第九章靜電場第48課時目標(biāo)要求實驗十：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象1.理解電容器充、放電過程中，電路中的電流和電容器兩端電壓的變化規(guī)律。2.理解電容器的儲能特性及其在電路中能量的轉(zhuǎn)換規(guī)律。1.實驗原理(1)電容器的充電過程如圖所示，當(dāng)開關(guān)S接1時，電容器接通電源，在靜電力的作用下自由電子從正極板經(jīng)過電源向負(fù)極板移動，正極板因_____電子而帶____電，負(fù)極板因_____電子而帶____電。正、負(fù)極板帶_____的正、負(fù)電荷，電荷在移動的過程中形成電流。在充電開始時電流比較____(填“大”或“小”)，以后隨著極板上電荷的增多，電流逐漸_____(填“增大”或“減小”)，當(dāng)電容器兩極板間電壓等于電源電壓時電荷停止定向移動，電流I=0。失去正獲得負(fù)等量大減小(2)電容器的放電過程如圖所示，當(dāng)開關(guān)S接2時，相當(dāng)于將電容器的兩極板直接用導(dǎo)線連接起來，電容器正、負(fù)極板上電荷發(fā)生____，在電子移動過程中，形成電流。放電開始電流較___(填“大”或“小”)，隨著兩極板上的電荷量逐漸減少，電路中的電流逐漸_____(填“增大”或“減小”)，兩極板間的電壓也逐漸減小到零。中和大減小(2)把單刀雙擲開關(guān)S打在上面，使觸點1和開關(guān)連通，觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。(3)將單刀雙擲開關(guān)S打在下面，使觸點2和開關(guān)連通，觀察電容器的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。(4)記錄好實驗結(jié)果，關(guān)閉電源。2.實驗步驟(1)按圖連接好電路。3.實驗數(shù)據(jù)處理(1)在I-t圖像中，圖線與時間軸圍成的面積表示電荷量的變化，故整個圖線與橫軸所圍的面積就是整個充電或放電時間內(nèi)通過靈敏電流表的電荷量，也等于電容器的充電電荷量或放電電荷量。(2)估算電容器的充電電荷量或放電電荷量的方法：先算出一個小方格代表的電荷量，然后數(shù)出整個圖線與橫軸所圍的面積中的方格數(shù)(大于半格的按一個方格計算，小于半格的舍棄)。電容器的充電電荷量或放電電荷量等于一個小方格代表的電荷量乘以方格數(shù)。4.注意事項(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)實驗過程中要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行。(4)在做放電實驗時，在電路中串聯(lián)一個電阻，避免燒壞電流表。

(2024·重慶卷·12)探究電容器充放電規(guī)律，實驗裝置如圖甲所示，有電源E，定值電阻R0，電容器C，單刀雙擲開關(guān)S。例1(1)為測量電容器充放電過程電壓U和電流I變化，需在①、②處接入測量儀器，位置②應(yīng)該接入測

(填“電流”或“電壓”)儀器。

電壓位置②與電容器并聯(lián)，為測電壓儀器。(2)接通電路并接通開關(guān)，當(dāng)電壓表示數(shù)最大時，電流表示數(shù)為

。

電壓表示數(shù)最大時，電容器充電完畢，充電電流為零，電流表示數(shù)為零。0(3)根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，某過程中電容器兩端電壓U與電流I的關(guān)系圖如圖乙所示。該過程為

(填“充電”或“放電”)。放電過程中電容器兩端電壓U隨時間t變化關(guān)系如圖丙所示。0.2s時R0消耗的功率

W。

放電0.32

某同學(xué)用如圖甲所示電路研究電容器的充放電規(guī)律，直流電源的電動勢為6V。(1)將單刀雙擲開關(guān)合向“1”，電流傳感器記錄電容器充電電流隨時間變化規(guī)律如圖乙所示，則圖乙中圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積的物理意義為

。

例2根據(jù)Q=It可知，I-t圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積的物理意義為充電后電容器的帶電荷量。充電后電容器的帶電荷量(2)充電結(jié)束時電容器兩端的電壓為U=

