任务三观察电容器的充放电现象
实验探究课10 观察电容器的充、放电现象-2025版物理大一轮复习
观察电容器的充、放电现象[实验基本技能]一、实验目的1.理解电容器的储能特性及其在电路中能量的转换规律。
2.理解电容器充、放电过程中，电路中的电流随时间的变化规律。
二、实验原理如图所示，当开关拨到位置“1”时，电源E对电容器充电；当开关拨到位置“2”时，电容器放电。
在充电和放电过程中，利用电流计观察电路的电流大小和方向的变化，进而判断电容器两极板储存电荷量的变化及电流随时间的变化规律。
三、实验器材电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电阻、多用电表、电流表、导线。
四、实验步骤1.调节直流可调电源，输出为6V，并用多用电表校准。
2.关闭电源开关，正确连接实物图。
3.打开电源，把双掷开关S打到上面，使开关拨到位置“1”，观察电容器的充电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。
4.把双掷开关S打到下面，使开关拨到位置“2”，观察电容器的放电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。
5.记录好实验结果，关闭电源。
[规律方法总结]一、数据处理实验项目实验现象电容器充电安培表读数由大到小最后为零电容器放电安培表读数由大到小最后为零二、实验结论1.观察电容器充电现象：充电电流由电源的正极流向电容器的正极板，同时，电流从电容器的负极板流向电源的负极，电流表示数逐渐变小，最后为0。
2.观察电容器的放电现象：放电电流由电容器的正极板经过电流表流向电容器的负极板，放电电流逐渐减小，最后为0。
充、放电电流的变化是极短暂的。
三、注意事项1.电流表要选用小量程的灵敏电流表。
2.要选择大容量的电容器。
3.实验过程中要在干燥的环境中进行。
4.在做放电实验时，在电路中串联一个电阻，避免烧坏电流表。
考点一教材原型实验1.(实验原理与操作)小理同学利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象，图乙是毫安表表头。
甲乙丙(1)小理先将单刀双掷开关打到1位置，发现毫安表指针向右偏转，电容器开始充电，充电电流逐渐变，此时电容器的上极板带；再将开关打到2位置，发现毫安表指针向偏转，电容器开始放电，放电电流逐渐变小。
实验讲义10-观察电容器的充放电现象-答案版
实验：观察电容器的充放电现象2020年4月11日1一、电容器充、放电实验电路 1.电路中可以串接：小灯泡——观察亮、暗，以确定有无电流 发光二极管——观察亮、暗，以确定电流方向定值电阻和电流表——观察电流方向和大小变化情况定值电阻和电流传感器、电压传感器——绘制i-t 图和u-t 图，以了解更细致的变化（1）充电：把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板将分别带上等量的异号电荷，这个过程叫做充电。
从灵敏电流计可以观察到短暂的充电电流。
充电后，切断与电源的联系，两个极板上的电荷由于互相吸引而保存下来，两极板间有电场存在。
充电过程中由电源获得的电能储存在电容器中。
（2）放电：用导线把充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷中和，电容器又不带电了，这个过程叫做放电。
从灵敏电流计可以观察到短暂的放电电流。
放电后，两极板间不再有电场，电场能转化为其他形式的能量。
2.要求：会描述电容器充、放电过程中q 、u 、i 、E 等量的变化 熟悉各图像，会分析图像截距、斜率、面积等的物理意义 会根据U-Q 图像求电容器储存的电能，了解半能损失电容概念的建立过程，类似比值定义法建立的概念还有哪些二、影响电容器电容的因素1.静电计是一个电容非常小的电容器，在与平行板电容器具有相同电压时，所带电荷量非常少。
静电计指针张角大小可以表示静电计带电量的大小，也可以表示静电计的电压，等于电容器电压。
2.电容的决定式A b a U =0 E S CAb a S U E +Q -Q实验：观察电容器的充放电现象2020年4月11日．如图所示，某时刻一平行板电容器两板间电场方向向右。
下列叙述正确的是 D ．电容器板间电场最强时，电路中电流一定最大2．在测定电容器电容值的实验中，将电容器、电压传感器、阻值为3k Ω的电阻R 、电源、单刀双掷开关按图甲所示电路图进行连接。
）先使开关S 与 端相连，电源向电容器充电，充电完毕后把开关S 掷向 端，电容器放电，直至放电完毕（填写“1”或“2”）。
第3讲电容器实验观察电容器的充放电现象教案
