復習目標
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考點一 教材原型實驗
【夯基·必備基礎知識梳理】
知識點 實驗目的、器材、原理、步驟、注意事項、誤差分析
【提升·必考題型歸納】
考向1 實驗原理與操作
考向2 數(shù)據(jù)處理與誤差分析
考點二 創(chuàng)新實驗方案
【夯基·必備基礎知識梳理】
知識點 實驗方案的改進
【提升·必考題型歸納】
考向1 實驗原理的改進
考向2 實驗器材的創(chuàng)新
考向3 實驗思路的創(chuàng)新
真題感悟
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理解和掌握觀察電容器的充放電現(xiàn)象實驗原理，并會做出必要的誤差分析。
2、能夠在原型實驗基礎上，通過對實驗的改進或者創(chuàng)新，做出同類探究。
考點一 教材原型實驗
知識點 實驗目的、器材、原理、步驟、注意事項、誤差分析
1.實驗原理
（1）電容器充電:電源使電容器的兩極板帶上等量異種電荷的過程,如圖甲。
（2）電容器放電:用導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）電容器充放電時的能量轉化:充電后,電容器儲存了電能。放電時,儲存的電能釋放出來,轉化為其他形式的能。
2.實驗操作
（1）電容器的充電：開關S合向1,電容器充電。
現(xiàn)象:
①白熾燈開始較亮,逐步變暗。
②的讀數(shù)由大變小。
③的讀數(shù)變大。
④最后的大小等于0,的大小等于電源電壓。
⑤解釋:電源正極向極板供給正電荷,負極向極板供給負電荷。電荷在電路中定向移動形成電流,兩極板間有電壓。S剛合上時,電源與電容器之間存在較大的電壓,使大量電荷從電源移向電容器極板,產生較大電流,隨著極板電荷的增加,極板間電壓增大,電流減小。當電容器兩極板間電壓等于電源電壓時,電荷不再定向移動,電流為0,燈不亮。
（2）電容器的放電：開關S合向2,電容放電。
現(xiàn)象:
①開始燈較亮,逐漸變暗,直至熄滅。
②開始較大,逐漸變小,電流方向與充電方向相反,直至指示為0。
③開始指示為電源電壓,逐漸減小,直至為0。
④解釋:放電過程中,由于電容器兩極板間的電壓使回路中有電流產生。開始這個電壓較大,因此電流較大,隨著電容器極板上的正、負電荷的中和,極板間的電壓逐漸減小,電流也減小,最后放電結束,極板間不存在電壓,電流為0。
⑤結論:當電容器極板上所儲存的電荷量發(fā)生變化時,電路中就有電流流過;若電容器極板上所儲存的電荷量恒定不變時,則電路中就沒有電流流過。
3.分析與論證
當電容器極板上所儲存的電荷發(fā)生變化時,電路中就有電流流過;若電容器極板上所儲存的電荷量恒定不變時,則電路中就沒有電流流過。電路中的平均電流為I=ΔqΔt。
考向1 實驗原理與操作
1．小理同學利用如圖甲所示電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，圖乙是毫安表表頭。