____V，結(jié)合圖像面積可知，電容器的電容為C=

F(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

65.7×10-4(3)將單刀雙擲開關(guān)合向“2”，得到放電電流隨時間變化的圖像，從圖像上得到放電電流的最大值為I1，圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積為S1；將R調(diào)大，將開關(guān)合向“1”后再合向“2”，再次得到的放電電流隨時間變化的圖像，從圖像上得到放電電流的最大值為I2，圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積為S2。則I1

I2，S1

S2(均選填“>”“<”或“=”)。

>=

(4)充電完成后，將開關(guān)S接2，電容器放電。若想延長放電過程的時間，請至少寫出一種可行的操作方案：_________________________。

充電完成后，平行板電容器極板所帶電荷量一定，將開關(guān)S接2，電容器放電，若想延長放電過程的時間，由Q=It可知需要減小對應(yīng)時刻的放電電流的大小，故可以增大電阻箱接入電路的電阻。增大電阻箱接入電路的電阻

總結(jié)提升

(2024·海南卷·16)用如圖(a)所示的電路觀察電容器的充放電現(xiàn)象，實驗器材有電源E、電容器C、電壓表、電流表、電流傳感器、計算機(jī)、定值電阻R、單刀雙擲開關(guān)S1、開關(guān)S2、導(dǎo)線若干。例3(1)閉合開關(guān)S2，將S1接1，電壓表示數(shù)增大，最后穩(wěn)定在12.3V。在此過程中，電流表的示數(shù)

(填選項標(biāo)號)。

A.一直穩(wěn)定在某一數(shù)值B.先增大，后逐漸減小為零C.先增大，后穩(wěn)定在某一非零數(shù)值B電容器充電過程中，當(dāng)電路剛接通后，電流表示數(shù)從0增大到某一最大值，后隨著電容器的不斷充電，電路中的充電電流在減小，當(dāng)充電結(jié)束電路穩(wěn)定后，此時電路相當(dāng)于開路，電流為0。故選B。(2)先后斷開開關(guān)S2、S1，將電流表更換成電流傳感器，再將S1接2，此時通過定值電阻R的電流方向

(選填“a→b”或“b→a”)，通過傳感器將電流信息傳入計算機(jī)，畫出電流隨時間變化的I-t圖像，如圖(b)，t=2s時I=1.10mA，圖中M、N區(qū)域面積比為8∶7，可求出R=

kΩ(保留2位有效數(shù)字)。

a→b5.2

課時精練對一對答案1234題號

1答案

(1)1

(2)帶正電(3)向左(4)B題號

2答案

(1)正極(2)C

(3)R2電荷量對一對答案1234題號

3答案

(1)放電不變(2)1.2

(3)E

(4)U0Q0題號

4答案

(1)b

(2)6.5

(3)3.5×10-3

(4)4.4×10-4

(5)D11.如圖所示是觀察電容器的充、放電現(xiàn)象的實驗電路。E為電源，S是單刀雙擲開關(guān)，G為靈敏電流計，C為平行板電容器，R為電阻箱。(1)當(dāng)開關(guān)S接

時(填“1”或“2”)，平行板電容器充電；

基礎(chǔ)落實練1234答案對平行板電容器充電時，需要將平行板電容器與電源連接，可知當(dāng)開關(guān)S接1，平行板電容器充電。1(2)電容器充電完畢，斷開開關(guān)，此時電路圖中電容器上極板

(填“帶正電”“帶負(fù)電”或“不帶電”)；

1234答案由于開關(guān)S連接1充電時，平行板電容器上極板與電源正極相連，可知電路圖中電容器上極板帶正電。帶正電(3)然后將開關(guān)S接2時，電容器放電，流經(jīng)G表的電流方向為

(填“向左”或“向右”)；

1234答案由于平行板電容器上極板帶正電，將開關(guān)S接2時，電容器放電，流經(jīng)G表的電流方向為向左。向左(4)開關(guān)S接2，電容器放電過程中，電路中的電流大小為i，電容器所帶電荷量大小為Q，電容器兩極板電勢差大小為U，電容器的電容為C。下列關(guān)于i、Q、U、C隨時間t的變化的圖像，正確的是

