第九章

靜電場(chǎng)

第48講實(shí)驗(yàn)十觀察電容器的充、放電現(xiàn)

象

實(shí)驗(yàn)知識(shí)·自主回顧

核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破

提能訓(xùn)練練案[48]

返回導(dǎo)航

實(shí)驗(yàn)知識(shí)·自主回顧

高考一輪總復(fù)習(xí)?物理返回導(dǎo)航

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．知道電容器的構(gòu)造。

2．根據(jù)電路圖正確連接實(shí)物圖，認(rèn)真觀察電容器充放電的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)

象。

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二、實(shí)驗(yàn)原理

1．電容器的充電過(guò)程

自由電子

當(dāng)S接1時(shí)，電容器接通電源，電容器上極板的___________在電場(chǎng)

力的作用下將經(jīng)過(guò)電源移到與電源負(fù)極相接的下極板，正極板由于失去

負(fù)電荷而帶_正__電___，負(fù)極板由于獲得負(fù)電荷而帶__負(fù)__電，正、負(fù)極板所

帶電荷量大小__相__等__，符號(hào)相反，如圖甲所示。電荷定向移動(dòng)形成電流，

由于同性電荷的排斥作用，所以開(kāi)始電流最__大__，以后逐漸減__小__，在

電荷移動(dòng)過(guò)程中，電容器極板儲(chǔ)存的電

荷不斷__增__加___，電容器兩極板間電壓

U等于電源電動(dòng)勢(shì)E時(shí)電荷停止移動(dòng)，

電流I＝__0__。

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2．電容器的放電過(guò)程

如圖所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接2時(shí)，相當(dāng)于將電容器的兩極板直接用導(dǎo)線連

中和

接起來(lái)，電容器正、負(fù)極板上電荷發(fā)生______，在電子移動(dòng)過(guò)程中，形

成電流。

大

放電開(kāi)始電流較_____(填“大”或“小”)，隨著兩極板上的電荷量

逐漸減小，電路中的電流逐漸__減__小___(填“增大”或“減小”)，兩極板

間的電壓也逐漸減小到零。

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三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1．實(shí)驗(yàn)步驟

(1)調(diào)節(jié)直流可調(diào)電源，輸出為6V，并用多用電表校準(zhǔn)。

(2)關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，正確連接實(shí)物圖，電路圖如圖。

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(3)打開(kāi)電源，把單刀雙擲開(kāi)關(guān)S打到上面，使觸點(diǎn)1和觸點(diǎn)2連通，

觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)處理的表格中。

(4)把單刀雙擲開(kāi)關(guān)S打到下面，使觸點(diǎn)3和觸點(diǎn)2連通，觀察電容器

的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)處理的表格中。

(5)記錄好實(shí)驗(yàn)結(jié)果，關(guān)閉電源。

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2．?dāng)?shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

燈泡亮度由明到暗最后熄滅

電容器

電流表1讀數(shù)由大到小最后為零

充電

電壓表讀數(shù)由小到大最后為6V

燈泡亮度由明到暗最后熄滅

電容器

電流表2讀數(shù)由大到小最后為零

放電

電壓表讀數(shù)由大到小最后為零

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五、注意事項(xiàng)

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(shí)驗(yàn)過(guò)程中要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行。

4．在做放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，在電路中串聯(lián)一個(gè)電阻，避免燒壞電流表。

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核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破

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1教材原型實(shí)驗(yàn)

(基礎(chǔ)考點(diǎn)·自主探究)

【跟蹤訓(xùn)練】

1(電容器充、放電現(xiàn)象的定性分析)(2024·甘肅卷)一平行板電容器充

放電電路如圖所示。開(kāi)關(guān)S接1，電源E給電容器C充電；開(kāi)關(guān)S接2，電

容器C對(duì)電阻R放電。下列說(shuō)法正確的是()

A．充電過(guò)程中，電容器兩極板間電勢(shì)差增加，充電電流增大

B．充電過(guò)程中，電容器的上極板帶正電荷，流過(guò)電阻R的電流由M

點(diǎn)流向N點(diǎn)

C．放電過(guò)程中，電容器兩極板間電勢(shì)差減小，放電

電流減小

D．放電過(guò)程中，電容器的上極板帶負(fù)電荷，流過(guò)電

阻R的電流由N點(diǎn)流向M點(diǎn)

