任务三观察电容器的充放电现象

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：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 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 .。

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。

2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练专题48实验观察电容器的充放电现象导练目标导练内容目标1教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理目标2新高考的改进创新实验【知识导学与典例导练】一、教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理1.实验原理（1）电容器充电:电源使电容器的两极板带上等量异种电荷的过程,如图甲。

（2）电容器放电: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。

2.实验操作（1）电容器的充电：开关S合向1,电容器充电。

现象:①白炽灯开始较亮,逐步变暗。

②的读数由大变小。

③的读数变大。

④最后的大小等于0,的大小等于电源电压。

⑤解释: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）电容器的放电：开关S合向2,电容放电。

现象:①开始灯较亮,逐渐变暗,直至熄灭。

②开始较大,逐渐变小,电流方向与充电方向相反,直至指示为0。

③开始指示为电源电压,逐渐减小,直至为0。

④解释: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。

⑤结论:当电容器极板上所储存的电荷量发生变化时,电路中就有电流流过;若电容器极板上所储存的电荷量恒定不变时,则电路中就没有电流流过。

3.分析与论证当电容器极板上所储存的电荷发生变化时,电路中就有电流流过;若电容器极板上所储存的电荷量恒定不变时,则电路中就没有电流流过。

观察电容器的充放电现象（实验创新课）说课尊敬的各位老师：大家好！我今天说课的内容是实验：观察电容器的充放电现象。

根据新课程标准，新的学科素养要求，我将从教材分析，学情分析，核心素养目标、实验重难点、实验设计亮点、实验设计思路、实验教学过程、实验效果评价与反思等八个方面进行详细阐述。

一、教材分析《观察电容器的充放电现象》是新教材人教版（2019版）必修三中第十章第四节《电容器的电容》中的重要实验，该实验是新高考新增的电学实验，本单元前面几节已经学习了电荷，电场，电势能，电势差等物理量，本节内容电容器是对静电场知识的综合应用。

