2025年高考物理一輪總復(fù)習(xí)課件 第9章 實(shí)驗(yàn)10 觀察電容器的充、放電現(xiàn)象

第九章靜電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)十觀察電容器的充、放電現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)知識(shí)·自主回顧核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破提能訓(xùn)練練案[45]實(shí)驗(yàn)知識(shí)·自主回顧一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．知道電容器的構(gòu)造。2．根據(jù)電路圖正確連接實(shí)物圖，認(rèn)真觀察電容器充放電的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)原理1．電容器的充電過(guò)程當(dāng)S接1時(shí)，電容器接通電源，電容器上極板的自由電子在電場(chǎng)力的作用下將經(jīng)過(guò)電源移到與電源負(fù)極相接的下極板，正極板由于失去負(fù)電荷而帶正電，負(fù)極板由于獲得負(fù)電荷而帶負(fù)電，正、負(fù)極板所帶電荷量大小相等，符號(hào)相反，如圖甲所示。電荷定向移動(dòng)形成電流，由于同性電荷的排斥作用，所以開始電流最大，以后逐漸減小，在電荷移動(dòng)過(guò)程中，電容器極板儲(chǔ)存的電荷不斷增加，電容器兩極板間電壓U等于電源電動(dòng)勢(shì)E時(shí)電荷停止移動(dòng)，電流I＝0。2．電容器的放電過(guò)程當(dāng)S接2時(shí)，電容器的兩極板用導(dǎo)線連接起來(lái)，電容器C正極板上的正電荷與負(fù)極板上的負(fù)電荷中和，兩極板的電荷量逐漸減少，表現(xiàn)為電流逐漸減小，電壓也逐漸減小為零(如圖乙所示)。

三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程1．實(shí)驗(yàn)步驟(1)調(diào)節(jié)直流可調(diào)電源，輸出為6V，并用多用電表校準(zhǔn)。(2)關(guān)閉電源開關(guān)，正確連接實(shí)物圖，電路圖如圖。(3)打開電源，把單刀雙擲開關(guān)S打到上面，使觸點(diǎn)1和觸點(diǎn)2連通，觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)處理的表格中。(4)把單刀雙擲開關(guān)S打到下面，使觸點(diǎn)3和觸點(diǎn)2連通，觀察電容器的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)處理的表格中。(5)記錄好實(shí)驗(yàn)結(jié)果，關(guān)閉電源。2．?dāng)?shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象電容器充電燈泡亮度由明到暗最后熄滅電流表1讀數(shù)由大到小最后為零電壓表讀數(shù)由小到大最后為6V電容器放電燈泡亮度由明到暗最后熄滅電流表2讀數(shù)由大到小最后為零電壓表讀數(shù)由大到小最后為零四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論五、注意事項(xiàng)1．電流表要選用小量程的靈敏電流表。

2．要選擇大容量的電容器。3．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行。4．在做放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，在電路中串聯(lián)一個(gè)電阻，避免燒壞電流表。核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破1教材原型實(shí)驗(yàn)(基礎(chǔ)考點(diǎn)·自主探究)【跟蹤訓(xùn)練】(電容器充、放電現(xiàn)象的定性分析)(2022·北京卷)利用如圖所示電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，其中E為電源，R為定值電阻，C為電容器，A為電流表，V為電壓表。下列說(shuō)法正確的是(

)A．充電過(guò)程中，電流表的示數(shù)逐漸增大后趨于穩(wěn)定B．充電過(guò)程中，電壓表的示數(shù)迅速增大后趨于穩(wěn)定C．放電過(guò)程中，電流表的示數(shù)均勻減小至零D．放電過(guò)程中，電壓表的示數(shù)均勻減小至零B[解析]