（1）小理先將單刀雙拋開關打到1位置，發(fā)現(xiàn)毫安表指針向右偏轉，電容器開始充電，充電電流逐漸變____，此時電容器的上極板帶____；再將開關打到2位置，發(fā)現(xiàn)毫安表指針向____偏轉，電容器開始放電，放電電流逐漸變小。以上三空格，判斷正確的是
A．大、正、右B．小、正、左
C．大、負、右D．小、負、左
（2）小理同學將放電過程所獲得的數(shù)據(jù)繪制成圖丙中的a圖線（圖中實線）。再通過調節(jié)電阻箱，增大電阻R，重復電容器的沖、放電過程，再收集放電電流的數(shù)據(jù)，將得到圖丙中的 曲線（選填“b”或“c”）。小理同學通過觀察圖像中的 （選填“截距”、“斜率”或“面積”），認為在誤差允許的范圍內，控制充電電壓不變，改變電路中的電阻，不會影響電容器放電的電荷量。
（3）在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中，以下觀點錯誤的是
A．在ef之間增加一個微型直流小風扇，可以展示電容器是儲能元件
B．更換電容C值更小的電容器，在電源電壓不變的情況下，電容器放電時釋放的電荷量仍不變
C．將電源電壓增大，且不超過電容器的耐壓，可以增大電容器放電時釋放的電荷量
D．將變阻箱轉移動mn之間，可以減少電容器的充電時間
【答案】 B 面積 B
【詳解】（1）[1]小理先將單刀雙拋開關打到1位置，發(fā)現(xiàn)毫安表指針向右偏轉，電容器開始充電，充電電流逐漸變小，此時電容器的上極板與電源正極相連，帶正電；再將開關打到2位置，電容器放電，通過電容器的電流方向相反，毫安表指針向左偏轉，放電電流逐漸變小。
故選B。
（2）[2]增大電阻R，電容器放電時間延長，對應圖中的c曲線；
[3]圖中電流-時間圖像與坐標軸圍成的面積表示電容器的放電量，所以小理同學通過觀察圖像中的面積，認為在誤差允許的范圍內，控制充電電壓不變，改變電路中的電阻，不會影響電容器放電的電荷量。
（3）[4] A．在ef之間增加一個微型直流小風扇，電容器放電時，小風扇工作，可以展示電容器是儲能元件，故A正確，不符合題意；
B．更換電容C值更小的電容器，在電源電壓不變的情況下，由，可知電容器的帶電量減少，電容器放電時釋放的電荷量減少，故B錯誤，符合題意；
C．將電源電壓增大，且不超過電容器的耐壓，由，可知電容器充電后，帶電量增大，可以增大電容器放電時釋放的電荷量，故C正確，不符合題意；
D．將變阻箱轉移動mn之間，可知增大電容器充電電流，可以減少電容器的充電時間，故D正確，不符合題意。故選B。
考向2 數(shù)據(jù)處理與誤差分析
2．某同學利用圖（a）所示電路測量一電容器的電容，將開關S從2端撥至1端，電源對電容器充電；再將開關S撥至2端，電容器放電?；卮鹣铝袉栴}：

（1）下表記錄了放電過程中某個時刻t的物理量及其變化，在表中①②③空格處填上合理的答案；
（2）充電過程中，電流傳感器和電壓傳感器將信息即時輸入計算機，屏幕上顯示出如圖（b）所示的電流I、電壓U隨時間t變化的I-t圖線、U-t圖線。根據(jù)圖（b）估算當電容器剛開始放電時所帶的電荷量Q= C，計算電容器的電容C= F；已知待測電容器電容標稱值為，則測量值C與的差異為 %。（結果均保留2位有效數(shù)字）

【答案】 b→a 減小 減小 11
【詳解】（1）①[1]電容器上極板帶正電，放電時，電流從正極板經(jīng)電阻流向負極板，故通過R的電流方向是。
②[2]放電時，電流減小。
③[3]放電時，電壓減小。
（2）[4][5][6]根據(jù)I-t圖線與坐標軸所圍的面積表示電容器所帶的電荷量，所圍的面積有8格，則
此時電壓為8V，可計算電容器的電容
將C和帶入公式，可得
考點二 創(chuàng)新實驗方案
知識點1 實驗器材的改進：使用傳感器測量數(shù)據(jù)
知識點2 實驗思路的改進：組成LC振蕩電路，一個實驗分飾兩角。
考向1 實驗原理的改進
1．為了測量該電容器電容的大小，甲同學利用電流表和電壓表來觀察電容器充、放電現(xiàn)象，如圖（a）所示，所選用電流表的零刻度在表盤的正中央，指針可向左、右偏轉，已知電流從該電流表的“+”接線柱流入時，指針向右偏轉，反之向左偏轉。所選用的電壓表的零刻度在表盤的最左側。
（1）為觀察電容器C充電時的現(xiàn)象，應將單刀雙擲開關S接 （選填“1”或“2”）。
（2）在利用圖（a）電路進行實驗時，下列操作或現(xiàn)象正確的是 。
A．連接電路時，電流傳感器的下端為“+”接線柱
B．電容器C在放電時，流經(jīng)電阻R的電流忽左忽右
C．電容器C充電結束后，電壓表示數(shù)等于電源電動勢
（3）乙同學用圖（a）所示電路來觀察電容器C放電現(xiàn)象：他利用電流傳感器采集放電過程電路中的電流，并輸入計算機，得到了圖（b）所示的電流與時間的關系圖像。已知該同學所選用的直流電源電動勢。

已知圖（b）中圖線與坐標軸所圍成圖形的面積表示電容器放電過程中所釋放的電量，每一小格面積表示的電荷量為，據(jù)此可求出電容器放電前所帶電荷量 C；根據(jù)該圖，可知他所選用的電容器最可能是下列的 （選填序號“A”，“B”或“C”）。