第3讲电容器实验：观察电容器的充、放电现象 目标要求1.知道电容器的基本构造，了解电容器的充电、放电过程，认识常见的电容器.2.理解电容的物理意义，掌握电容的定义式、单位，并能运用公式分析实际问题.3.了解影响平行板电容器电容大小的因素，能利用公式判断平行板电容器电容的变化．考点一电容器及平行板电容器的动态分析 基础回扣1．电容器(1)组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成． (2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值． (3)电容器的充、放电： ①充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能． ②放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能． 2．电容(1)定义：电容器所带的电荷量与电容器两极板之间的电势差之比．(2)定义式：C ＝Q U. (3)单位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF).1F ＝106μF ＝1012pF.(4)意义：表示电容器容纳电荷本领的高低．(5)决定因素：由电容器本身物理条件(大小、形状、极板相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及电压无关．3．平行板电容器的电容(1)决定因素：正对面积、相对介电常数、两板间的距离．(2)决定式：C ＝εr S 4πkd. 技巧点拨1．两类典型问题(1)电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差U 保持不变．(2)电容器充电后与电源断开，电容器两极板所带的电荷量Q 保持不变．2．动态分析思路(1)U 不变①根据C ＝Q U ＝εr S 4πkd先分析电容的变化，再分析Q 的变化． ②根据E ＝U d分析场强的变化． ③根据U AB ＝E ·d 分析某点电势变化．(2)Q 不变①根据C ＝Q U ＝εr S 4πkd先分析电容的变化，再分析U 的变化． ②根据E ＝U d ＝4k πQ εr S分析场强变化． 两极板间电势差不变例1(2016·全国卷Ⅰ·14)一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上．若将云母介质移出，则电容器()A ．极板上的电荷量变大，极板间电场强度变大B ．极板上的电荷量变小，极板间电场强度变大C ．极板上的电荷量变大，极板间电场强度不变D ．极板上的电荷量变小，极板间电场强度不变答案D解析由C ＝εr S 4πkd可知，当将云母介质移出时，εr 变小，电容器的电容C 变小；因为电容器接在恒压直流电源上，故U 不变，根据Q ＝CU 可知，当C 变小时，Q 变小．再由E ＝U d，由于U 与d 都不变，故电场强度E 不变，选项D 正确．两极板带电荷量不变例2(2018·北京卷·19)研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图1所示．下列说法正确的是()图1A ．实验前，只用带电玻璃棒与电容器a 板接触，能使电容器带电B ．实验中，只将电容器b 板向上平移，静电计指针的张角变小C ．实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大D ．实验中，只增加极板带电荷量，静电计指针的张角变大，表明电容增大答案A解析实验前，只用带电玻璃棒与电容器a 板接触，由于静电感应，在b 板上将感应出异种电荷，A 正确；b 板向上平移，正对面积S 变小，由C ＝εr S 4πkd 知，电容C 变小，由C ＝Q U知，Q 不变，U 变大，因此静电计指针的张角变大，B 错误；插入有机玻璃板，相对介电常数εr 变大，由C ＝εr S 4πkd 知，电容C 变大，由C ＝Q U知，Q 不变，U 变小，因此静电计指针的张角变小，C 错误；由C ＝Q U知，实验中，只增加极板带电荷量，静电计指针的张角变大，是由于C 不变导致的，D 错误．1．(U 不变)(多选)(2019·天津市南开区下学期二模)如图2所示，两块水平放置的平行正对的金属板a 、b 与恒压电源相连，在距离两板等距的M 点有一个带电液滴处于静止状态．若将a 板向下平移一小段距离，但仍在M 点上方，稳定后，下列说法中正确的是()图2A ．液滴将向下加速运动B ．M 点电势升高，液滴在M 点的电势能将降低C ．M 点的电场强度变小了D ．在a 板移动前后两种情况下，若将液滴从a 板移到b 板，电场力做功相同答案BD解析极板始终与电源连接，电压不变，d 减小，由E ＝U d可知，电场强度E 增大，则带电液滴所受电场力增大，液滴将向上加速运动，故A 、C 错误；b 点电势为零，U Mb ＝φM －φb ＝φM ＝Ed Mb ，场强增大，M 点电势升高，由题意，液滴处于静止状态，可知液滴所受电场力方向向上，所以液滴带负电，液滴在M 点电势能降低，故B 正确；在a 板移动前后两种情况下，若将液滴从a 板移到b 板，由于电势差相同，电场力做功qU 相同，故D 正确．2．