第5讲实验：观察电容器的充、放电现象把握经典实验方案一、基本原理与操作

二、核心关键——数据处理实验项目实验现象电容器充电灯泡L亮度由明到暗最后熄灭电流表A1读数由大到小最后为零电压表V读数由小到大最后为6V电容器放电灯泡L亮度由明到暗最后熄灭电流表A2读数由大到小最后为零电压表V读数由大到小最后为零

归纳共性实验关键1．不变的实验原理 通过观察连接在回路中的电流表和电压表示数变化，得出电容器充、放电过程的特点。2．必备的实验器材 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)。

3．共同的注意事项(1)连接电路时注意电流表和电压表的正、负极和量程。(2)对电解电容器也要注意正、负极。(3)要选择电容较大的电容器。(4)实验过程要在干燥的环境中进行。

考查点(一)电容器充、放电现象的定性分析1.(2024·甘肃高考)一平行板电容器充放电电路如图所示。开关S接1,电源E给电容器C充电;开关S接2,电容器C对电阻R放电。下列说法正确的是()A.充电过程中,电容器两极板间电势差增加,充电电流增加B.充电过程中,电容器的上极板带正电荷,流过电阻R的电流由M点流向N点C.放电过程中,电容器两极板间电势差减小,放电电流减小D.放电过程中,电容器的上极板带负电荷,流过电阻R的电流由N点流向M点

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2．(2024·浙江1月选考)在“观察电容器的充、放电现象”实验中，把电阻箱R(0～9999Ω)、一节干电池、微安表(量程0～300μA，零刻度在中间位置)、电容器C(2200μF，16V)、单刀双掷开关组装成如图1所示的实验电路。(1)把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零；然后把开关S接2，微安表指针偏转情况是________。A．迅速向右偏转后示数逐渐减小B．向右偏转示数逐渐增大C．迅速向左偏转后示数逐渐减小D．向左偏转示数逐渐增大

(2)再把电压表并联在电容器两端，同时观察电容器充电时电流和电压变化情况。把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到160μA时保持不变；电压表示数由零逐渐增大，指针偏转到如图2所示位置时保持不变，则电压表示数为________V，电压表的阻值为________kΩ(计算结果保留两位有效数字)。

解析：(1)把开关S接1，电容器充电，电流从右向左流过微安表，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零；把开关S接2，电容器放电，电流从左向右流过微安表，则微安表指针迅速向左偏转后示数逐渐减小。故选C。答案：(1)C(2)0.503.1

3．(2023·新课标卷)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___________(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___________。(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(R2R1)，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___________(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___________(填“电压”或“电荷量”)。

解析：(1)多用电表红表笔流入电流，黑表笔流出电流，故红表笔应该与电池的正极接触。(2)电容器充电完成后，两极板电量较多，电势差较大，当开关S与“2”端相接，回路立即形成电流，小灯泡迅速变亮；随后两极板电量逐渐变少，电势差变小，流过灯泡的电流减小，直至两极板电荷量为零，小灯泡熄灭，故选C。(3)开始充电时两极板不带电，两极板电势差为零，设电源内阻为r，则开始充电时有E＝I，由图像可知开始充电时实线的电流较小，故电路中的电阻较大，因此电阻箱阻值为R2；图像的物理意义为充电过程中电流随时间的变化图线，故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。答案：(1)正极(2)C(3)R2电荷量

考查点(二)电容器充、放电现象的定量计算4.(2024·广西高考)某同学为探究电容器充、放电过程,设计了图甲实验电路。器材如下:电容器,电源E(电动势6V,内阻不计),电阻R1=400.0Ω,电阻R2=200.0Ω,