和电压表的正、负极和量程。 2.电流表要选用小量程的灵敏电流计。 3.对电解电容器也要注意正、负极。 4.要选择电容较大的电容器。 5.实验过程要在干燥的环境中进行。 迁移拓展训练 1.(2025·重庆北碚阶段练习)如图甲所示是观察电容器的充、放电现象的实验装置，S是单刀双掷开关，C为平行板电容器。 (1)当开关S接_____(填“1”或“2”)时，电源给平行板电容器充电。若电容器上极板上移，电容器电容 ______ (填“变大”“不变”或“变小”)。  1 变小 解析：将开关先与“1”端闭合，电容器与电源相连，进行充电；当电容器的上极板向上移动时，极板间的距离d变大，根据C=，可知电容器的电容C变小。 (2)心脏除颤器的工作原理是用较强的脉冲电流通过心脏，以消除心律失常，使之恢复窦性心律的方法，称为电击除颤。工作时向心脏除颤器的储能电容器充电，使电容器获得一定的储能，对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动。如图乙是一次心脏除颤器的模拟治疗，该心脏除颤器的电容器电容为2.0×10-5 F，充电至1.0×104 V电压，如果电容器在2.0×10-3 s时间内完成放电，放电结束时电容器两极板间的电势差减为零，这次放电有_____ C的电荷量通过人体组织。  0.2 解析：通过人体组织的电荷量Q=CU=0.2 C。 2.(2024·重庆高考)探究电容器充放电规律，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的变化，需在①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测______(选填“电流”或“电压”)仪器。  解析：由题图甲可知，位置②与电容器并联，应接入测电压仪器。 电压 (2)接通电路并接通开关，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 (3)根据测到的数据，某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示，该过程为______(选填“充电”或“放电”)。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，0.2 s时R0消耗的功率为______W。  放电 0.32 解析：电容器放电时电压和电流都减小，图像逆向分析，该过程为电容器放电过程。 放电过程中电容器两端电压等于R0两端电压，由题图丙可知t=0.2 s时，电容器两端电压为U=8 V，由题图乙可知当U=8 V时，电流I=40 mA，则电阻R0消耗的功率为P=8×40×10-3 W=0.32 W。 3.(2025·福建厦门三模)实验器材有电源E，电容器C，电压表V(可视为理想电压表)，定值电阻R，电流传感器(不考虑内阻)，计算机，单刀双掷开关S，导线若干。 (1)将S接1，电压表示数逐渐增大，最后稳定在8 V。在此过程中，电流传感器的示数____。  A.一直稳定在某一数值 B.由某一数值逐渐减小为零 C.先逐渐增大，后逐渐减小为零 D.先逐渐增大，后逐渐减小至某一非零数值 B 解析：开关接1时，电容器充电，根据电容器充电的特点可知，当电路刚接通后，电流表示数从0瞬间增大至某一最大值，然后随着电容器的不断充电，电路中的充电电流逐渐减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于开路，电路中电流为0，故A、C、D错误，B正确。 (2)电容器充电完成后，电容器___(选填“上”或“下”)极板带正电，再将S接2，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)所示，t=1.2 s时，I=1.0 mA，图中两阴影部分的面积之比为S1∶S2=3∶2，则t=1.2 s时，电容器两极板间电压UC=____V，电阻R =_____kΩ(结果均保留2位有效数字)。  上 3.2 3.2 解析：由于电容器的上极板与电源正极相连，因此电容器充电完成后电容器上极板带正电；由I⁃t图线与坐标轴围成的面积表示电荷量，可知Q2=×Q1=Q1，充电结束后，电容器两端电压U=8 V，根据电容器电容的定义式C=，可知C==，代入数据解得UC=3.2 V，t=1.2 s时I=1.0 mA，可知此时电容器两端的电压为UC=IR，代入数据联立解得R=3.2 kΩ。 4.(2025·河南焦作二模)用如图1所示的电路图研究电容器的电学特征。已知电源使用了1.5 V的干电池(内阻可忽略不计)；灵敏电流表(0~300 μA，内阻可忽略不计)、电压表(内阻为2 500 Ω)、电阻R(阻值为5 000 Ω)和电容器C。 (1)下列操作和现象描述正确的是____。  A.开关接1，对电容器充电，电流表示数瞬间增大后逐渐减小为零 B.开关接1，电压表示数逐渐增大，电路稳定后示数约为0.5 V C.开关接1，待电路稳定后断开开关，电压表示数不变 B 解析：开关接1，对电容器充电，待电路稳定后，电容器相当于断路，电路中电流I==200 μA，故A错误；开关接1，对电容器充电，电容器两端的电压逐渐升高，此时电容器和电压表并联，电容器两端的电压与电压表两端的电压相同，电压表示数逐渐增大，待电路稳定后，电容器相当于断路，此时电压表示数U==0.5 V，故B正确；开关接1，待电路稳定后断开开关，电容器通过电压表放电，电压表示数逐渐减小为0，故C错误。 (2)开关接1，待电路稳定后迅速接2，电压表、电流表示数随时间的变化关系如图2所示。已知时间轴与电流图线所围图形的格子数约为230小格，由此可知电容器充电后，存储电荷量为__________C；电容器的电容为__________F(结果均保留2位有效数字)。  