資源簡介

(共21張PPT)
第十章 靜電場中的能量
第4節 實驗：觀察電容器的充、放電現象
02
實驗步驟和數據處理
01
實驗原理和器材裝置
第4節 實驗：觀察電容器的充、放電現象
目錄
CONTENTS
03
注意事項和實驗結果
04
典例分析和課堂練習
1
新課引入:閉合開關,分析電流表電壓表的偏轉情況？
A
－
＋
+
-0.6
0.6
0
+
+
+
+
+
+
+
+
v
－
＋
+
-3
3
0
2
連接1開關
電流表右偏，并返回
電壓表右偏指某個值
連接2開關
電流表左偏，并返回
電壓表左偏指向零
一、實驗原理和器材裝置
通過觀察連接在回路中的電流表和電壓表示數變化，得出電容器充、放電過程的特點。
1.實驗原理
直流電源、導線、單刀雙擲開關、電容器、定值電阻、電流表(電流傳感器)、電壓表(電壓傳感器)。
2.器材裝置
二、實驗步驟和數據處理
1.實驗步驟
①按圖連接好電路．
②把單刀雙擲開關S打在上面，使觸點1
與觸點2連通，觀察電容器的充電現象，
并將結果記錄在表格中．
③將單刀雙擲開關S打在下面，使觸點3與觸點2連通，觀察電容器的放電現象，并將結果記錄在表格中．
④記錄好實驗結果，關閉電源．
實驗項目 實驗現象 電容器充電 燈泡L
電流表A1
電壓表V
電容器放電 燈泡L
電流表A2
電壓表V
1.實驗步驟
實驗項目 實驗現象 電容器充電 燈泡L
電流表A1
電壓表V
電容器放電 燈泡L
電流表A2
電壓表V
亮度由明到暗最后熄滅
讀數由大到小最后為零
讀數由小到大最后為定值
亮度由明到暗最后熄滅
讀數由大到小最后為零
二、實驗步驟和數據處理
2.數據處理
讀數由大到小最后為零
i1
t
i2
t
V
t
V
t
三、注意事項和實驗結果
①電流表要選用小量程的靈敏電流計。注意電流表和電壓表的正、負極和量程
②要選擇大容量的電容器。
③實驗要在干燥的環境中進行。
④在做放電實驗時，在電路中串聯一個電阻(小燈泡)，以免燒壞電流表。
1.注意事項
⑤對電解電容器也要注意正、負極。
電容器充電時，電容器兩端電壓增大，電荷量增加；電容器放電時，電容器兩端電壓減小，電荷量減小。充、放電結束后，電路中無電流。
2.實驗結論　
[典例1]（2023·新課標卷22題）在“觀察電容器的充、放電現象”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、單刀雙擲開關以及導線若干。
（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表
筆應該與電池的　　　（選填“正極”或“負極”）接觸。
（2）某同學設計的實驗電路如圖（a）所示。先將電阻箱
的阻值調為R1，將單刀雙擲開關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　　。（填正確答案標號）
A.迅速變亮，然后亮度趨于穩定
B.亮度逐漸增大，然后趨于穩定
C.迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅
（3）將電阻箱的阻值調為R2（R2＞R1），再次將開關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，其中實線是電阻箱阻值為　　（選填“R1”或“R2”）時的結果，曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的　　　　（選填“電壓”或“電荷量”）。
正極
C
R2
電荷量
四、典例分析
[典例2]（2023·山東高考14題）電容儲能已經在電動汽車，風、光發電，脈沖電源等方面得到廣泛應用。某同學設計圖甲所示電路，探究不同電壓下電容器的充、放電過程，器材如下：
電容器C（額定電壓10 V，電容標識不清）；
電源E（電動勢12 V，內阻不計）；
電阻箱R1（阻值0～99 999.9 Ω）；
滑動變阻器R2（最大阻值20 Ω，額定電流2 A）；
電壓表V（量程15 V，內阻很大）；
發光二極管D1、D2，開關S1、S2，電流傳感器，計算機，
導線若干。回答以下問題：
（1）按照圖甲連接電路，閉合開關S1，若要升高電容器
充電電壓，滑動變阻器滑片應向　　端滑動（選填“a”或“b”）。
（2）調節滑動變阻器滑片位置，電壓表表盤如圖乙所示，示數為　　V（保留1位小數）