(Q 不变)(2016·天津卷·4)如图3所示，平行板电容器带有等量异种电荷，与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地，在两极板间有一固定在P 点的点电荷，以E 表示两板间的电场强度，E p 表示点电荷在P 点的电势能，θ表示静电计指针的偏角．若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置，则()图3A ．θ增大，E 增大B ．θ增大，E p 不变C ．θ减小，E p 增大D ．θ减小，E 不变答案D解析若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离，根据C ＝εr S 4πkd可知，C 变大；根据Q ＝CU 可知，在Q 一定的情况下，两极板间的电势差减小，则静电计指针偏角θ减小；根据E ＝U d ，Q ＝CU ，C ＝εr S 4πkd ，联立可得E ＝4πkQ εr S，可知E 不变；P 点离下极板的距离不变，E不变，则P点与下极板的电势差不变，P点的电势不变，故E p不变；由以上分析可知，选项D正确．考点二实验：观察电容器的充、放电现象基础回扣1．实验原理(1)电容器的充电过程如图4所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在电场力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因失去电子而带正电，负极板因获得电子而带负电．正、负极板带等量的正、负电荷．电荷在移动的过程中形成电流．在充电开始时电流比较大(填“大”或“小”)，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐减小(填“增大”或“减小”)，当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止移动，电流I＝0.图4(2)电容器的放电过程如图5所示，当开关S接2时，相当于将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷发生中和．在电子移动过程中，形成电流．放电开始电流较大(填“大”或“小”)，随着两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流逐渐减小(填“增大”或“减小”)，两极板间的电压也逐渐减小到零．图52．实验步骤(1)按图6连接好电路．图6(2)把单刀双掷开关S打在上面，使触点1和触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中．(3)将单刀双掷开关S打在下面，使触点3和触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中．(4)记录好实验结果，关闭电源．3．注意事项(1)电流表要选用小量程的灵敏电流计．(2)要选择大容量的电容器．(3)实验要在干燥的环境中进行．电容器充、放电现象的定性分析例3在如图7所示实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是()图7A ．开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带正电B ．开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带负电C ．开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带正电D ．开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带负电答案A解析开关接1时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连而带正电，A 正确，B 错误；开关接2时，平行板电容器放电，放电结束后上、下极板均不带电，C 、D 错误．电容器充、放电现象的定量计算例4电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是反应比较灵敏，且可以和计算机相连，能画出电流与时间的变化图像．图8甲是用电流传感器观察电容器充、放电过程的实验电路图，图中电源电压为6V .图8先使开关S 与1接通，待充电完成后，把开关S 再与2接通，电容器通过电阻放电，电流传感器将电流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的I －t 图像如图乙所示．已知图形与时间轴围成的面积表示电荷量，根据图像估算出电容器全部放电过程中释放的电荷量为________C ，该电容器电容为________μF.(均保留三位有效数字)答案3.04×10－3507解析根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子代表电荷量为8×10－5C ，大于半格算一个，小于半格舍去，因此图像与时间轴围成的面积所包含的格子个数为38，所以释放的电荷量为Q ＝8×10－5 C ×38＝3.04×10－3 C ．根据电容器的电容C ＝Q U 可知，C ＝3.04×10－36F ≈5.07×10－4F ＝507μF. 3．(对电容器充、放电过程的理解)(2020·全国卷Ⅰ·17)图9(a)所示的电路中，K 与L 间接一智能电源，用以控制电容器C 两端的电压U C .如果U C 随时间t 的变化如图(b)所示，则下列描述电阻R 两端电压U R 随时间t 变化的图像中，正确的是()图9答案A解析电阻R 两端的电压U R ＝IR ，其中I 为线路上的充电电流或放电电流．对电容器，Q ＝CU C ，而I ＝ΔQ Δt ＝C ΔU C Δt，由U C －t 图像知：1～2s 内，电容器充电，令I 充＝I ；2～3s 内，电容器电压不变，则电路中电流为0；3～5s 内，电容器放电，则I 放＝I 2，结合U R ＝IR 可知，电阻R 两端的电压随时间的变化图像与A 对应．课时精练1．超级电容器又叫双电层电容器，它具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等特点．现有一款超级电容器，其上标有“2.7V400F”，下列说法正确的是() A．该电容器的输入电压只有在2.7V时，才能工作B．该电容器的电容与电容器两极板间的电势差成反比C．该电容器不充电时的电容为零D．该电容器正常工作时储存的电荷量为1080C答案D解析电容器的额定电压为2.7V，说明工作电压不能超过2.7V，可以小于2.7V，故A错误；电容器的电容由电容器本身决定，跟电容器两极板间的电势差无关，故B错误；电容描述电容器容纳电荷的本领，该电容器不充电时电容不变，故C错误；该电容器正常工作时储存的电荷量：Q＝CU＝400×2.7C＝1080C，故D正确．2.如图1所示，水平放置的平行板电容器充电后与电源断开，上极板带正电，下极板接地．一带电油滴静止于P点，现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离，则油滴()图1A．仍保持静止，电势能不变B．仍保持静止，电势能减小C．将向下运动，电势能增大D．将向下运动，电势能减小答案B解析由题意可知，电容器极板上的电荷量保持不变，当下极板竖直向下移动一小段距离时，由C＝εr S4πkd 可知，电容C减小，由E＝Ud＝QCd＝4πkQεr S可知，电场强度不变，因此带电油滴仍保持静止，故C、D错误；由题意可知P带负电，下极板向下移动，由φP－0＝Ex可知P点电势升高，电势能减小，故B正确，A错误．3．(多选)(2020·安徽宿州市质检)如图2为某一机器人上的电容式位移传感器工作时的简化模型图．当被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动，连接电容器的静电计会显示电容器电压的变化，进而能测出电容的变化，最后就能探测到物体位移的变化，若静电计上的指针偏角为θ，则被测物体()图2A．向左移动时，θ增大B．向右移动时，θ增大C ．向左移动时，θ减小D ．向右移动时，θ减小答案BC解析由公式C ＝εr S 4πkd，可知当被测物体带动电介质板向左移动时，导致两极板间电介质增多，εr 变大，则电容C 增大，由公式C ＝Q U可知，电荷量Q 不变时，U 减小，则θ减小，故A 错误，C 正确；由公式C ＝εr S 4πkd，可知当被测物体带动电介质板向右移动时，导致两极板间电介质减少，εr 减小，则电容C 减小，由公式C ＝Q U可知，电荷量Q 不变时，U 增大，则θ增大，故B 正确，D 错误．4.已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系为：电流从左边接线柱流进电流计，指针向左偏．如图3所示，如果在导电液体的深度h 发生变化时观察到指针正向左偏转，则()图3A ．导体芯A 所带电荷量在增加，液体的深度h 在增大B ．导体芯A 所带电荷量在减小，液体的深度h 在增大C ．导体芯A 所带电荷量在增加，液体的深度h 在减小D ．导体芯A 所带电荷量在减小，液体的深度h 在减小答案D解析电流计指针向左偏转，说明流过电流计G 的电流由左→右，则导体芯A 所带电荷量在减小，电容器两端间的电势差不变，由Q ＝CU 可知，导体芯A 与液体形成的电容器的电容减小，根据C ＝εr S 4πkd，知正对面积减小，则液体的深度h 在减小，故D 正确，A 、B 、C 错误． 5．图4甲是观察电容器放电的电路．先将开关S 与1端相连，电源向电容器充电，然后把开关S 掷向2端，电容器通过电阻R 放电，电流传感器将电流信息传入计算机，在屏幕上显示出电流随时间变化的I －t 曲线如图乙所示，则下列判断正确的是()图4A ．随着放电过程的进行，该电容器的电容逐渐减小B ．根据I －t 曲线可估算出该电容器的电容大小C ．根据I －t 曲线可估算出电容器在整个放电过程中释放的电荷量D ．