第9章　第48讲　实验十　观察电容器的充、放电现象　电容器 课件---2027高考一轮总复习物理

这是一份第9章　第48讲　实验十　观察电容器的充、放电现象　电容器 课件---2027高考一轮总复习物理，共68页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，电荷量，充电或放电，考点二电容器电容，绝对值，异种电荷，电场能，容纳电荷，正对面积等内容，欢迎下载使用。
第48讲　实验十　观察电容器的充、放电现象　电容器
提能训练　练案[48]
考点一　实验　观察电容器的充、放电现象
一、实验原理1．电容器的充电过程如图所示，当单刀双掷开关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，电荷在定向移动的过程中形成电流。
在充电开始时电流比较_____(填“大”或“小”)，电容器两板电压较_____，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐_______(填“增大”或“减小”)，电容器两板电压_______，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＝_____。
2．电容器的放电过程如图所示，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_______，在电子定向移动过程中，形成电流。放电开始电流较_____(填“大”或“小”)，随着两极板上的电荷量逐渐减少，电路中的电流逐渐_______(填“增大”或“减小”)，两极板间的电压也逐渐减小到零。
二、实验步骤1．按图连接好电路2．把单刀双掷开关S接1时，观察电流表示数、电压表示数、灯泡亮度变化，并将结果记录在表格中。
3．将单刀双掷开关S接2时，观察电流表示数、电压表示数、灯泡亮度变化，并将结果记录在表格中。4．记录好实验结果，关闭电源。
三、实验数据处理1．如图为电容器充电或放电过程中的I－t图像，图线与时间轴围成的_______表示整个充电或放电时间内通过电流表的电荷量，也等于充满电后或放电开始时电容器极板上的_________。
2．估算电容器充电或放电过程中电荷量的方法：先算出一个小方格代表的_________，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_____________过程中电荷量为一个小方格代表的电荷量乘以方格数。
四、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。
某同学做“观察电容器充、放电并估测电容器的电容”实验，采用8 V的稳压直流电源、单刀双掷开关、电流传感器(与电脑相连，能描绘出电流i随时间t变化的图线)、定值电阻和导线若干，连成如图甲所示的电路。
(1)下列说法正确的是(　　)A．单刀双掷开关S掷向1端，电容器放电B．先将S掷向1端，然后掷向2端，电容器电容先增大后减小C．电容器带电时，两个极板只有一个板上有电荷D．电容器充电时，与电源正极相连的极板带正电(2)先用8 V的稳压直流电源对电容器充满电，后使电容器放电，电脑屏幕上显示出电容器在放电过程中电流随时间变化的i－t曲线如图乙所示，根据图像可估算出1 s到4 s内曲线下包含的小格的个数大约为40个，根据图像估算出释放的电荷量为________C(结果保留两位有效数字)。
(3)根据前面的信息，计算出电容器的电容为________F(结果保留一位有效数字)(4)如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，放电时i－t曲线与横轴所围成的面积将________(选填“变大”“不变”或“变小”)；放电时间将________(选填“变长”“不变”或“变短”)。
[答案]　(1)D　(2)3.2×10－3　(3)4×10－4　(4)不变　变短
[解析]　(1)单刀双掷开关S掷向1端，电容器与电源相连，电容器充电，故A错误；先将S掷向1端，电容器充电，然后掷向2端，电容器放电，但电容器的电容不变，故B错误；电容器带电时，两个极板同时带上等量异种电荷，故C错误；电容器充电时，与电源正极相连的极板带正电，与负极相连的极板带负电，故D正确。故选D。(2)根据图像估算出释放的电荷量为Q＝40×0.2×0.4×10－3 C＝3.2×10－3 C。
(4)如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，则电容器放电时，电流增大，放电时间变短，但放电的电荷量不变，所以i－t曲线与横轴所围成的面积不变。
[规律方法]　电容器充、放电现象中的几点注意事项1．电容器充电时电流流向正极板，电容器放电时电流从正极板流出，且充、放电电流均逐渐减小至零。2．电容器充、放电过程，电容器的电容不变，极板上所带电荷量和电压按正比关系变化。3．电容器充、放电过程，I－t图中曲线与坐标轴围成的面积表示电容器储存的电荷量。
跟 踪 训 练1．(2024·海南卷·16题)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(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)。[答案]　(1)B　(2)a→b　5.2
[解析]　(1)电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从0增大某一最大值，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)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，根据I－t图像与横轴围成的面积表示放电量可得0～2 s间的放电量为Q1＝ΔU·C＝(12.3－1.10×10－3×R)C，2 s后到放电结束间放电量为Q2＝ΔU′·C＝1.10×10－3·RC
1．电容器(1)组成：由两个彼此_______又相距很近的导体组成。(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的_________。(3)电容器的充、放电①充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的___________，电容器中储存_________。②放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中________转化为其他形式的能。
2．电容(1)意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。
(3)单位：法拉(F)，1 F＝_______μF＝_______pF。(4)意义：表示电容器___________本领的高低。(5)决定因素：由电容器本身物理条件(大小、形状、极板相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及电压_______。
3．平行板电容器(1)影响因素：平行板电容器的电容与两极板的___________成正比，与电介质的______________成正比，与________________成反比。
4．平行板电容器两类动态问题的比较
易 错 辨 析1．电容器所带的电荷量是指两个极板所带电荷量的代数和。(　 　)2．电容器的电容与电容器所带电荷量成反比。(　 　)3．放电后的电容器电荷量为零，电容也为零。(　 　)