充電過(guò)程中，隨著電容器C兩極板電荷量的積累，電路中的電流逐漸減小，電容器充電結(jié)束后，電流表示數(shù)為零，A錯(cuò)誤；充電過(guò)程中，隨著電容器C兩極板電荷量的積累，電壓表測(cè)量電容器兩端的電壓，電容器兩端的電壓迅速增大，電容器充電結(jié)束后，最后趨于穩(wěn)定，B正確；電容器放電過(guò)程的I－t圖像如圖所示，可知電流表和電壓表的示數(shù)不是均勻減小至0的，C、D錯(cuò)誤。(儀器選取和電容器帶電荷量的計(jì)算)電流傳感器可以像電流表一樣測(cè)量電流，能顯示出電流隨時(shí)間變化的I－t圖像。照?qǐng)D甲連接電路，先使開關(guān)S與1端相連，電源向電容器充電，這個(gè)過(guò)程可在較短時(shí)間內(nèi)完成。然后把開關(guān)S擲向2端，電容器通過(guò)電阻R放電，傳感器將電流信息傳入計(jì)算機(jī)，屏幕上顯示出電流隨時(shí)間變化的I－t圖像如圖乙所示。(1)在圖乙中畫一個(gè)豎立的狹長(zhǎng)矩形(在圖乙的最左邊)，它的面積的物理意義是_________(填寫面積所代表物理量的名稱)(2)根據(jù)I－t圖像估算電容器在全部放電過(guò)程中釋放的電荷量約為____________C(結(jié)果保留1位有效數(shù)字)。(3)若對(duì)應(yīng)開關(guān)S與1端相連的充電過(guò)程，電荷量隨時(shí)間變化的q－t圖像的示意圖是怎樣的？請(qǐng)?jiān)趫D丙中定性畫出。___________電荷量3×10－3見解析圖(4)實(shí)驗(yàn)中，為使能觀察到的放電過(guò)程持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間，請(qǐng)通過(guò)分析，判斷：在其他條件一定的條件下，電阻R應(yīng)選擇_________________(“盡量大一些”或“盡量小一些”)。(5)某實(shí)驗(yàn)小組在完成實(shí)驗(yàn)后，積極展開思考，進(jìn)一步進(jìn)行理論探究“為什么放電過(guò)程中電流的變化率越來(lái)越小”，假如你也是實(shí)驗(yàn)小組的一員，請(qǐng)你對(duì)此做出合理的理論分析：_________。盡量大一些見解析[解析]

(1)在極短時(shí)間內(nèi)，電容器放電電流I可以認(rèn)為不變，認(rèn)為圖乙中0.1s內(nèi)放電電流不變，則狹長(zhǎng)矩形面積的物理意義為電容器放出的電荷量。(3)若對(duì)應(yīng)開關(guān)S與1端相連的充電過(guò)程，開始時(shí)充電電流較大，則q－t圖像的切線斜率較大，隨著充電電流逐漸減小，則q－t圖像的切線斜率逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定，q－t圖像如圖所示。(4)實(shí)驗(yàn)中，為使能觀察到的放電過(guò)程持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間，電阻R應(yīng)選擇盡量大一些，因?yàn)獒尫诺碾姾闪渴且欢ǖ?，電流越小，放電過(guò)程持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。2創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提升創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提升(能力考點(diǎn)·深度研析)實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新(1)通過(guò)電流、電壓傳感器輸出充電過(guò)程的電流、電壓隨時(shí)間t變化。(2)計(jì)算電容器的電容與標(biāo)稱值進(jìn)行對(duì)比。(2023·福建卷)某同學(xué)用圖(a)所示的電路觀察矩形波頻率對(duì)電容器充放電的影響。所用器材有：電源、電壓傳感器、電解電容器C(4.7μF,10V)，定值電阻R(阻值2.0kΩ)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干。(1)電解電容器有正、負(fù)電極的區(qū)別。根據(jù)圖(a)，將圖(b)中的實(shí)物連線補(bǔ)充完整___________；見解析圖(2)設(shè)置電源，讓電源輸出圖(c)所示的矩形波，該矩形波的頻率為_______Hz；40(3)閉合開關(guān)S，一段時(shí)間后，通過(guò)電壓傳感器可觀測(cè)到電容器兩端的電壓UC隨時(shí)間周期性變化，結(jié)果如圖(d)所示，A、B為實(shí)驗(yàn)圖線上的兩個(gè)點(diǎn)。在B點(diǎn)時(shí)，電容器處于_______狀態(tài)(選填“充電”或“放電”)在_____點(diǎn)時(shí)(選填“A”或“B”)，通過(guò)電阻R的電流更大；充電B(4)保持矩形波的峰值電壓不變，調(diào)節(jié)其頻率，測(cè)得不同頻率下電容器兩端的電壓隨時(shí)間變化的情況，并在坐標(biāo)紙上作出電容器上最大電壓Um與頻率f關(guān)系圖像，如圖(e)所示。當(dāng)f＝45Hz時(shí)電容器所帶電荷量的最大值Qm＝___________________C(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)；1.8×10－5(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，電容器在充放電過(guò)程中，其所帶的最大電荷量在頻率較低時(shí)基本不變，而后隨著頻率的增大逐漸減小。[解析]

(1)根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖，如