电容器充电过程的I －t 曲线电流应该随时间的增加而增大答案C解析电容器的电容只由电容器本身决定，与电容器所带电荷量无关，选项A 错误；由q ＝It 知，I －t 曲线中图线与t 轴所围图形面积表示电容器在整个放电过程中释放的电荷量，选项B错误，C 正确；电容器充电前电流为零，充电结束时电流也为零，故电容器充电过程的电流应该随时间先增大后减小，选项D 错误．6.(多选)(2019·河北衡水中学模拟)如图5所示，平行板电容器的两极板A 、B 接于电池两极，一带负电小球悬挂在电容器内部．闭合开关S ，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ，则()图5A ．保持开关S 闭合，略向右移动A 板，则θ增大B ．保持开关S 闭合，略向右移动A 板，则θ不变C ．断开开关S ，略向上移动A 板，则θ增大D ．断开开关S ，略向上移动A 板，则θ不变答案AC解析保持开关S 闭合，电容器两极板间的电势差不变，带负电的A 板向右移动，极板间距离减小，电场强度E 增大，小球所受的电场力变大，θ增大，故A 正确，B 错误；断开开关S ，电容器所带的电荷量不变，根据C ＝εr S 4πkd ，U ＝Q C 得E ＝U d ＝Q Cd ＝4πkQ εr S，略向上移动A 板，则S 减小，E 变大，小球所受的电场力变大，则θ增大，故C 正确，D 错误．7．(2020·浙江宁波市二模)电容式压力传感器的原理如图6所示，其中上板为固定电极，下板为可动电极．可动电极的两端固定，当有压力作用于可动电极时，极板会发生形变，从而改变电容器的电容．已知电流从灵敏电流计的正接线柱流入时指针往右偏，则压力突然增大时()图6A ．电容器的电容变小B ．电容器的电荷量不变C ．灵敏电流计指针往左偏D ．电池对电容器充电答案D解析当压力突然增大时，电容器板间距离减小，根据电容的决定式C ＝εr S 4πkd得知，电容C 增大，故A 错误；电容板间电压U 不变，电容器所带电荷量Q ＝CU ，C 增大，则Q 增大，电容器处于充电状态，而上极板带正电，电流将从灵敏电流计正接线柱流入，所以灵敏电流计指针向右偏转，当稳定后，则会回到中央，故B 、C 错误，D 正确．8．一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地．两板间有一正试探电荷固定在P 点，如图7所示．以C 表示电容器的电容、E 表示两极板间的场强、φ表示P 点的电势，E p 表示正电荷在P 点的电势能，若正极板保持不动将负极板缓慢向右平移一小段距离l 0的过程中，各物理量与负极板移动距离x 的关系图像中正确的是()图7答案C解析由平行板电容器的电容C ＝εr S 4πkd可知，d 减小时，C 变大，但C 与x 的关系图像不是一次函数图像，故A 错误；在电容器两极板所带电荷量一定的情况下，U ＝Q C ，E ＝U d ＝4πkQ εr S与d 无关，故B 错误；在负极板接地的情况下，设没有移动负极板时P 点距负极板的距离为d ，移动x 后距离为d －x .因为移动极板过程中电场强度E 不变，故φP ＝E (d －x )＝Ed －Ex ，其中x ≤l 0，故C 正确；正电荷在P 点的电势能E p ＝qφP ＝qEd －qEx ，故D 错误．9．电路中电流大小可以用电流传感器测量，用电流传感器和计算机可以方便地测出电路中电流随时间变化的曲线．某兴趣小组要测定一个电容器的电容，选用器材如下：待测电容器(额定电压为16V)；电流传感器和计算机；直流稳压电源；定值电阻R 0＝100Ω、单刀双掷开关；导线若干．实验过程如下：①按照图8甲正确连接电路；②将开关S 与1端连接，电源向电容器充电；③将开关S 掷向2端，测得电流随时间变化的i －t 图线如图乙中的实线a 所示；④利用计算机软件测出i －t 曲线和两坐标轴所围的面积．请回答下列问题：(1)已知测出的i －t 曲线和两坐标轴所围的面积为42.3mA·s ，则电容器的电容C ＝________F ；(2)若将定值电阻换为R 1＝180Ω，重复上述实验步骤，则电流随时间变化的i －t 图线应该是图丙中的曲线________(选填“b ”或“c ”)．图8答案(1)4.7×10－3(2)c解析(1)由i －t 图像得到开始放电时电流为I ＝90mA ＝0.09A故最大电压为U ＝IR 0＝0.09A ×100Ω＝9V故电容器的电容为C ＝Q U ＝42.3mA·s 9V＝4.7×10－3F (2)换用阻值为180Ω的定值电阻，根据i m ＝U R 1，则第2次实验的最大电流小些，故选c .。
2020版高考物理复习：实验观察电容器的充、放电现象(共25张) PPT课件 图文
9
命题点一
命题点二
充放电过程中电流和电压的变化规律理解及数据测量
典例2(2015·海南单科)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S1和S2、电容器C(约100 μF)、电阻R1(约200
12
命题点一
命题二
(3)该同学每隔10 s记录一次电压表的读数U,记录的数据如下表