1.1×10-3　 2.2×10-3 解析：开关接2，电容器相当于电源，电阻与电压表并联，电流表测量通过电阻的电流，电容器放电电流为通过电流表电流的3倍，则电容器充电后存储电荷量Q=230×0.4×4×10-6×3 C=1.1×10-3 C，电容器的电容C== F=2.2×10-3 F。 (3)通过本实验，如何确定电容是电容器的固有属性，请把你对这一问题的见解填写在空格线上_________________________________________。  答案：见解析 解析：物质的固有属性一般是在探究规律过程中发现两个物理量的比值为定值，且同类事物总有同样的规律但这个定值又不完全相同，那么就会用这两个物理量之比定义为描述这一类事物的一种固有属性的物理量。因此，就是要从本实验中确认是否为定值。因此对本题来说，可以从图像中，读出不同电压U时的Q所对应的格子数N，分析数据判断是否可在误差允许范围内视为定值。 5.(2025·广东广州三模)如图(a)所示，按压电阻式触摸屏幕时，相互绝缘的两层导电层就在按压点位置有了接触，两导电层便并联接入电路，简化过程如图(b)中虚线框内结构所示。 (1)将一块电阻式触摸屏单元接入电路中，如图(b)所示。先将开关接“1”，让电容器充电，足够长时间后，再将开关切换到“2”，通过电压传感器观察电容器两端的电压随时间变化的情况。图(c)中画出了按压和不按压两种情况下电容器两端的电压U随时间t变化的图像，则按压状态对应的图像应为图(c)中的_____(填“虚线”或“实线”)所示。  实线 解析：根据题意可知，按压电阻式触摸屏单元时，电路中并联接入电阻，总电阻减小，放电速度变快，可知按压状态对应的图像应为题图(c)中的实线。 (2)为测定该触摸屏单元未按压状态下的电阻Rx，制作一个只有两种倍率(×10 Ω，×100 Ω)的简易电阻表，如图(d)中虚线框内电路图所示，实验器材有： 微安表(量程500 μA，内阻为150 Ω)； 滑动变阻器R(最大阻值50 Ω，额定电流2 A)； 电阻箱R0(最大阻值9 999.9 Ω)； 电池组E(3.0 V，2 Ω)； 开关及导线若干。 请你完成以下内容： ①断开开关，将滑动变阻器的滑片置于最右端时，即为电阻挡的其中一个倍率；置于另一个位置M(图中未画出)时，则为另一个倍率。当滑片置于最右端时，闭合开关S，调节电阻箱R0直到微安表满偏，此时通过滑动变阻器的电流为_____mA，电阻箱的阻值为_______ Ω，对应的挡位为_______(填“×10”或“×100”)挡。  1.5 1 460.5　 ×100 解析：当滑动变阻器的滑片置于最右端时，闭合开关S，调节电阻箱R0直到微安表满偏，此时滑动变阻器与电流表并联，通过滑动变阻器的电流为I'==1.5 mA，根据闭合电路欧姆定律有R0=-r-=1 460.5 Ω，总电阻为R总==1 500 Ω，对应的挡位为×100挡。 ②实际测量时，发现指针偏转______(填“较大”或“较小”)，应将滑动变阻器的滑片滑动到位置M完成换挡，进行规范的操作后，将P、Q接在待测电阻Rx两端，稳定后微安表指针偏转到满偏刻度的，Rx=_____Ω。  较大 225 解析：将滑动变阻器的滑片滑动到位置M完成换挡，即用小挡位测量，可见实际测量时，指针应偏转过大；此时挡位为×10 Ω，则内阻为150 Ω，根据I″=、I″=，解得Rx=225 Ω。 6.(2025·福建泉州模拟)某兴趣小组自制一个电容器并测量其电容。如图甲所示，他们用两片锡箔纸做电极，用两层电容纸(某种绝缘介质)将锡箔纸隔开，一起卷成圆柱形，然后接出引线，再密封在塑料瓶当中，电容器便制成了。 (1)为增加该电容器的电容，应当____。  A.锡箔纸面积尽可能大 B.锡箔纸卷绕得尽可能紧，以减小锡箔纸间的距离 C.增大电容器的充电电压 D.减小电容器的充电电压 解析：根据电容器电容的决定式C=可知，锡箔纸面积S尽可能大或者锡箔纸间的距离d尽可能小，均可以增大电容，故A、B正确；电容器的电容与充电电压无关，故C、D错误。 AB (2)为了测量该电容器电容的大小，该小组采用了如图乙所示的电路进行测量，其中电源电动势为4.5 V、内阻不计。该同学先将开关接1为电容器充电，经过足够长时间再将开关接2，利用传感器记录电容器放电过程，得到放电过程的I⁃t图像如图丙所示。 根据以上数据估算，电容器在整个放电过程中释放的电荷量为_________ ________________________C(结果保留两位有效数字)，该电容器电容的测量结果为_______________________________F(结果保留两位有效数字)。若将图乙中的电阻R换成阻值更大的电阻，则电容器开始放电的电流_______(填“变大”“变小”或“不变”)，所得的I⁃t图像与横轴所围的面积_______(填“变大”“变小”或“不变”)。  3.2×10-3 (3.0×10-3~3.4×10-3均可)　 7.1×10-4(6.6×10-4~7.6×10-4均可)　 变小 不变 解析：I⁃t图像与时间轴围成的面积表示电荷量，图像每小格表示的电荷量为q=0.2×10-3×0.4 C=8×10-5 C，图像与时间轴围成的面积共约40个小格，则电容器充满电后所带的电荷量约为Q=nq=40×8×10-5 C=3.2× 10-3 C，充满电后电容器两端电压为4.5 V，则电容大小C=≈7.1×10-4 F。若将题图乙中的电阻R换成阻值更大的电阻，则电容器开始放电的电流变小，但由于放电过程中总电荷量不变，所以得到的I⁃t图像与横轴所围的面积不变。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $