2026版红对勾一轮复习讲与练高考物理第九章　第3讲　电容器　实验十：观察电容器的充、放电现象.docxVIP

第3讲电容器实验十：观察电容器的充、放电现象

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：电容器充电的过程中，两极板所带的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中。

②放电：放电过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为其他形式的能量。

2．电容

(1)定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比。

(2)定义式：C＝eq\f(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物理量。

(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两极板间电压无关。

3．平行板电容器的电容

(1)决定因素：正对面积、电介质、两极板间的距离。

(2)决定式：C＝eq\f(εrS,4πkd)。

1．电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和。(×)

2．电容器的电容与电容器所带电荷量成反比。(×)

3．放电后的电容器电荷量为零，电容也为零。(×)

4．平行板电容器的两极板间插入一块导体板，其电容将变大。(√)

考点一实验十：观察电容器的充、放电现象

1．实验原理(如图所示)

甲电容器充电乙电容器放电

2．实验操作

(1)连电路，按原理图连接器材。

(2)单刀双掷开关S接1，观察充电现象。

(3)单刀双掷开关S接2，观察放电现象。

(4)关闭电源，整理器材。

3．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。

4．数据处理

(1)观察电流表示数变化，总结电容器充、放电电流的变化规律。

(2)可将电流表换成电流传感器，由计算机绘制充、放电的I－t图像，由图像计算充、放电过程通过电流传感器的电荷量。

方法：先算出一个小方格代表的电荷量，然后数出整个图像与横轴所围的面积中的方格数(大于半个的按一个方格计算，小于半个的舍弃)。电容器充电或放电过程中电荷量为一个小方格代表的电荷量乘以方格数。

(3)电容器两极板之间的电压等于电源电动势，由电容的定义式C＝eq\f(Q,U)估算出电容器的电容C。

5．误差分析

(1)电流测量和读数不准确带来误差。

(2)利用I－t图像进行数据处理时也会造成误差。

考向1电容器充、放电现象的定性分析

【典例1】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，观察电容器的放电现象。(以上均选填“1”或“2”)

(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。

【答案】见解析图(a)

(3)电容器开始放电，同时开始计时，每隔5s读一次电流I的值，记录数据如下表。

时间t/s

0

5

10

15

20

25

电流I/μA

500

392

270

209

158

101

时间t/s

30

35

40

45

50

55

电流I/μA

75

49

30

23

9

3

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】见解析图(b)

【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(a)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(b)所示。

考向2电容器充、放电现象的定量计算

【典例2】(2024·海南卷)用如图甲所示的电路观察电容器的充、放电现象，实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关S1、开关S2、导线若干。

(1)闭合开关S2，将S1接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3V。在此过程中，电流表的示数B。

A．一直稳定在某一数值

B．先增大，后逐渐减小为零

C．先增大，后稳定在某一非零数值

(2)先后断开开关S2、S1，将电流表更换成电流传感器，再将S1接2，此时通过定值电阻R的电流方向为a→b(选填“a→b”或“b→a”)，通过传感器将电流信息传入计算机，画出电流随时间变化的I－t图像如图乙所示，t＝2s时I＝1.10mA，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出R＝5.2kΩ(结果保留两位有效数字)。

【解析】(1