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[答案]C

[解析]充電過(guò)程中，隨著電容器所帶電荷量的增加，電容器兩極

板間電勢(shì)差增大，充電電流在減小，A錯(cuò)誤；根據(jù)題圖可知，充電過(guò)程

中，電容器的上極板帶正電荷，流過(guò)電阻R的電流由N→M，B錯(cuò)誤；放

電過(guò)程中，隨著電容器所帶電荷量的減小，電容器兩極板間電勢(shì)差減

小，放電電流在減小，C正確；根據(jù)題圖可知，放電過(guò)程中，電容器的

上極板帶正電荷，流過(guò)電阻R的電流由M→N，D錯(cuò)誤。

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2(電容器所帶電荷量和電容的計(jì)算)(2023·山東卷)電容儲(chǔ)能已經(jīng)在電

動(dòng)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(jì)圖甲

所示電路，探究不同電壓下電容器的充、放電過(guò)程，器材如下：

電容器C(額定電壓10V，電容標(biāo)識(shí)不清)；

電源E(電動(dòng)勢(shì)12V，內(nèi)阻不計(jì))；

電阻箱R1(阻值0～99999.9Ω)；

滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值20Ω，額定電流2A)；

電壓表V(量程0～15V，內(nèi)阻很大)；

發(fā)光二極管D1、D2，開(kāi)關(guān)S1、S2，電流傳感器，計(jì)算機(jī)，導(dǎo)線若干。

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回答以下問(wèn)題：

(1)按照?qǐng)D甲連接電路，閉合開(kāi)關(guān)S1，若要升高電容器充電電壓，滑

動(dòng)變阻器滑片應(yīng)向________端滑動(dòng)(填“a”或“b”)。

(2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片位置，電壓表表盤如圖乙所示，示數(shù)為_(kāi)___

V(保留1位小數(shù))。

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(3)繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片位置，電壓表示數(shù)為8.0V時(shí)，開(kāi)關(guān)S2擲

向1，得到電容器充電過(guò)程的I－t圖像，如圖丙所示。借鑒“用油膜法估

測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中估算油膜面積的方法，根據(jù)圖像可估算出充

電結(jié)束后，電容器存儲(chǔ)的電荷量為_(kāi)_______C(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

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(4)本電路中所使用電容器的電容約為_(kāi)_______F(結(jié)果保留2位有效

數(shù)字)。

(5)電容器充電后，將開(kāi)關(guān)S2擲向2，發(fā)光二極管________(填“D1”或

“D2”)閃光。

－3－4

[答案](1)b(2)6.5(3)3.7×10(4)4.6×10(5)D1

[解析](1)題圖甲中滑動(dòng)變阻器為分壓式接法，滑動(dòng)變阻器滑片左

端的部分與電容器并聯(lián)，要升高電容器兩端的電壓，滑動(dòng)變阻器的滑片

應(yīng)向b端移動(dòng)。

(2)電壓表量程為15V，分度值為0.5V，則電壓表示數(shù)為6.5V。

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反思提升

電容器充、放電現(xiàn)象中的三點(diǎn)注意事項(xiàng)

(1)電容器充電時(shí)電流流向正極板，電容器放電時(shí)電流從正極板流

出，且充、放電電流均逐漸減小至零。

(2)電容器充、放電過(guò)程，電容器的電容不變，極板上所帶電荷量和

電壓按正比關(guān)系變化。

(3)電容器充、放電過(guò)程，I－t圖中曲線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示電

容器儲(chǔ)存的電荷量。

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2創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提升

(能力考點(diǎn)·深度研析)

實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新

(1)通過(guò)電流、電壓傳感器輸出充電過(guò)程的電流、電壓隨時(shí)間t變

化。

(2)計(jì)算電容器的電容與標(biāo)稱值進(jìn)行對(duì)比。

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(2023·福建卷)某同學(xué)用圖(a)所示的電路觀察矩形波頻率對(duì)電容器充

放電的影響。所用器材有：電源、電壓傳感器、電解電容器C(4.7μF,10

V)，定值電阻R(阻值2.0kΩ)、開(kāi)關(guān)S、導(dǎo)線若干。

(1)電解電容器有正、負(fù)電極的區(qū)別。根據(jù)圖(a)，將圖(b)中的實(shí)物

連線補(bǔ)充完整；

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(2)設(shè)置電源，讓電源輸出圖(c)所示的矩形波，該矩形波的頻率為

________Hz；

(3)閉合開(kāi)關(guān)S，一段時(shí)間后，通過(guò)電壓傳感器可觀測(cè)到電容器兩端

的電壓UC隨時(shí)間周期性變化，結(jié)果如圖(d)所示，A、B為實(shí)驗(yàn)圖線上的

兩個(gè)點(diǎn)。在B點(diǎn)時(shí)，電容器處于________狀態(tài)(選填“充電”或“放電”)

在________點(diǎn)時(shí)(選填“A”或“B”)，通過(guò)電阻R的電流更大；

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