b
6.5
四、典例分析
（3）繼續調節滑動變阻器滑片位置，電壓表示數為8.0 V時，開關S2擲向1，得到電容器充電過程的I－t圖像，如圖丙所示。借鑒“用油膜法估測油酸分子的大小”實驗中估算油膜面積的方法，根據圖像可估算出充電結束后
，電容器存儲的電荷量為　　　　　　　C（結果
保留2位有效數字）。
（4）本電路中所使用電容器的電容約為　　　　　　　F
（結果保留2位有效數字）。
（5）電容器充電后，將開關S2擲向2，發光二
極管　　（選填“D1”或“D2”）閃光。
3.7×10－3
4.6×10－4
D1
四、典例分析
[練習1] 某同學用如圖所示電路研究電容器。先將單刀雙擲開關S與1相接，過一會兒后，再將開關與2相接。下列說法正確的是(　 )
A．在開關與1相接時，無電流通過電流表
B．在開關與2相接時，有電流通過電流表
C．在開關與1相接時，電流表一直有穩定的示數
D．在開關與2相接時，無電流通過電流表
課堂練習
B
[練習2]如圖甲所示是一種測量電容的實驗電路圖，實驗是通過對高阻值電阻放電的方法，測出電容器充電至電壓為U時所帶的電荷量Q，從而再求出待測電容器的電容C。某同學實驗時的情況如下：
a．按圖甲所示的電路圖連接好實驗器材；
b．接通開關S，調節電阻箱R的阻值，使
小量程電流表的指針偏轉接近滿刻度，記
下此時電流表的示數I0＝490 μA，電壓表
的示數U0＝8.0 V，I0、U0分別是電容器放電時的初始電流和電壓；
c．斷開開關S，同時開始計時，每隔5 s或10 s測讀一次電流i的值，將測得數據填入表格，并標示在圖乙的坐標紙上(時間t為橫坐標，電流i為縱坐標)，結果如圖乙中小黑點所示；(1)在圖乙中畫出i-t圖線。(2)圖乙中圖線與坐標軸所圍成面積的物理意義是__________________________________________________。
(3)該電容器的電容為_______________F(結果保留兩位有效數字)。
_______
課堂練習
電容器充電到電壓為U0時所帶的電荷量
1.0×10－3
[練習3] 在“用傳感器觀察電容器的充電和放電”實驗中，電路圖如圖甲所示。一位同學使用的電源電壓為10.0 V，測得放電的I-t圖像如圖乙所示。
(1)若按“大于半格算一個，小于半格舍去”法，根據“I-t 圖線與兩坐標軸所圍面積”，電容器在全部放電過程中釋放的電荷量約為_________________________C。(結果保留兩位有效數字)
(2)根據以上數據估算電容器的電容值為__________________________________F。(結果保留兩位有效數字)
(3)如果將電阻R換一個阻值更大的電阻，
則放電過程釋放的電荷量________(選填
“變多”“不變”或“變少”)。
課堂練習
0.017(0.016～0.018)
0.001 7(0.001 6～0.001 8)
不變
[練習4] 電容器是一種重要的電學元件，在電工、電子技術中應用廣泛。使用圖甲所示電路觀察電容器的充、放電過程。電路中的電流傳感器與計算機相連，可以顯示電路中電流隨時間的變化。圖甲中電源電壓為8 V，實驗前電容器不帶電。先使S與“1”端相連給電容器充電，充電結束后，使S與“2”端相連，直至放電完畢。計算機記錄的電流隨時間變化的i-t曲線如圖乙所示。
(1)圖像陰影為i-t圖像與對應時間
軸所圍成的面積，表示的物理意義
是____________________________；
(2)乙圖中陰影部分的面積S1___S2；
(選填“>”“<”或“＝”)
(3)計算機測得S1＝1 203 mA·s，則該電容器的電容為__________F；(保留兩位有效數字)
(4)由甲、乙兩圖可判斷阻值R1________R2。(選填“>”“<”或“＝”)
課堂練習
電容器帶的電荷量
＝
0.15
＜
課堂練習
[練習5]電容器是一種重要的電學元件，在電工、電子技術中應用廣泛．使用圖甲所示電路觀察電容器的充、放電過程．電路中的電流傳感器與計算機相連，可以顯示電路中電流隨時間的變化關系．圖甲中直流電源電動勢E＝8 V，實驗前電容器不帶電．先使S與“1”端相連給電容器充電，充電結束后，使S與“2”端相連，直至放電完畢．計算機記錄的電流隨時間變化的i－t曲線如圖乙所示．
