?2024年高考一輪復(fù)習(xí)100考點(diǎn)100講
第10章 靜電場(chǎng)
第10.9講 電容器充電放電實(shí)驗(yàn)
【知識(shí)點(diǎn)精講】
[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯
1．觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。
2．探究電容器的充、放電過程中，電流、電壓、電量及能量的轉(zhuǎn)化過程。[來源:Z_xx_k.Com]
[實(shí)驗(yàn)原理]
1．充電：電源使電容器的兩極板帶上等量異種電荷的過程。如圖1－1甲。

圖1－1
2．放電：用導(dǎo)線將充好電的電容器的兩極板相連，使兩極板的異種電荷中和的過程，如圖乙。
3．電容器充放電時(shí)的能量轉(zhuǎn)化：充電后，電容器儲(chǔ)存了電能。放電時(shí)，儲(chǔ)存的電能釋放出來，轉(zhuǎn)化為其他形式的能。
[實(shí)驗(yàn)器材]
直流電源、電阻、電容器、電流表（或電流傳感器和計(jì)算機(jī)）、電壓表、單刀雙擲開關(guān)、導(dǎo)線。
【溫馨提示】電流傳感器,與計(jì)算機(jī)相連,可以測(cè)出電容器的放電電流隨時(shí)間變化關(guān)系圖像。
[實(shí)驗(yàn)步驟]
1．把直流電源、電阻、電容器、電流表、電壓表以及單刀雙擲開關(guān)組裝成實(shí)驗(yàn)電路(如圖1－2所示)。
2．把開關(guān)S接1，此時(shí)電源給電容器充電。在充電過程中，可以看到電壓表示數(shù)迅速增大，隨后逐漸穩(wěn)定在某一數(shù)值，表示電容器兩極板具有一定的電勢(shì)差。通過觀察電流表可以知道，充電時(shí)電流由電源的正極流向電容器的負(fù)極板。同時(shí)，電流從電容器的負(fù)極板流向電源的負(fù)極。隨著兩極板之間電勢(shì)差的增大，充電電流逐漸減小至0，此時(shí)電容器兩極板帶有一定的等量異種電荷。即使斷開電源，兩極板上電荷由于相互吸引而仍然被保存在電容器中。

把電流表、電壓表換成電流傳感器和電壓傳感器的電路如圖。

3．把開關(guān)S接2，電容器對(duì)電阻R放電。觀察電流表可以知道，放電電流由電容器的正極板經(jīng)過電阻R流向電容器的負(fù)極板，正負(fù)電荷中和。此時(shí)兩極板所帶的電荷量減小，電勢(shì)差減小，放電電流也減小，最后兩極板電勢(shì)差以及放電電流都等于0。
電容器充電的I——t圖像

電容器放電的I——t圖像

[注意事項(xiàng)]
1．電容器的電容要大一些，電源的電壓在6 V左右。
2．開關(guān)向1閉合時(shí)，仔細(xì)觀察靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向。
3．開關(guān)向2閉合時(shí)，仔細(xì)觀察靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向。
【方法歸納】
電容器放電的I——t圖像面積表示電容器帶電荷量。
【最新高考題精練】
1.（2023全國(guó)新課程卷）22．（6分）在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)中，所用器材如下：電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關(guān)以及導(dǎo)線若干。

圖（a） 圖（b）
（1）用多用電表的電壓擋檢測(cè)電池的電壓。檢測(cè)時(shí)，紅表筆應(yīng)該與電池的________（填“正極”或“負(fù)極”）接觸。
（2）某同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路如圖（a）所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為R，將單刀雙擲開關(guān)S與“1”端相接，記錄電流隨時(shí)間的變化。電容器充電完成后，開關(guān)S再與“2”端相接，相接后小燈泡亮度變化情況可能是________。（填正確答案標(biāo)號(hào)）
A．迅速變亮，然后亮度趨于穩(wěn)定
B．亮度逐漸增大，然后趨于穩(wěn)定
C．迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅
（3）將電阻箱的阻值調(diào)為，再次將開關(guān)S與“1”端相接，再次記錄電流隨時(shí)間的變化情況。兩次得到的電流I隨時(shí)間t變化如圖（b）中曲線所示，其中實(shí)線是電阻箱阻值為________（填“R1”或“R2”）時(shí)的結(jié)果，曲線與坐標(biāo)軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的________（填“電壓”或“電荷量”）。
【參考答案】（1）正極 （2）C （3）R2 電荷量
【名師解析】（1）用多用電表的電壓擋檢測(cè)電池的電壓。檢測(cè)時(shí)，紅表筆應(yīng)該與電池的正極接觸。
（2）電容器充電完成后，開關(guān)S再與“2”端相接，電容器放電，通過小燈泡的電流迅速減小，即相接后小燈泡亮度變化情況可能是迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅，C正確；（3）將電阻箱的阻值調(diào)為，得到的電流I隨時(shí)間t變化如圖（b）中曲線所示，其中實(shí)線是電阻箱阻值較大即為R2時(shí)的結(jié)果，曲線與坐標(biāo)軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的電荷量。

