第九章 第48课时 实验十：观察电容器的充、放电现象-2027年高考物理一轮复习课件（含解析版讲义）

这是一份第九章 第48课时 实验十：观察电容器的充、放电现象-2027年高考物理一轮复习课件（含解析版讲义），共65页。PPT课件主要包含了第48课时，电容器存储的电荷量，5×10-4，5×10-5，×10-4，7×103，答案见解析图，电压表的分流导致，课时精练，电荷量等内容，欢迎下载使用。
实验十：观察电容器的充、放电现象
1.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。2.理解电容器的储能特性及其在电路中能量的转换规律。
　　　许多中学实验室逐渐普及了传感器使用，某中学有个学习小组的同学用电流传感器做“观察电容器的充、放电现象”，设计了如图甲所示电路。
(1)K断开，使开关S与2相连，电源对电容器充电，这个过程可在极短时间内完成，充满电的电容器左极板带　　电(填“正”或“负”)。 
(2)然后把开关S掷向1端，电容器通过电阻R1放电，传感器将电流传入计算机，屏幕上显示出电容器充放电过程电流随时间变化的I-t图像如图乙所示，充放电过程I-t图线与横轴所围成的面积表示的物理量是　　 　　　。 
(3)根据I-t图像可估算电容器在全部放电过程释放的电荷量为　　　　 C (结果保留两位有效数字)。 
(4)已知直流电源的电动势为10 V，内阻忽略不计，则电容器的电容为　　　 　　 F(结果保留两位有效数字)。 
(5)如果不改变电路其他参数，闭合开关K，重复上述实验，则放电时I-t图线与横轴所围成的面积将　　　(填“变大”“不变”或“变小”)；放电时间将　　　(填“变长”“不变”或“变短”)。
(2024·广西卷·12)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)。 
(2025·江苏南通市检测)利用DIS电流传感器可以测量电容器的电容。让充电后的电容器通过大电阻R放电，电流传感器A与计算机连接，记录放电电流I随时间t变化的图像如图甲所示，图像与横坐标轴围成的面积，数值上等于电容器的带电荷量Q(可用DIS系统软件计算)，Q与充电电压U的比值即为电容器的电容C。
(1)小明同学按照图乙电路进行实验，先使开关S与1端相连，充电结束后，读出电压表的示数。然后把开关掷向2端，记录I-t图像，测量出电容器的带电量Q。获得数据如下表所示：
请根据以上数据，在图丁中作出Q-U图像，由图像可得该电容器的电容是　　　　　 μF(结果保留2位有效数字)。 
8.8(8.6、8.7、8.9、9.0均可)
(2)该同学是通过滑动变阻器来改变电容器的充电电压的，请用笔画线代替导线将图戊的实物电路连接完整。
(3)小华同学用图丙所示电路测量电容。他认为小明同学的测量方法误差大，会使电容测量值　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)，原因是__________________　　　　　　　　　　　　　　。 
放电时测得的电容器带电量偏小
精练高频考点提升关键能力
1.(2023·新课标卷·22)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”)。 
2.(2023·山东卷·14)电容储能已经在电动汽车，风、光发电，脉冲电源等方面得到广泛应用。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10 V，电容标识不清)；电源E(电动势12 V，内阻不计)；电阻箱R1(阻值0~99 999.9 Ω)；滑动变阻器R2(最大阻值20 Ω，额定电流2 A)；电压表V(量程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。 
3.(2025·江苏南京市调研改编)在“用传感器观察电容器的充、放电过程”实验中，按图甲所示连接电路。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2。实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。其中C表示电容器的电容，R表示电阻的阻值，E表示电源的电动势(电源内阻可忽略)。
(1)开关S改接2后，电容器进行的是　　　(填“充电”或“放电”)过程。此过程得到的I-t图像如图乙所示。如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的I-t曲线与横轴所围成的面积将　　　(填“增大”“不变”或“减小”)； 
(2)若R=500 Ω，结合获取的I-t图像，则加在电容器两极板的最大电压约为　　　 V； 
(3)改变电路中某一元件的参数对同一电容器进行两次充电，两次充电对应的电容器电荷量Q随时间t变化的图像分别如图丙中a、b所示。根据图像分析：a、b两条曲线不同是　　(填“R”或“E”)不同造成的； 
(4)电容器充电过程实际是克服极板上电荷的静电力做功，使电势能增加的过程(即极板间储存电场能的过程)，若某次充电过程的两极板间电压U与电荷量Q的关系图像如图丁所示，请类比v-t图像求位移的方法，计算该充电过程电容器储存的电场能为　 　　　(用U0、Q0表示)。 
4.(2025·江苏苏锡常镇四市二模)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甲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乙所示，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
(2)将开关S闭合，观察到某时刻电流表示数如图丙所示，其读数为　　　　　 　 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丁所示，小明数出曲线下围成的格子数有225格，则电容C大小为　 　　 μF。 
(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”)，理由是_____________________________________________________________________________________________。 
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关系如图戊所示，由图像可得出电阻箱接入电路的阻值为　　　　　 　 Ω。 
9 645(9 200~9 800均可)
5.某同学用如图(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.先迅速升至某一数值后逐渐减小为零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
(2)电容器充电完成后，电容器　　　极板带正电(选填“上”或“下”)，再将S接2，通过电流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=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) 
(3)图(b)中t=1.2 s时刻，图线切线的斜率大小k=0.781 mA/s，由此可计算电容器的电容C=　　　 　 F(结果保留2位有效数字)。