二、学情分析已有认知：学生前面已经学习了电荷、电场、电场强度、电势能，电势差等基本物理概念，也有了比值定义法，控制变量法、微元法的思想基础。

认知缺乏：但是对电容器这一电学元件缺乏感性认识。

另外对于用图像解决问题还不太熟悉。

解决办法：本节课通过感性认识电容器类比储水容器，到解剖电容器构造，再到电容器的充放电实验，化抽象为具体。

三、核心素养目标分析本节课的教学核心素养目标主要包括四个方面：物理观念：学生通过观察和解剖常见的电容器，了解电容器构造。

培养学生对概念的形成与掌握能力。

科学思维：通过类比法了解电容器电容的物理意义，并能够运用科学的思维方法分析电容器充放电过程中的电流和电压变化规律。

培养学生思维与归纳总结的能力。

科学探究：通过实验观察电容器的充放电，了解电容器的作用。

培养学生分析问题的能力。

科学态度与责任：通过本节课的学习，学生掌握了电容器的基本工作原理，能查阅资料举例说明电容器的在我国生产生活领域的应用，增强学生的爱国情怀和民族自豪感。

四、实验重难点剖析本节课的教学重点主要集中在电容器的工作原理以及电容的概念和物理意义上。

学生需要深刻理解电容器如何储存和释放电荷，这是理解电容器所有功能的基础。

教学难点则在于电容器充放电过程中的电流和电压变化规律。

这部分内容涉及较为抽象的理论知识和实验操作技巧，需要学生具备一定的物理基础和实验能力。

静电场观察电容器的充、放电现象观察电容器的充、放电现象是课标新增实验，在高考中已经出现了对该实验的考查，如2023年新课标卷T22、山东卷T14、福建卷T13.本实验可以形象地将电容器充、放电过程中电流随时间变化的规律呈现出来，更重要的是处理数据时由“i－t”图像求电容器充、放电的电荷量所用的方法，这对学生领会“微元”“化归”等思想方法有着积极意义.预计2025年高考中仍会出现该实验的考查.1.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.2.实验原理如图，在充电开始时电流比较[1]大（填“大”或“小”），以后电容器的充电过程随着极板上电荷的增多，电流逐渐[2]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定向移动，电流I＝0.电容器的放电过程如图，放电开始电流较[3]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[4]减小（填“增大”或“减小”），两极板间的电压也逐渐减小到零.3.实验器材直流电源、导线、单刀双掷开关、电容器、定值电阻、电流表（电流传感器）、电压表（电压传感器）.4.实验步骤（1）按图连接好电路.（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.5.数据处理在I－t图中画出如图所示的竖立的狭长矩形（Δt很小），它的面积的物理意义是在Δt时间内通过电流表的电荷量.6.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）在做放电实验时，电路中要串联一个电阻，避免烧坏电流表.（4）实验要在干燥的环境中进行.命题点1教材基础实验1.在“用传感器观察电容器的充、放电过程”实验中，按图（a）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.实验中使用电流传感器来采集电流随时间的变化信息，并将结果输入计算机.（1）为观察电容器C充电时的现象，应将单刀双掷开关S接1（填“1”或“2”）.（2）在充电过程中，测绘的充电电流i随时间t变化的图像可能正确的是A.（3）用图（a）所示电路来观察电容器C的放电现象：使用电流传感器测量放电过程中电路的电流，并将结果输入计算机，得到了图（b）所示的电流i与时间t的关系图像.①通过i－t图像可以发现：电容器放电时，电路中的电流减小得越来越慢（填“快”或“慢”）.②已知图（b）中图线与坐标轴所围成图形的面积表示电容器放电过程中所释放的电荷量，根据图像可估计电容器放电前所带电荷量Q约为 3.2×10－3C，电容器的电容C约为4.0×10－4 F.（结果均保留2位有效数字）（4）关于电容器在整个充、放电过程中的q－t图像和U AB－t图像的大致形状，可能正确的有AD（q为电容器极板所带的电荷量，U AB为A、B两板的电势差）.（5）图（c）中实线是实验得到的放电时的i－t图像，如果不改变电路的其他参数，只减小电阻R的阻值，则得到的i－t图线可能是图（c）中的②（填“①”“②”或“③”）.（6）改变电源电动势，重复多次上述实验，得到电容器在不同电压U下充满电时所带的电荷量Q，并作出Q－U图像，则图像应是B.解析（1）充电时必须将电容器接电源，故将单刀双掷开关拨向1.（2）电容器充电时，随着电荷量的增加，电容器两极板间电压升高，电阻R两端分得的电压减小，电路中电流逐渐减小，电容器两极板间电压增大到等于电源电压之后，电流减小为零，A正确.（3）①从图（b）中可以看出放电时电流减小得越来越慢（斜率的绝对值表示电流的变化快慢）；②可数出图线与坐标轴所围成图形有40小格（格数为38～42都正确），所以电容器放电前所带电荷量约为Q＝40×15×25×10－3C＝3.2×10－3C，根据电容的定义可得C＝＝4.0×10－4F.（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，最后变为0，根据Δq＝IΔt可知，q－t图像的斜率表示电流的大小，A正确，B错误；电容器两极板间的电压变化量ΔU AB＝Δ＝Δt，U AB－t图像的斜率表示，在充电和放电过程中电容器的电容不变，根据充电和放电过程中电流的特点可知，C错误，D正确.（5）若只减小电阻R的阻值，则开始时刻的电流将增大，i－t图像的纵截距增大，由于总的电荷量一定，则图像与坐标轴围成的面积相同，故曲线②符合要求.（6）对一个特定的电容器，由Q＝CU可知其带电荷量与电压成正比，B正确.命题点2创新设计实验2.