所示。在给出的坐标纸上绘出U-t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。
时间 t/s
电压 U/V
10.0
2.14
20.0
3.45
30.0
4.23
40.0
4.51
50.0
5.00
60.0
5.18
后来部门有了提拔晋升的名额，这位姑 娘被列 入了第 一人选 ，并且 全票通 过。
她在采访里说：
毕业第一年，许多同学都穿上了好看的 衣服， 走在了 宽敞明 亮的写 字楼里 ，对比 光鲜亮 丽的她 们，我 却穿着 劳保服 ，每日 穿梭在 各种不 同的机 械设备 里。
记得有人笑话我，说我一个姑娘，干一 份这么 不体面 又危险 的活， 丢脸死 了。
年轻时，我特别佩服那些不计较金钱、 权位、 报酬专 心工作 ，认真 学习的 人，因 为不计 较钱多 钱少肯 认真工 作的人 ，往往 觉得只 要是能 从事这 份工作 ，本身 就是对 他的最 大报酬 。
听她说完，我尴尬的笑了笑。
其实每一个人都向往这样的成功，但这 姑娘却 本末倒 置了， 并不是 有了钱 有了权 有了成 就以后 才全力 以赴的 工作， 而是全 力以赴 工作， 投入了 自己的 全部以 后，才 有了地 位名望 钱财。
实验讲义10-观察电容器的充放电现象
2020 年 4 月 11 日
1．如图所示，某时刻一平行板电容器两板间电场方向向右。下列叙述正确的是 A．若此刻电路中电流流向左极板，则电容器一定在放电 B．若此刻电路中电流流向左极板，则电容器板间电压在增大 C．若此刻电路中电流流向右极板，则电容器板间电场在增强 D．电容器板间电场最强时，电路中电流一定最大
请列举出高中阶段你遇到过的所有类似的关系图像，图线可以是直线也可以是曲线，可以过原点也可以 有横纵截距。请说明图像斜率和面积的物理意义。
5
A
B
C
D
4．某同学按如图 1 所示连接电路，利用电流传感器研究电容器的放电过程。先使开关 S 接 1，电容器
充电完毕后将开关掷向 2，可视为理想电流表的电流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 I-t 曲线，如图 2 所示。定值电阻 R 已知，且从图中可读出最大放电电流 I0，以及图线与坐标轴围 成的面积 S，但电源电动势、内电阻、电容器的电容均未知，根据题目所给的信息，下列物理量不．能．求．出．的
2
实验：观察电容器的充放电现象
2020 年 4 月 11 日
（5）将电压传感器换成电流传感器，按如图丁所示连接电路研究电容器的放电过程。先使开关 S 接 1，电容器很快充电完毕。然后将开关掷向 2，电容器通过 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 I-t 曲线如图戊所示。他进一步研究滑动变阻器的阻值变化对曲线的影响，断 开 S，先将滑片 P 向右移动一段距离，再重复以上操作，又得到一条 I-t 曲线。请在图戊内绘制新的曲线， 并说明原因。
2021届山东新高考物理一轮复习讲义：第7章 实验9 观察电容器的充、放电现象 Word版含答案
实验九观察电容器的充、放电现象一、实验目的1．理解电容器的储能特性及其在电路中能量的转换规律。
2．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。
3．电容器质量的判别和电容器中电场能量的计算。
二、实验原理1．电容器的充电过程：当S接1时，电容器接通电源，与电源正极相接的极板上的自由电子在电场力的作用下将经过电源移到与电源负极相接的下极板，正极由于失去负电荷而带正电，负极由于获得负电荷而带负电，正、负极板所带电荷大小相等，符号相反，如图甲所示。
甲乙2．电容器的放电过程：当S接2时，电容器的两极板用导线连接起来，电容器C正极板正电荷与负极板上的负电荷中和，两极板的电荷量逐渐减少，表现为电流逐渐减小，电压也逐渐减小为零，如图乙所示。
三、实验器材电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表和电压表。
四、实验步骤1．调节直流可调电源，输出电压为6 V，并用多用电表校准。
2．关闭电源开关，正确连接实物图，电路图如图所示。
3．打开电源，把双掷开关S打到上面，使触点1和触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。
4．把双掷开关S打到下面，使触电3和触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。
5．记录好实验结果，关闭电源。
五、数据处理1．实验现象及数据记录2.(1)充电过程，电源正极向极板供给正电荷，负极向极板供给负电荷。
电荷在电路中定向移动形成电流，两极板间有电压。
S刚合上时，电源与电容器之间存在较大的电压，使大量电荷从电源移向电容器极板，产生较大电流，随着极板电荷的增加，极板间电压增大，电流减小。