。

1234答案B1234答案

2.(2023·新課標(biāo)卷·22)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(guān)以及導(dǎo)線若干。1234答案(1)用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應(yīng)該與電池的_____(填“正極”或“負(fù)極”)接觸。

正極多用電表應(yīng)滿足電流“紅進(jìn)黑出”，因此紅表筆與電池的正極相連；(2)某同學(xué)設(shè)計的實驗電路如圖(a)所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為R1，將單刀雙擲開關(guān)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(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)

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1234答案電容器放電過程中，電流由大逐漸變小，則小燈泡迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅，故C正確；C(3)將電阻箱的阻值調(diào)為R2(R2>R1)，再次將開關(guān)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1234答案阻值為

(填“R1”或“R2”)時的結(jié)果，曲線與橫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”)。

R2電荷量3.在“用傳感器觀察電容器的充、放電過程”實驗中，按圖甲所示連接電路。單刀雙擲開關(guān)S先跟2相接，某時刻開關(guān)改接1，一段時間后，把開關(guān)再改接2。實驗中使用了電流傳感器來采集電流隨時間的變化情況。其中C表示電容器的電容，R表示電阻的阻值，E表示電源的電動勢(電源內(nèi)阻可忽略)。1234答案能力綜合練(1)開關(guān)S改接2后，電容器進(jìn)行的是

(填“充電”或“放電”)過程。此過程得到的I-t圖像如圖乙所示。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I-t曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積將

(填“增大”“不變”或“減小”)；

1234答案放電不變1234答案開關(guān)S改接2后，電容器進(jìn)行的是放電過程。只減小電阻R的阻值，不改變電容的帶電荷量，則此過程，電容的放電量不變，則I-t曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積不變；(2)若R=500Ω，結(jié)合放電過程獲取的I-t圖像，則加在電容器兩極板的最大電壓約為

V；

1234答案1.2若R=500

Ω，由題圖乙可知，放電過程的最大電流為2.4

mA，則加在電容器兩極板的最大電壓約為U=IR=1.2

V。(3)改變電路中某一元件的參數(shù)對同一電容器進(jìn)行兩次充電，兩次充電對應(yīng)的電容器電荷量Q隨時間t變化的圖像分別如圖丙中a、b所示。根據(jù)圖像分析：a、b兩條曲線不同是

(填“R”或“E”)不同造成的；

1234答案Ea、b兩條曲線分別趨近于不同最大值，則電容器帶的最大電荷量不同，根據(jù)Q=CU可知，兩次不同是電源的電動勢E不同造成的；(4)電容器充電過程實際是克服極板上電荷的靜電力做功，使電勢能增加的過程(即極板間儲存電場能的過程)，若某次充電過程的兩極板間電壓U與電荷量Q的關(guān)系圖像如圖丁所示，請類比v-t圖像求位移的方法，計算該充電過程電容器儲存的電場能為

(用U0、Q0表示)。

1234答案

電容器C(額定電壓10V，電容標(biāo)識不清)；電源E(電動勢12V，內(nèi)阻不計)；電阻箱R1(阻值0~99999.9Ω)；滑動變阻器R2(最大阻值20Ω，額定電流2A)；電壓表V(量程15V，內(nèi)阻很大)；發(fā)光二極管D1、D2，開關(guān)S1、S2，電流傳感器，計算機(jī)，導(dǎo)線若干。4.(2023·山東卷·14)電容儲能已經(jīng)在電動汽車，風(fēng)、光發(fā)電，脈沖電源等方面得到廣泛應(yīng)用。某同學(xué)設(shè)計圖甲所示電路，探究不同電壓下電容器的充、放電過程，器材如下：1234答案回答以下問題：(1)按照圖甲連接電路，閉合開關(guān)S1，若要升高電容器充電電壓，滑動變阻器滑片應(yīng)向