[2023山东]电容储能已经在电动汽车，风、光发电，脉冲电源等方面得到广泛应用.某同学设计图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程，器材如下：电容器C（额定电压10V，电容标识不清）；电源E（电动势12V，内阻不计）；电阻箱R1（阻值0～99999.9Ω）；滑动变阻器R2（最大阻值20Ω，额定电流2A）；电压表V（量程15V，内阻很大）；发光二极管D1、D2，开关S1、S2，电流传感器，计算机，导线若干.图乙图丙回答以下问题：（1）按照图甲连接电路，闭合开关S1，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向b端滑动（填“a”或“b”）.（2）调节滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图乙所示，示数为 6.5V（保留1位小数）.（3）继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为8.0V时，开关S2掷向1，得到电容器充电过程的I－t图像，如图丙所示.借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法，根据图像可估算出充电结束后，电容器存储的电荷量为 3.8×10－3C（结果保留2位有效数字）.（4）本电路中所使用电容器的电容约为 4.8×10－4F（结果保留2位有效数字）.（5）电容器充电后，将开关S2掷向2，发光二极管D1（填“D1”或“D2”）闪光.解析（1）滑动变阻器采用分压式接法，根据电路图可知，滑片向b端滑动时，充电电压升高.（2）电压表的量程为15V，每个小格表示0.5V，即电压表的分度值为0.5V，即在本位估读，读得示数为6.5V.（3）I－t图像与坐标轴所围的面积等于电容器存储的电荷量，按照多于半格算1格，少于半格可忽略的计数原则，可数得共38个小格，故电容器存储的电荷量为Q＝38×15×24×10－3C＝3.8×10－3C.（4）由电容的定义式可得C＝＝3.8×10－38.0F＝4.75×10－4F，结果保留2位有效数字得C＝4.8×10－4F.（5）电容器左侧极板为正极板，开关S2掷向2时电容器放电，电流从电容器左侧流出，结合二极管的单向导电性，易知D1导通并闪光，D2截止不亮.1.[2022北京]利用如图所示电路观察电容器的充、放电现象，其中E为电源，R为定值电阻，C为电容器，为电流表，为电压表.下列说法正确的是（B）A.充电过程中，电流表的示数逐渐增大后趋于稳定B.充电过程中，电压表的示数迅速增大后趋于稳定C.放电过程中，电流表的示数均匀减小至零D.放电过程中，电压表的示数均匀减小至零解析电容器充电电容器放电2.电流传感器可以捕捉到瞬间的电流变化，它与计算机相连，可以显示出电流随时间变化的I－t图像.按图甲所示连接电路.直流电源电动势为9V，内阻可忽略，电容器选用电容较大的电解电容器.先使开关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，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 图像如图乙所示.（1）在图乙所示的I－t图像中用阴影标记面积的物理意义是通电0.2s电容器增加的电荷量（或流过电阻R的电荷量）.（2）根据I－t图像估算当电容器开始放电时所带的电荷量q0＝ 1.8×10－3C（1.7×10－3C 也正确），并计算电容器的电容C＝ 2.0×10－4F（1.9×10－4F也正确）.（均保留2位有效数字）（3）如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，充电时I－t曲线与横轴所围成的面积将不变（选填“增大”“不变”或“变小”）；充电时间将变短（选填“变长”“不变”或“变短”），简要说明原因：充电电流增大.解析（1）题图乙中1～3.4s的I－t图线是充电电流随时间变化的规律图线，又I－t图线与t轴所围成的面积表示电荷量，则题图乙中阴影面积的物理意义是通电0.2s电容器增加（或流过电阻R）的电荷量.（2）电容器在全部放电过程中释放的电荷量在数值上等于放电过程I－t图线与横轴所围成的面积；首先以坐标纸上的一个小正方形作为一个面积计量单位，数出图线与横轴所围的图形中有多少个完整的小正方形，对于超过该格一半面积的计为一个，不足一半的舍去不计，这样即可以得到包含的小正方形的个数为44个（43～45个都正确）；其次确定每个小方格所对应的电荷量，纵坐标的每个小格为0.2mA，横坐标的每个小格为0.2s，则每个小格所代表的电荷量为q＝0.2×10－3×0.2C＝4.0×10－5C，则电容器开始放电时所带的电荷量q0＝nq＝44×4.0×10－5C＝1.8×10－3C；电容器的电容C＝0＝1.8×10－39F≈2.0×10－4F.（3）如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，将开关掷向1，充电完毕时电容器两端的电压不变，由于电容器的电容不变，根据Q＝CU可知充入电容器的电荷量不变，即充电时I－t曲线与横轴所围成的面积将不变.将开关掷向1，电容器开始时所带电荷量为0，可知电容器两端的电压U C＝0，则电阻R两端的电压U R＝E，此时通过R的电流即电容器开始充电时的电流，即I max＝；只减小电阻R，则I max增大，而充电时I－t图线与横轴所围成的面积将不变，所以充电时间将变短.3.某同学通过实验观察电容器的放电现象，采用的实验电路如图甲所示，已知所用电解电容器的长引线是其正极，短引线是其负极.（1）按图甲连接好实验电路，开关S应先接到1，再接到2（均选填“1”或“2”），观察电容器的放电现象.（2）根据图甲电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接.（3）电容器开始放电的同时开始计时，每隔5s读一次电流表的值i，记录数据如下表.