当电容器两极板间电压等于电源电压时，电荷不再定向移动，电流为0，灯不亮。
(2)放电过程中，由于电容器两极板间的电压使回路中有电流产生。
开始这个电压较大，因此电流较大，随着电容器极板上的正、负电荷的中和，极板间的电压逐渐减小，电流也减小，最后放电结束，极板间不存在电压，电流为0。
第47课时 观察电容器的充、放电现象 [实验增分课]
![第47课时 观察电容器的充、放电现象 [实验增分课]](https://img.taocdn.com/s3/m/6c14a3448f9951e79b89680203d8ce2f006665c8.png)
①将定值电阻R1等器材按图甲连接电路后，将开关S与1端连接，电源向电容器
充电；
②将开关S与2端连接，测得电流随时间变化的i－t曲线如图乙所示；
目录
③用R2替换R1后，重复上述实验步骤①②，测得电流随时间变化的i－t曲线如图
丙中的某条虚线所示。
目录
着眼“四翼”·探考点
目录
【典例1】 图甲是一种测量电容器电容的实验电路图，实验是通过对高阻值电
阻放电的方法，测出电容器充电至电压U时所带电荷量Q，从而求出待测电容器
的电容C。某同学在一次实验时的情况如下：
目录
A.按如图甲所示的电路图接好电路；
B.接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使电流表的指针偏转接近满刻度，记下此
，经过这一过程，电容器的两极板就会
（选填“正”或“负”）电荷，电
路稳定后灵敏电流计G的示数为零。当把开关S由1合向2时，有
（选填
“自左向右”或“自右向左”）流过灵敏电流计G的短暂电流，这个过程
叫
。
目录
解析：将开关S合向1，电源与电容器连通，电路中有电流流过，说明电源在给
电容器储存电荷，这一过程叫作充电；经过这一过程，电容器的两极板就会带
相同。
（1）请在图1中画出上述U－Q图像。
解析：（1）U－Q图像如图所示。
答案：（1）见解析图
目录
（2）在如图2所示的充电电路中，R表示电阻，E表示电源（忽略内阻）。通过
改变电路中元件的参数对同一电容器进行两次充电，对应的Q－t曲线如图3中①
②所示。
a.①②两条曲线不同是
（选填“E”或“R”）的改变造成的；
实验 观察电容器的充、放电现象-高考物理复习
(3)根据传感器传递给电子计算机的放电电流信息,通过计算机中的软件
将传感器收集的信息拟合成I-t图像,仔细观察I-t图像,可以分析出电容器放
电时电流随时间变化的规律(如图所示)。
五、实验数据处理
若实验电路中直流电源电压为8 V。
1.在图中画出一个如图所示竖立的狭长矩形(Δt很小),它的面积的物理意
解析:(1)由题图知,最大电流为Im=90 mA=0.09 A,因此最大电压为
Um=ImR1=9 V;i-t曲线和两坐标轴所围的面积表示电容器的电荷量Q=90
mA·
s,根据电容的定义式可得C=1.0×10-2 F。
m
(2)根据 im= 知第2次实验的最大放电电流小些,所以不是虚线b。因i-t曲
间变化的I-t曲线如图乙,这个曲线的横坐标是放电时间,纵坐标是放电电流。
若其他条件不变,只将电阻R换为阻值更大的定值电阻,现用虚线表示电阻
值变大后的I-t曲线,则下列四个图像可能正确的是(
)
√
解析:I-t图线与坐标轴所围图形的面积表示经过导体的电荷量,即电容器上
所带电荷量。当把电阻R换成阻值更大的电阻时,因为电容器两板间电压
C3
____________(填代号)。
R3
(4)图乙是本次实验当UC=2.5 V时描出的iC-t图像,由图可求得所测电容器
电容C=____________
μF(保留1位有效数字)。
6×102
解析:(1)由题图可知,滑动变阻器是分压式接法,因此S'、S闭合前滑动变阻
器滑片应调到a处,使得所测电路的电压为零,从而确保安全。
能力形成点2
实验数据处理与误差分析
【例2】 图甲是一种测量电容器电容的实验电路图,实验是通过对高阻
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对于平板电容器，其电容量与极板面积S、极板间距离d和极板间介 质的介电常数ε有关。平板电容器的表达式为： S S C r 0 d d
任务一 认识电容器
2. 额定工作电压和允许误差 电容器的额定工作电压又称耐压值，是指在规定温度范围内，能 保证电容器长期连续工作而不被击穿的最高工作电压。 使用时若所加的电压大于额定电压值，将导致电容器被击穿或损 坏。 不同类别的电容器额定电压不同，通常都在电容器上直接标出。 电容器的允许误差一般标注在外壳上，按照精度的不同 分为±1％、±2％、±5％、±10％、±20％等五级 （不包括极性电容器）。 一般极性电容器的允许误差范围比较大，如：铝极性电 容器的允许误差范围为－20％～+100％。
4. 数码法 一般用三位数表示容量大小的标注方法，称为数码法。前面两 位数字为电容器标称容量的有效数字，第三位数字表示有效数 字后面零的个数，对于非电解电容器，其单位为pF，而对电解 电容器而言，单位为μF，
任务一 认识电容器