（4）電容器充電后就儲存了能量，某同學研究電容器儲存的能量與電容器的電容、電荷量及電容器兩極間電壓之間的關系。他從等效的思想出發(fā)，認為電容器儲存的能量等于把電荷從一個極板搬運到另一個極板過程中克服電場力所做的功。為此他做出電容器兩極間的電壓隨電荷量變化的圖像如圖所示。按他的想法，下列說法正確的是 。

A．圖線的斜率越大，電容越大
B．搬運的電量，克服電場力所做的功近似等于上方小矩形的面積
C．對同一電容器，電容器儲存的能量與兩極間電壓成正比
D．若電容器電荷量為時儲存的能量為，則電容器電荷量為時儲存的能量為
【答案】 1 C B BD/DB
【詳解】（1）[1]要給電容器充電，則電容器需與電源連接，因此應將單刀雙擲開關S接1。
（2）[2]A．充電時，電容器的上極板與電源的正極相連，因此電容器上極板帶正電，當開關接2時，電容器上極板與電流傳感器上端接通，因此可知電流傳感器上端為“+”接線柱，故A錯誤；
B．電容器放電時電流方向不變，不可能忽左忽右，故B錯誤；
C．電容器充電結束后電壓表示數(shù)等于電源電動勢，故C正確。故選C。
（3）[3]圖（b）中通過數(shù)數(shù)，共計約有40格，所以可得電容器的總帶電量
根據(jù)電容器的定義可得
[4]根據(jù)電容器的容量，結合圖中所給電容器的容量大小，可知該同學選用的電容器最可能是B圖所示電容器。
（4）[5]A．由圖可知，與成正比，根據(jù)可得因此，圖線得斜率越大，電容越小，故A錯誤；
B．由類比速度—時間圖像得面積表示位移，則圖像的面積代表克服電場力所做的功，所以搬運的電量，克服電場力所做的功近似等于上方小矩形得面積，故B正確；
C．從等效思想出發(fā)，電容器存儲的能量等于把電荷從一個極板搬運到另一個極板過程中克服電場力所做的功，也等于圖像所圍成的面積，設電容器搬運電荷量為時對應的能量為，則可得所以可得儲存的能量與兩極板間電壓的平方成正比，故C錯誤；
D．由以上分析可得當電容一定時，電荷量變?yōu)樵瓉淼囊话?，儲存的能量變?yōu)樵瓉淼模蔇正確。故選BD。
考向2 實驗器材的創(chuàng)新
2．在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中，某研究小組同學按照圖甲所示連接電路，并將傳感器與計算機相連。實驗時，先將開關S擲向1，一段時間后，將開關擲向2，傳感器將信息傳入計算機屏幕上，顯示出電流或電壓隨時間變化的圖線。

（1）由電路圖可知，傳感器1應為 ，傳感器2應為 。
A．電流傳感器 B．電壓傳感器 C．溫度傳感器 D．壓力傳感器
（2）用U表示電容器兩端的電壓，I表示電路中的電流，當開關擲向1后的一段時間里，下列圖像正確的有 。
A． B．
C． D．
（3）開關擲向2后，通過R的電流方向為 （填“向上””或“向下”）。
（4）若電源電動勢為2V，開關擲向2后，通過R的電流大小的變化圖像如圖乙所示，則該電容器的電容為 F。（結果保留兩位有效數(shù)字）
【答案】 A B AD/DA 向下 ////
【詳解】（1）[1]由電路圖可知傳感器1串聯(lián)在電路中，因此為電流傳感器。
[2]傳感器2并聯(lián)在電路中，為電壓傳感器。
（2）[3]電容器在充電過程中，充電電流逐漸減小，電容器兩端電壓逐漸增大，電壓的變化率逐漸變小，最后趨于穩(wěn)定值，故AD正確，BC錯誤。故選AD。
（3）[4]開關擲向2后，電容器開始放電，通過R的電流方向向下。
（4）[5]由圖乙顯示的i-t圖像的面積可求出電容器的電荷量則電容器的電容因電荷量的值需估算，所以電容值在均可。
考向3 實驗思路的創(chuàng)新
3．電流傳感器可以在電腦端記錄電流隨時間變化的圖線，探究實驗小組設計了如圖甲所示的實驗電路，探究電容器在不同電路中的充放電現(xiàn)象。