时间t/s0510152025电流i/μA500392270209158101时间t/s303540455055电流i/μA7549302393请根据表中的数据，在图丙中作出电流i随时间t变化的图线.答案（2）如图1所示（3）如图2所示图1图2解析（1）连接好电路图，开关S应先接到1对电容器进行充电，再接到2使电容器放电，观察电容器的放电现象.（2）根据题图甲所示电路图连接实物电路图，注意电容器正极接电流表正接线柱，实物电路图如图1所示.（3）根据表中实验数据在题图丙中描出对应点，然后画一条平滑曲线，让尽可能多的点过曲线，不能过曲线的点大致均匀分布在曲线两侧，作出图像如图2所示.4.在“用传感器观察电容器的充电”实验中，电路图如图甲所示.一位同学使用的电源电压为8.0V，测得充满电的电容器放电的I－t图像如图乙所示.（1）I－t图线与两坐标轴围成的面积表示的物理意义是放电过程中放出的总的电荷量；若按“数格子”（等于或多于半格算一格，小于半格舍去）法计算，则电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为 2.4×10－3C（结果保留2位有效数字）.（2）根据以上数据估算电容器的电容为 3.0×10－4F（结果保留2位有效数字）.（3）如果将电阻R换成一个阻值更大的电阻，则放电过程释放的电荷量不变（填“变多”“不变”或“变少”）.解析（1）电容器的放电图像是一条逐渐下降的曲线，而q＝It，由微元法可知，I－t图线与坐标轴围成的面积表示放电过程中放出的总的电荷量.图线下约有30格，所以电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为Q＝30×0.0002×0.4C＝2.4×10－3C.（2）电容器充满电后所带的电荷量Q＝2.4×10－3C，而所加电压U＝8.0V，所以电容器的电容C＝＝2.4×10－38.0F＝3.0×10－4F.（3）由于电容器充满电后所带的电荷量一定，所有电荷量将通过电阻释放，若将电阻R换成一个阻值更大的电阻，对应的I－t图像更加平缓些，但释放电荷的总量不变.5.如图甲所示是利用电流传感器系统研究电容器充电情况的电路图.将电容器C1接入电路检查无误后进行了如下操作：图甲图乙①将S拨至1，并接通足够长的时间；②将S拨至2；③观察并保存计算机屏幕上的I－t图，得到图线Ⅰ（图乙Ⅰ）；④换上电容器C2重复前面的操作，得到图线Ⅱ（图乙Ⅱ）.（1）操作①的作用是使电容器不带电.（2）两个电容器相比较，C1的电容较大（填“较大”“较小”或“与C2的电容相等”）.（3）由I－t图线可以分析出，两个电容器都充电2s时，C1的电压小于（填“大于”“小于”或“等于”）C2的电压.解析（1）由题图甲可知，将S拨至1，电容器与电阻R串联，所以电容器放电，最终电容器不带电.（2）由题图乙结合图像的含义可知，曲线与坐标轴所围图形的“面积”的大小即电荷量，则充电完毕时，Q1＞Q2，两电容器两端电压相等，由C＝可知C1较大.（3）由I－t图线可以分析出，两个电容器都充电2s时，I1＞I2，由U＝IR可知，R两端电压U R1＞U R2，由串联电路分压可得1＜2.6.[2023新课标]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.（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（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R1，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C.（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R2（R2＞R1），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R2（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电荷量（填“电压”或“电荷量”）.解析（1）在使用多用电表时，应保证电流从红表笔流入，从黑表笔流出，即“红进黑出”，因此红表笔应该与电池的正极接触.（2）S与“1”端接时，小灯泡不发光，电容器充电；S与“2”端接时，电容器放电，且放电速度逐渐变小，直至为0，故C对，AB错.（3）实线中电流的峰值较小，说明电路中的电阻较大，对应电阻箱阻值为R2；根据电流的定义式I＝可知q＝It，则I－t图线与坐标轴围成的面积为电荷量.。

课题：任务三观察电容器的充放电现象教学目标：1．了解电容器充放电过程；2．掌握电容器充放电电流电压的变化规律；教学重点：掌握电容器充放电电流电压的变化规律；教学难点：掌握电容器充放电电流电压的变化规律；教学过程：一、电容器的充电过程图3-12 电容充放电实验电路可以看到：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。

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=U s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U s（最大），所以电流表A2上读数（放电电流）最大，L2最亮，随着电容器两极板正负电荷不断中和，两者间的电压差变小，电流也越来越小。

当两者之间电压差为零时，电流也为零，放电过程结束。

结论：当电容极板上所储存的电荷发生变化时，电路中就有电流流过；若电容器极板上所储存的电荷恒定不变，则电路中没有电流流过。

电容器的充放电过程，也就是电容器储存能量与释放能量的过程。

电容器的两个重要特性：1. 阻止直流电流通过，允许交流电流通过。

2. 在充电或放电过程中，电容器两极板上的电荷有积累过程，或者说极板上的电压有建立过程，因此电容器上的电压不能突变（电流可以突变）。

布置作业：P72 计算题2、3课后反思：学生上课反应积极，学习认真，效果明显。