(1)乙圖中陰影部分的面積S1________S2；
(選填“>”“<”或“＝”)
(2)計算機測得S1＝1 203 mA·s，則該電
容器的電容為________F；(保留兩位有效數字)
(3)由甲、乙兩圖可判斷阻值R1________R2.(選填“>”“<”或“＝”)

＝
0.15
<
課堂練習
[練習6]在測定電容器電容的實驗中，將電容器、電壓傳感器、阻值為3 kΩ的電阻R、電源、單刀雙擲開關按圖甲所示電路圖進行連接。先使開關S與1端相連，電源向電容器充電，充電完畢后把開關S擲向2端，電容器放電，直至放電完畢。實驗得到的與電壓傳感器相連接的計算機所記錄的電壓隨時間變化的u-t曲線，如圖乙所示，圖丙為由計算機對圖乙進行數據處理后記錄的“峰值”及曲線與時間軸所圍“面積”。
(1)根據圖甲所示的電路，觀察圖乙可知：充電電流與放電電流方向________(選填“相同”或“相反”)，大小都隨時間________(選填“增大”或“減小”)。
(2)該電容器的電容值為______________F。(結果保留兩位有效數字)
(3)某同學認為：仍利用上述裝置，將電壓傳感器從電阻兩端改接在電容器的兩端，也可以測出電容器的電容值。請你分析并說明該同學的說法 正確(選填“是”或“否”)
相反
減小
1.0×10－2
是
課堂練習
[練習7]某研究性學習小組做“用傳感器觀察電容器的充電和放電”的實驗，把一個電容器、電流傳感器、電阻、電源、單刀雙擲開關按圖甲所示連接。先將開關S撥至1端，電源向電容器充電，然后將開關S撥至2端，電容器放電，與電流傳感器相連接的計算機記錄這一過程中電流隨時間變化的I－t像，如圖乙所示。
（1）關于電容器的充、放電，下列說法中正確的是　　　　。（填正確答案標號）
A.電容器充、放電過程中，外電路有電流
B.電容器充、放電過程中，外電路有恒定電流
C.電容器充電過程中，電源提供的電能全部轉化為內能
D.電容器放電過程中，電容器中的電場能逐漸減小
（2）在形成電流曲線1的過程中，電容器兩極板間的電壓　　　　　　，在形成電流曲線2的過程中，電容器的電容　　　。（均選填“逐漸增大”“不變”或“逐漸減小”）
（3）曲線1與橫軸所圍面積　　　　（選填“大于”“等于”或“小于”）曲線2與橫軸所圍面積。
AD
逐漸增大
不變
等于
[練習8]某同學通過實驗觀察電容器的充電、放電現象，采用的實驗電路如圖甲所示，已知所用電解電容器的長引線是其正極，短引線是其負極。所用器材如下：電池、電容器、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關以及導線若干。
（1）用多用電表的電壓擋檢測電
池的電壓。檢測時，紅表筆應該與
電池的　　　　（選填“正極”或“負
極”）接觸。
（2）根據圖甲電路，請在圖乙中
用筆畫線代替導線，完成實物電路的連接。
（3）連接好實驗電路，開關S應先接到　　，再接到　　，觀察電容器的放電現象。（均選填“1”或“2”）。
（4）電容器開始放電，同時開始計時，每隔5 s讀一次電流I的值，記錄數據值，描繪得到如圖丙所示的圖像。曲線與坐標軸所圍面積等于該次放電開始時刻，電容器上的
　　　　（選填“電壓”或“電荷量”）。
課堂練習
正極
1
2
電荷量
[練習9]用如圖甲所示電路觀察電容器的充、放電現象，現提供如下實驗器材：電源E（電動勢3 V，內阻不計）、電容器C（標稱電容1 000 μF、電阻箱R（0～9 999 Ω）、微安表G（量程500 μA，內阻為2 kΩ）、單刀雙擲開關S和導線若干。
（1）根據圖甲電路在圖乙中用筆畫線代替導線將實物電路連接完整。
（2）將開關S撥至位置1，電容器上極板帶　　　　（選填“正”或“負”）電。
（3）充電完畢，將開關S撥至位置2，根據測得的數據作出電路中的電流I隨時間t變化的圖像如圖丙所示，則電阻箱接入電路的阻值為　　　　kΩ。
（4）圖丙中曲線與橫軸圍成的區域共有148個小格，則電容器電容的測量值為　　 μF（結果保留3位有效數字）。　　
課堂練習
負
8
987
課堂練習
（5）根據圖丙可作出電容器所帶電荷量q隨時間t變化的圖像。某小組兩次實驗中電阻箱接入電路的阻值分別為Ra和Rb，Ra＞Rb，對應的q－t圖像為曲線a和b。則下列圖像中可能正確的是　　（填正確答案標號）。
D
謝 謝 觀 看

展開更多......

收起↑