[规律方法]　两类典型动态分析思路
跟 踪 训 练2．(多选)(2025·河南高三阶段练习)如图所示，水平正对的金属板A、B与干电池连接，B板接地，静电计的电荷量、导线以及电池的内阻均不计。开关S闭合，一带负电的油滴静止于两板间的P点。下列说法正确的是(　　)
A．若仅将A板上移一些，则静电计指针的张角减小B．若仅将B板下移一些，则油滴向下运动C．若断开S，且仅将B板下移一些，则油滴的电势能减小D．若断开S，且仅在A、P间插入玻璃板，则油滴向上运动[答案]　BC
3．(2024·黑吉辽卷·5题)某种不导电溶液的相对介电常数εr与浓度cm的关系曲线如图(a)所示。将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中，并与恒压电源、电流表等构成如图(b)所示的电路。闭合开关S后，若降低溶液浓度，则(　　)A．电容器的电容减小
B．电容器所带的电荷量增大C．电容器两极板之间的电势差增大D．溶液浓度降低过程中电流方向为M→N
基础巩固练1．(2026·河北沧州联考)心脏除颤器是目前临床上广泛使用的抢救设备之一，如图甲所示。心脏除颤器通过接触皮肤的电极板使电容器放电，实施电击治疗，如图乙。已知某款心脏除颤器，在短于一分钟内使电容器充电到4 000 V，存储电荷量为0.16 C。抢救病人时，电极板放电，使一部分电荷在4 ms的脉冲时间内经过身体。下列说法正确的是(　　)
A．电容器充电至4 000 V时，电容为20 μFB．电容器放电过程中电容减小C．电容器充电至2 000 V时，所带电荷量为0.08 CD．电容器放电过程中电流恒定[答案]　C
2．平行板电容器的电容为C，带电荷量为Q，板间距离为d，今在两板间的中间位置处放一电荷q，则它所受静电力的大小为(　　)
3．如图为某同学采用平行板电容器测量材料竖直方向尺度随温度变化的装置示意图，电容器上极板固定，下极板可随材料尺度的变化上下移动，两极板间电压不变。若材料温度降低时，极板上所带电荷量变少，则(　　)A．材料竖直方向尺度减小B．极板间电场强度不变C．极板间电场强度变大D．电容器电容变大[答案]　A
4．(2025·江苏卷·9题)如图所示，平行金属板与电源连接。一点电荷由a点移动到b点的过程中，电场力做功为W。现将上、下两板分别向上、向下移动，使两板间距离增大为原来的2倍，再将该电荷由a移动到b的过程中，电场力做功为(　　)
5．(2024·浙江卷·6题)图示是“研究电容器两极板间距对电容大小的影响”实验，保持电荷量不变，当极板间距增大时，静电计指针张角增大，则(　　)A．极板间电势差减小B．电容器的电容增大C．极板间电场强度增大D．电容器储存能量增大[答案]　D
6．(2023·新课标卷·9题)在“观察电容器的充、放电现象”实验中，所用器材如下：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。
(1)用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时，红表笔应该与电池的________(填“正极”或“负极”)接触。(2)某同学设计的实验电路如图(a)所示。先将电阻箱的阻值调为R1，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变化。电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变化情况可能是________。(填正确答案标号)A．迅速变亮，然后亮度趋于稳定B．亮度逐渐增大，然后趋于稳定C．迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭
(3)将电阻箱的阻值调为R2(R2>R1)，再次将开关S与“1”端相接，再次记录电流随时间的变化情况。两次得到的电流I随时间t变化如图(b)中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为________(填“R1”或“R2”)时的结果，曲线与横轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的________(填“电压”或“电荷量”)。[答案]　(1)正极　(2)C　(3)R2　电荷量
[解析]　(1)多用电表应满足电流“红进黑出”，因此红表笔与电池的正极相连。(2)电容器放电过程中，电流由大逐渐变小，则小灯泡迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭，故C正确。
7．(2024·重庆卷·12题)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变化，需在①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测________(电流、电压)仪器。(2)接通电路并接通开关使电容器充电，当电压表示数最大时，电流表示数为________。(3)根据测得数据，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________(充电，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。[答案]　(1)电压　(2)0　(3)放电　0.32
[解析]　(1)位置②与电容器并联，为测电压仪器。(2)电压表示数最大时，电容器充电完毕，电流表示数为零。(3)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。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。
能力提升练8．如图所示水平放置平行板电容器的两极板M、N间，在O点有一电荷量大小为q的带电微粒(q远小于Q)恰好静止，图中二极管为理想二极管，以Q表示电容器储存的电荷量，U表示两极板间电压，E表示两极板间电场强度，Ep表示带电微粒在O点的电势能。若保持极板M不动，将极板N稍向下平移后，下列说法中正确的是(　　)A．二极管中有从a到b的电流B．U减小C．E减小D．Ep减小[答案]　D
9．(2025·黑吉辽蒙卷·4题)如图，某压力传感器中平行板电容器内的绝缘弹性结构是模仿犰狳设计的，逐渐增大施加于两极板压力F的过程中，F较小时弹性结构易被压缩，极板间距d容易减小；F较大时弹性结构闭合，d难以减小。将该电容器充电后断开电源，极板间电势差U与F的关系曲线可能正确的是(　　)
10．(2026·四川内江市模拟)如图所示，电源电动势E一定，内阻不计，R1、R2是定值电阻，R3是光敏电阻，其阻值随光照的增强而减小。开关S闭合，电路稳定后，电容器两板间的一带电液滴恰好能静止在M点。现增强照射电阻R3的光照强度，则(　　)A．电容器的电容增大B．M点的电势升高C．液滴向下运动D．R2中有向右的电流[答案]　B
11．(2024·广西卷·12题)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)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)。[答案]　(1)2×10－4　(2)15.0　(3)2　(4)4.7×103　2.8
(4)充电结束后电容器两端电压为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＝Δq代入数值解得UC″＝2.8 V。