5. 电容器容量单位的标注规则 当电容器的容量大于100pF而又小于1μF时，一般不标 注单位，没有小数点的，其单位是pF，有小数点的容量单 位是μF， 如：4700表示4700pF，0.22表示0.22μF。当电容量 大于10000pF时，可用μF做单位，当电容小于10000pF 时用pF做单位。
C U
任务一 认识电容器
电压的单位为伏特，电荷量的பைடு நூலகம்位为库仑，电容量的单位为法 拉，用F表示。 在实际应用中，法拉这个单位太大，很少使用，通常采用小得 多的单位，如：毫法（mF）微法（μF）、纳法（nF）、皮法（PF）。 单位之间的换算关系为： 1 F = 1×103 mF = 1×106 μF 1μF = 1×103 nF = 1×106 PF
电容器的种类繁多，按电介质的不同可以分为纸介、云母、陶 瓷、电解电容器等；
按电容量是否可调，可以分为固定、可变电容器。 电解电容器有正负极性之分，并在电容器上标明。 二、电容器的性能参数 1. 电容量 我们把电容器所带电荷量q与其端电压U的比值叫做电容器的电容量， 简称电容。 如果用q表示电容极板上所带电荷量，用U表示电容器两极板间的电压， 用C表示它的电容量，则有： q
任务一 认识电容器
2. 色标法 用三种色环表示电容量大小的标注方法为色标法，其颜色和 识别方法与电阻色环表示法一样。
任务一 认识电容器
3. 数字符号法 将电容器的容量用数字和单位符号按一定规则进行标注 的方法，称为数字符号法。 符号前为电容容量的整数部分，符号后为电容容量的小数部分。
用于标注的字母有四个：p、n、m、μ。如：5P6表示容量是 5.6PF，2n2表示2.2nF，4m7表示4.7mF。
任务二 电容器的连接
并联电容器组的等效电容（总电容）等于各电容器的电容之和。 电容器并联后相当于增大了极板的正对面积，所以其等效电容 大于其中任何一个电容。 注意： 电容器串联可提高耐压值，但容量减小，而电容器并联容量增大。
实际应用中，通过并联电容器增大电容时，需要注意电容器的耐压问 题。必须满足并联的任一电容器的耐压均不能小于外加的工作电压，否 则该电容器会被击穿。
任务二 电容器的连接
电容器串联后，每个电容器承受电压都小于外加总电压，所 以当电容器的耐压值小于外加电压时，除可选用耐压值不低 于外加电压的电容器外，还可采用电容器串联的方法来获得 较高的耐压值。
可见当n个相同的电容器串联时，电容器组的总耐压值为单个电 容器耐压的n倍，故采取电容器串联的形式可以提高总的耐压值。
如果将不同耐压值的电容器并联，那么，所加最大电压必须小于给定 电容器中最小的耐压值。
任务三 观察电容器的充放电现象
一、电容器的充电过程
电容器作为一种储能元件，具有储存和释放电能的性质，表 现为电容器的充、放电现象
任务三 观察电容器的充放电现象
在按下SB1开关的瞬间，电容器的极板与电源之间存在较大 的电压差，充电电流较大，L1最亮。
《电工技术基础与技能》
项目三 观察电容器的充放电现象
任务一 认识电容器 任务二 电容器的连接 任务三 观察电容器的充放电现象
任务一 认识电容器
一、电容器的结构特点及用途
任务一 认识电容器
在两个正对的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质， 就组成一个最简单的电容器，叫做平行板电容器
任务一 认识电容器
任务一 认识电容器
三、电容器的标示方法 1. 直标法 直标法就是将电容量的标称容量和允许偏差等直接印在电容器外 壳， 如10µ F10V、47µ F25V等。 若是零点零几，常把整数位的“0”省去，例如：某电容“.02”表 示0.02µ F。 另外，还有不标容量单位的直标法，它是用1～4位的数字表示电 容量。当数字部分大于1时，单位为皮法（pF），当数字部分大于 0小于1时，其单位为微法（μF）。
任务二 电容器的连接
二、电容器的并联 把几个电容器的一个极板连接在一起，另一个极板也连在一 起的连接方式叫做电容器的并联，
（a）并联方式 （1）电量关系 电压关系 电容关系
q q1 q2 qn
（b）等效电路
U1 U 2 U n U
C C1 C2 Cn
任务二 电容器的连接
一、电容器的串联 将几个电容器的电极首尾相接，连成一种无分支路的连接方式称 为电容器的串联
（a）串联方式 （1）电量关系 电压关系 电容关系
（b）等效电路
q1 q2 q3 qn q
U U1 U2 Un
1 1 1 1 C C1 C2 Cn
随着电容器极板电荷的积聚，两者间的电压差变小，电流也 越来越小，L1逐渐变暗，最后熄灭。
电流表A1上读数也由开始最大，然后逐渐减小，当两者之 间电压差为零时，电流也为零，充电过程结束。 此时，电容器两端电压Uc=Us
任务三 观察电容器的充放电现象
二、电容器的放电过程 当断开开关SB1、按下开关SB2时，电容器脱离电源。 此时，充电后的电容器相当于电源，与L2发光二极管、R2、 A2电流表构成放电回路，形成放电电流。 开始时电容器端电压为Us（最大），所以电流表A2上读数（放 电电流）最大，L2最亮，