10-9电容器充放电实验（解析版）--2024高考一轮物理复习100考点100讲

这是一份10-9电容器充放电实验（解析版）--2024高考一轮物理复习100考点100讲，共21页。试卷主要包含了9讲 电容器充电放电实验，51V误差较大，7—8等内容，欢迎下载使用。
2024年高考一轮复习100考点100讲
第10章 静电场
第10.9讲 电容器充电放电实验
【知识点精讲】
[实验目的]
1．观察电容器的充、放电现象。
2．探究电容器的充、放电过程中，电流、电压、电量及能量的转化过程。[来源:Z_xx_k.Com]
[实验原理]
1．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1－1甲。

图1－1
2．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。
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。
[实验器材]
直流电源、电阻、电容器、电流表（或电流传感器和计算机）、电压表、单刀双掷开关、导线。
【温馨提示】电流传感器,与计算机相连,可以测出电容器的放电电流随时间变化关系图像。
[实验步骤]
1．把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路(如图1－2所示)。
2．把开关S接1，此时电源给电容器充电。在充电过程中，可以看到电压表示数迅速增大，随后逐渐稳定在某一数值，表示电容器两极板具有一定的电势差。通过观察电流表可以知道，充电时电流由电源的正极流向电容器的负极板。同时，电流从电容器的负极板流向电源的负极。随着两极板之间电势差的增大，充电电流逐渐减小至0，此时电容器两极板带有一定的等量异种电荷。即使断开电源，两极板上电荷由于相互吸引而仍然被保存在电容器中。

把电流表、电压表换成电流传感器和电压传感器的电路如图。

3．把开关S接2，电容器对电阻R放电。观察电流表可以知道，放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板，正负电荷中和。此时两极板所带的电荷量减小，电势差减小，放电电流也减小，最后两极板电势差以及放电电流都等于0。
电容器充电的I——t图像

电容器放电的I——t图像

[注意事项]
1．电容器的电容要大一些，电源的电压在6 V左右。
2．开关向1闭合时，仔细观察灵敏电流计指针的偏转方向。
3．开关向2闭合时，仔细观察灵敏电流计指针的偏转方向。
【方法归纳】
电容器放电的I——t图像面积表示电容器带电荷量。
【最新高考题精练】
1.（2023全国新课程卷）22．（6分）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。

图（a） 图（b）
（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R，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，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，曲线与坐标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”）。
【参考答案】（1）正极 （2）C （3）R2 电荷量
【名师解析】（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正极接触。
（2）电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，电容器放电，通过小灯泡的电流迅速减小，即相接后小灯泡亮度变化情况可能是迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭，C正确；（3）将电阻箱的阻值调为，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较大即为R2时的结果，曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的电荷量。

2（2015·海南物理）某同学利用图（a）所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材为：电池E（内阻很小）、开关和、电容器C（约100）、电阻（约200k）、电阻（1k）、电压表V（量程6V）、秒表、导线若干。
(1)按图（a）所示的电路原理将图（b）中实物图连线。



(2)先闭合开关，再断开开关：闭合开关，同时按下秒表开始计时。若某时刻电压表示数如图（c）所示，电压表的读数为________V（保留2位小数）。
(3)该同学每隔10s记录一次电压表的读数 ，记录的数据如下表所示，

在答题卡给出的坐标纸上绘出图线，已知只有一个数据点误差较大，该数据点对应的表中的时间是______s。

(4)电路中C、和构成的回路的作用是___________。
【参考答案】（1）实物图连线如图。
（2）3.60V（3）40s（4）使实验前电容器两极板上的电荷相中和

【名师解析】电压表的量程为6V，最小刻度值为0.1V，电压表的读数为3.60V.
根据表中的测量数据，在坐标纸上描出各点，用平滑曲线连接绘出图线，由图线可知，40s对应的4.51V误差较大。
电路中C、和构成的回路的作用是测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化图线实验前，先对电容器放电，电容器两极板上的电荷相中和。



【最新模拟题精练】
1. (2023湖南长沙一中三模)在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图1所示连接电路。电源电动势为8.0V，内阻可以忽略。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。

（1）如果用欧姆表直接连接待测电容器（未充电）两端，观察到指针的偏转情况是_______；
A．偏转角度一直很小
B．偏转角度一直很大
C．偏转角度逐渐增大
D．偏转角度先很大，再逐渐减小
（2）电容器充电后，开关S改接2使电容器进行放电，此过程得到的图像如图2所示，如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的曲线与坐标轴所围成的面积将_______（选填“减小”“不变”或“增大”）。
（3）若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量，则该电容器的电容为_____μF。
（4）关于电容器在整个充，放电过程中的图像和图像的大致形状，可能正确的有______（q为电容器极板所带的电荷量，为A，B两板的电势差）。
A． B．
C． D．
【参考答案】 ①. D ②. 不变 ③. 430 ④. AD##DA
【名师解析】
（1）[1]用欧姆表直接连接待测电容两端，表内部电源给电容器充电，在开始时电流较大，所以指针的偏转角度很大，随着电容器所带电荷量不断增大，充电电流逐渐减小，所以指针的偏转角度逐渐减小。故选D。
（2）[2]根据，电荷量与电阻值R无关，如果不改变电路其他参考数，只减小电阻R的阻值，则此过程的曲线与坐标轴所围成的面积将不变。
（3）[3]根据电容的定义式可得
（4）电容器在充电过程中，电流由最大逐渐减小，放电过程电流也是由最大逐渐减小，根据图像的倾斜程度表示电流的大小，A正确，B错误；
根据电容的定义式可得
电容器的电容不变，C错误，D正确。
2．（9分） （2023广东茂名市一中三模）电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛。某实验小组用如图甲所示的电路研究电容器充、放电情况及电容大小，他们用电流传感器和计算机测出电路中电流随时间变化的曲线。
实验时，根据图甲所示的电路原理图连接好电路，时刻把开关K掷向1端，电容器充电完毕后，再把开关K掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的图像如图乙所示。
（1）电容器放电时，流过电阻R的电流方向为________；（选填“由a到b”或“由b到a”）
（2）乙图中，阴影部分的面积______；（选填“>”、“