2（2015·海南物理）某同學(xué)利用圖（a）所示電路測(cè)量電容器充電時(shí)兩極板間的電壓隨時(shí)間的變化。實(shí)驗(yàn)中使用的器材為：電池E（內(nèi)阻很?。㈤_關(guān)和、電容器C（約100）、電阻（約200k）、電阻（1k）、電壓表V（量程6V）、秒表、導(dǎo)線若干。
(1)按圖（a）所示的電路原理將圖（b）中實(shí)物圖連線。



(2)先閉合開關(guān)，再斷開開關(guān)：閉合開關(guān)，同時(shí)按下秒表開始計(jì)時(shí)。若某時(shí)刻電壓表示數(shù)如圖（c）所示，電壓表的讀數(shù)為________V（保留2位小數(shù)）。
(3)該同學(xué)每隔10s記錄一次電壓表的讀數(shù) ，記錄的數(shù)據(jù)如下表所示，

在答題卡給出的坐標(biāo)紙上繪出圖線，已知只有一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差較大，該數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的表中的時(shí)間是______s。

(4)電路中C、和構(gòu)成的回路的作用是___________。
【參考答案】（1）實(shí)物圖連線如圖。
（2）3.60V（3）40s（4）使實(shí)驗(yàn)前電容器兩極板上的電荷相中和

【名師解析】電壓表的量程為6V，最小刻度值為0.1V，電壓表的讀數(shù)為3.60V.
根據(jù)表中的測(cè)量數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上描出各點(diǎn)，用平滑曲線連接繪出圖線，由圖線可知，40s對(duì)應(yīng)的4.51V誤差較大。
電路中C、和構(gòu)成的回路的作用是測(cè)量電容器充電時(shí)兩極板間的電壓隨時(shí)間的變化圖線實(shí)驗(yàn)前，先對(duì)電容器放電，電容器兩極板上的電荷相中和。



【最新模擬題精練】
1. (2023湖南長(zhǎng)沙一中三模)在“用傳感器觀察電容器的充放電過程”實(shí)驗(yàn)中，按圖1所示連接電路。電源電動(dòng)勢(shì)為8.0V，內(nèi)阻可以忽略。單刀雙擲開關(guān)S先跟2相接，某時(shí)刻開關(guān)改接1，一段時(shí)間后，把開關(guān)再改接2。實(shí)驗(yàn)中使用了電流傳感器來采集電流隨時(shí)間的變化情況。

（1）如果用歐姆表直接連接待測(cè)電容器（未充電）兩端，觀察到指針的偏轉(zhuǎn)情況是_______；
A．偏轉(zhuǎn)角度一直很小
B．偏轉(zhuǎn)角度一直很大
C．偏轉(zhuǎn)角度逐漸增大
D．偏轉(zhuǎn)角度先很大，再逐漸減小
（2）電容器充電后，開關(guān)S改接2使電容器進(jìn)行放電，此過程得到的圖像如圖2所示，如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R的阻值，則此過程的曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積將_______（選填“減小”“不變”或“增大”）。
（3）若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得該電容器在整個(gè)放電過程中釋放的電荷量，則該電容器的電容為_____μF。
（4）關(guān)于電容器在整個(gè)充，放電過程中的圖像和圖像的大致形狀，可能正確的有______（q為電容器極板所帶的電荷量，為A，B兩板的電勢(shì)差）。
A． B．
C． D．
【參考答案】 ①. D ②. 不變 ③. 430 ④. AD##DA
【名師解析】
（1）[1]用歐姆表直接連接待測(cè)電容兩端，表內(nèi)部電源給電容器充電，在開始時(shí)電流較大，所以指針的偏轉(zhuǎn)角度很大，隨著電容器所帶電荷量不斷增大，充電電流逐漸減小，所以指針的偏轉(zhuǎn)角度逐漸減小。故選D。
（2）[2]根據(jù)，電荷量與電阻值R無關(guān)，如果不改變電路其他參考數(shù)，只減小電阻R的阻值，則此過程的曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積將不變。
（3）[3]根據(jù)電容的定義式可得
（4）電容器在充電過程中，電流由最大逐漸減小，放電過程電流也是由最大逐漸減小，根據(jù)圖像的傾斜程度表示電流的大小，A正確，B錯(cuò)誤；
根據(jù)電容的定義式可得
電容器的電容不變，C錯(cuò)誤，D正確。
2．（9分） （2023廣東茂名市一中三模）電容器是一種重要的電學(xué)元件，在電工、電子技術(shù)中應(yīng)用廣泛。某實(shí)驗(yàn)小組用如圖甲所示的電路研究電容器充、放電情況及電容大小，他們用電流傳感器和計(jì)算機(jī)測(cè)出電路中電流隨時(shí)間變化的曲線。
實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)圖甲所示的電路原理圖連接好電路，時(shí)刻把開關(guān)K擲向1端，電容器充電完畢后，再把開關(guān)K擲向2端，電容器通過電阻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)間變化的圖像如圖乙所示。
（1）電容器放電時(shí)，流過電阻R的電流方向?yàn)開_______；（選填“由a到b”或“由b到a”）
（2）乙圖中，陰影部分的面積______；（選填“>”、“

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