第9章 第5讲 观察电容器的充、放电现象(课件PPT)-【新高考方案】2027年高考物理一轮总复习

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充放电过程分析、电荷量计算、电容估算等核心考点，通过2024年甘肃、重庆等多地高考真题统计，明确“充放电电流电压变化”“I-t图像面积应用”等高频考点占比，归纳选择、填空及实验题型，构建系统备考框架。 课件亮点在于“原理系统归纳+高考真题深度解析”，如2024重庆卷通过U-I图像判断放电过程（科学思维），海南卷利用I-t图像面积计算电荷量（科学探究），结合实验操作规范与误差分析，培养学生物理观念与数据处理能力，助力教师精准教学，提升学生高考实战得分率。

观察电容器的充、放电现象 第 5 讲 （基础实验） 一、实验知能/系统归纳 二、应用发展/练中融通 01 02 CONTENTS 目录 一、实验知能/系统归纳 一、理清原理与操作 原理装置图 操作要领 实验现象   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 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 原理装置图 操作要领 实验现象   电容器的放电过程 开关S接2时，电容器负极板上的负电荷与正极板上的正电荷中和，两极板的电荷量逐渐减小，电流逐渐减小，电压也逐渐减小，如图乙所示 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 二、掌握数据处理方法 1.由I⁃t图像计算充、放电过程通过电流传感器的电荷 量。先算出一个小方格代表的电荷量，然后数出整个图像 与横轴所围的面积中的方格数(大于半个的按一个方格计 算，小于半个的舍弃)，电容器充电或放电过程中通过的 电荷量为一个小方格代表的电荷量乘以方格数。 2.电容器两极板之间的电压等于电源电动势，由电容的定义式C=估算出电容器的电容C。 三、注意实验细节 1.连接电路时注意电流表和电压表的正、负极与量程。 2.对电解电容器也要注意正、负极。 3.要选择电容较大的电容器。 4.实验过程要在干燥的环境中进行。 二、应用发展/练中融通 1.(2024·甘肃高考)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 √ 解析：根据电容C=，充电过程中，随着电容器所带电荷量的增加，电容器两极板间电势差增加，充电电流减小，故A错误；根据题图可知，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N点流向M点，故B错误；放电过程中，随着电容器所带电荷量的减小，电容器两极板间电势差减小，放电电流减小，故C正确；根据题图可知，放电过程中，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，故D错误。 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。  电压 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。 (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_______ 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.(2024·海南高考)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。 (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____ (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，电流表示数从0增大到某一最大值，之后随着电容器的不断充电，电路中的充电电流在减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于开路，电流为0。故选B。 (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 解析：根据电路图可知，充电结束后电容器上极板带正电，将S1接2，电容器放电，此时通过定值电阻R的电流方向a→b。 t=2 s时I=1.10 mA，可知此时电容器两端的电压为U2=IR，电容器开始放电前两端电压为12.3 V，可得0~2 s时间内电容器放出的电荷量为Q1=ΔU·C=C，2 s后到放电结束时间内放出的电荷量为Q2=ΔU'·C=1.10×10-3·RC，根据I⁃t图像与横轴所围成的面积表示电荷量，结合题意得=，解得R≈5.2 kΩ。 4.(2024·广西高考)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5 000 Hz，则采样周期为________s；  2×10-4 解析：采样周期为T==2×10-4 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)；  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 (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；  解析：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。 2 (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)。  解析：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″≈2.8 V。 4.7×103 2.8 5.(2025·江苏二模)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(电动势为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500 Ω)；数字电压表(量程为0~10 V)；电阻箱(阻值0~9 999 Ω)。 (1)电路连接完毕后如图2所示，为保证电表使用安全，在开关闭合前必须要完成的实验步骤是_________________________。  将电阻箱阻值调至最大值 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最大值。 (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，电流表指针指在170 μA到180 μA之间，故电流表读数为175 μA。 175(174~176均可) (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。  解析：根据I⁃t图像的物理意义可以知道图像的面积代表电容器的电荷量，题图4中每一格代表的电荷量q=10×10-6×5 C=5×10-5 C，故当充满电后电容器的电荷量为Q=225q=1.125×10-2 C，故电容器的电容为C== F=2.5×10-3 F=2 500 μF。 2 500 (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： ______________________________________ ____________________________________________________________。  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 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。 (5)开关闭合过程中，分别记录电流表和数字电压表的读数I和U，利用数据绘制I⁃U关系如图5所示，由图像可得出电阻箱接入电路的阻值为______________________Ω。(结果保留到整数)  解析：根据闭合回路的欧姆定律可以得出E=I(R+RA)+U，可得I=-，故I⁃U图像斜率k=-= Ω-1，解得R≈ 9 645 Ω。 9 645(9 200~9 800均可) 6.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 AB 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。 (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 $