高中物理人教专题48 实验观察电容器的充放电现象（解析版）.docx

2023届高中物理一轮复****多维度导学与分层专练
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】
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。电路中的平均电流为I=ΔqΔt。
【例1】在“观察电容器的充、放电现象”实验中，
（1）用如图1所示的电容器做实验，电容器外壳上面标着“2200μF，10V”，下列说法正确的是_________；
A．电容器的击穿电压为10V
B．电压为10V时，电容器才正常工作
C．电容器电压为5V时，电容是2200μF
D．电容器电压为5V时，电容是1100μF
（2）把干电池、电阻箱、电容器、电流表、单刀双掷开关S按图2电路图连成实验电路如图3所示，将电阻箱调到合适阻值。
①先使开关S接1，电源给电容器充电，观察到电流表指针偏转情况为____________；
A．逐渐偏转到某一刻度后保持不变             B．逐渐偏转到某一刻度后迅速回到0
C．迅速偏转到某一刻度后保持不变             D．迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0
②电容器充电完毕，断开开关，此时如图2所示电路图中电容器上极板____________（填“带正电”、“带负电”或“不带电”）；
③然后将开关S接2，电容器放电。在放电过程中，电路中的电流大小为，电容器所带电荷量为，电容器两极板电势差为，电容器的电容为。下面关于、、、随时间的变化的图像，正确的是____________。
A． B．
C． D．
【答案】     C     D     带正电     B
【详解】（1）[1]
A．10V是电容器的额定电压，不是电容器的击穿电压，A错误；
B．10V是电容器的额定电压，电压低于10V时，电容器也能正常工作，B错误；
CD．电容与电容器所加电压无关，只与自身构造有关，可知电容器电压为5V时，电容是2200μF，C正确，D错误。故选C。
（2）①[2] 使开关S接1，电源给电容器充电，电路瞬间有了充电电流，随着电容器所带电荷量逐渐增大，电容器两极板间的电压逐渐增大，充电电流逐渐减小，所以此过程中观察到电流表指针迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0，D正确，ABC错误。故选D。
②[3]由电路图可知，电容器上极板与电源正极相连，故电容器充电完毕，断开开关，电容器上极板带正电。
③[4]D．放电过程中，电容与电容器所带电荷量和电容器极板间电压没有关系，可知电容器电容保持不变，D错误；
ABC．放电过程中，电容器所带电荷量逐渐减小，根据电容定义式可知电容器极板间电压逐渐减小，则放电电流逐渐减小，根据可知图像的切线斜率绝对值逐渐减小，B正确，AC错误。故选B。
新高考的改进创新实验
【例2】在测定电容器电容的