最新2019学年高中物理 第一章 第8节第2课时 实验:观察电容器的充、放电学案 复习专用 新人教版必用2

第2课时 实验:观察电容器的充、放电

1.实验原理

(1)电容器的充电过程

如图1所示,当开关S接1时,电容器接通电源,在电场力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动,正极板因失去电子而带正电,负极板因获得电子而带负电.正、负极板带等量的正、负电荷.电荷在移动的过程中形成电流.在充电开始时电流比较大(填“大”或“小”),以后随着极板上电荷的增多,电流逐渐减小(填“增大”或“减小”),当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止移动,电流I=0.

图1

(2)电容器的放电过程

如图2所示,当开关S接2时,将电容器的两极板直接用导线连接起来,电容器正、负极板上电荷发生中和.在电子移动过程中,形成电流,放电开始电流较大(填“大”或“小”),随着两极板上的电荷量逐渐减小,电路中的电流逐渐减小(填“增大”或“减小”),两极板间的电压也逐渐减小到零.

图2

实验器材:6V的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、小灯泡 2.实验步骤

(1)按图3连接好电路.

图3

1

(2)把单刀双掷开关S打在上面,使触点1和触点2连通,观察电容器的充电现象,并将结果记录在表格中.

(3)将单刀双掷开关S打在下面,使触点3和触点2连通,观察电容器的放电现象,并将结果记录在表格中.

(4)记录好实验结果,关闭电源. 实验记录和分析:

实验项目 灯泡 实验现象 灯泡的亮度由明到暗最后熄灭(选填“明”“暗”或“熄灭”) 电流表1的读数由大到小最后为零(选填“大”“小”或“零”) 电压表的读数由小(选填“大”或“小”)到大(选填“大”或“小”)最后为6V 灯泡的亮度由明到暗最后熄灭(选填“明”“暗”或“熄灭”) 电流表2的读数由大到小最后为零(选填“大”“小”或“零”) 电压表的读数由大(选填“大”或“小”)到小(选填“大”或“小”)最后为0V 电容器充电 电流表1 电压表 灯泡 电容器放电 电流表2 电压表

3.注意事项

(1)电流表要选用小量程的灵敏电流计. (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,以免烧坏电流表.

一、电容器充、放电现象的定性分析

例1 如图4所示实验中,关于平行板电容器的充、放电,下列说法正确的是( )

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图4

A.开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带正电 B.开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带负电 C.开关接2时,平行板电容器充电,且上极板带正电 D.开头接2时,平行板电容器充电,且上极板带负电 答案 A

解析 开关接1时,平行板电容器充电,上极板与电源正极相连而带正电,A对,B错;开关接2时,平行板电容器放电,放电结束后上、下极板均不带电,C、D错. 二、电容器充、放电现象的定量计算

例2 电流传感器可以像电流表一样测量电流,不同的是反应比较灵敏,且可以和计算机相连,能画出电流与时间的变化图象.图5甲是用电流传感器观察充、放电过程的实验电路图,图中电源电压为6V.

图5

先使开关S与1接通,待充电完成后,把开关S再与2接通,电容器通过电阻放电,电流传感器将电流信息传入计算机,显示出电流随时间变化的I-t图象如图乙所示.根据图象估算出电容器全部放电过程中释放的电荷量为C,该电容器电容为μF. 答案 3.04×10 507

解析 根据题图乙的含义,因Q=It,可知图形与时间轴围成的面积表示电荷量;根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子的电荷量为8×10C,由大于半格算一个,小于半格舍去,因此图象所包含的格子个数为38,所以释放的电荷量为q=8×10C×38=3.04×10C.根据

-3

Q3.04×10-4

电容器的电容C=可知,C=F≈5.07×10F=507μF.

U6

-5

-3

-5

-3

1.(多选)关于电容器的充、放电,下列说法中正确的是( ) A.充、放电过程中外电路有瞬间电流 B.充、放电过程中外电路有恒定电流 C.充电过程中电源提供的电能全部转化为内能

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