（1）第一次探究中先將開關接1，待電路穩(wěn)定后再接2。探究電容器充電及通過電阻放電的電流規(guī)律。
①已知電流從右向左流過電流傳感器時，電流為正，則與本次實驗相符的I?t圖像是 。
A． B．
C． D．
②從I?t圖像的面積可以計算得出電容器電荷量的大小。關于本次實驗探究，下列判斷正確的是 。
A．若只增大電阻箱R的阻值，電容器放電的時間將變短
B．若只增大電阻箱R的阻值，I?t圖像的面積將增大
C．在誤差允許的范圍內，放電和充電圖像的面積應大致相等
（2）第二次探究中，該同學先將開關接1給電容器充電，待電路穩(wěn)定后再接3，探究LC振蕩電路的電流變化規(guī)律。
③探究實驗小組得到的振蕩電路電流波形圖像，選取了開關接3之后的LC振蕩電流的部分圖像，如圖乙所示，根據(jù)圖像中記錄的坐標信息可知，振蕩電路的周期T= s（結果保留兩位有效數(shù)字）。

④如果使用電動勢更大的電源給電容器充電，則LC振蕩電路的頻率將 （填“增大”、“減小”或“不變”）。
⑤已知電源電動勢E，測得充電過程I?t圖像的面積為S，以及振蕩電路的周期T，可以得到電感線圈的電感表達式L= 。（以上物理量的單位均為國際單位制單位）
【答案】 A C 9.2×10-3 不變
【詳解】（1）①[1]第一次探究過程為先給電容器充電，后電容器通過R放電，給電容器充電過程中電流從右向左流過傳感器，即為正，由于充電后電容器上極板帶正電，電容器通過R放電時，電流從左向右流過傳感器，即為負。故選A。
②[2]I?t圖像的面積可以計算得出電容器電荷量的大小，則放電和充電圖像的面積應大致相等，若只增大電阻箱R的阻值，電容器的電荷量不變，I?t圖像的面積不變，若只增大電阻箱R的阻值，對電流的阻礙作用變大，電容器放電的時間將變長
故選C。
（2）③[3]由圖乙可知
④[4]由振蕩周期可知，如果使用電動勢更大的電源給電容器充電，則LC振蕩電路的周期不變，則頻率也不變；
⑤[5]充電過程I?t圖像的面積為S，則得由得
（2023年山西卷高考真題）在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中，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、單刀雙擲開關以及導線若干。

（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應該與電池的 （填“正極”或“負極”）接觸。
（2）某同學設計的實驗電路如圖（a）所示。先將電阻箱的阻值調為，將單刀雙擲開關S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后，開關S再與“2”端相接，相接后小燈泡亮度變化情況可能是 。（填正確答案標號）
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）將電阻箱的阻值調為，再次將開關S與“1”端相接，再次記錄電流隨時間的變化情況。兩次得到的電流I隨時間t變化如圖（b）中曲線所示，其中實線是電阻箱阻值為 （填“R1”或“R2”）時的結果，曲線與坐標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”）。
【答案】 正極 C 電荷量
【詳解】（1）[1]多用電表紅表筆流入電流，黑表筆流出電流，故電流表紅表筆應該與電池的正極接觸；
（2）[2]電容器充電完成后，開始時兩極板電量較多，電勢差較大，當閉合“2”接入小燈泡，回路立即形成電流，燈泡的迅速變亮；隨著時間的積累，兩極板電量變少，電勢差變小，流過燈泡的電流減小，直至兩極板電荷量為零不帶電，則無電流流過小燈泡即熄滅，故選C。
（3）[3]開始充電時兩極板的不帶電，兩極板電勢差為零，設電源內阻為r，則開始充電時有
由圖像可知開始充電時實線的電流較小，故電路中的電阻較大，因此電阻箱阻值為；
[4]圖像的物理意義為充電過程中電流隨時間的變化圖線，故曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的電荷量?？键c要求
考題統(tǒng)計
考情分析
觀察電容器的充放電現(xiàn)象
2023年山西卷第9題
各地高考對觀察電容器的充放電現(xiàn)象這個實驗的考查近幾年頻度不高，主要考查原型實驗的原理。
放電過程中某個時刻t
通過電阻R的電流方向（選填“”或“”）
①
通過電阻R的電流正在增大還是減小
②
電容器兩端的電壓正在增大還是減小
③

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