《学霸笔记 同步精讲》第10章 静电场中的能量 4.第2课时　实验：观察电容器的充、放电现象（课件）高中物理人教版必修三

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第2课时　实验:观察电容器的充、放电现象
实验探究·新知导学
典例精讲·释疑解惑
随 堂 练 习
实验探究·新知导学
一、实验目的
1.验证电容器的充电和放电。
2.认识电容器充放电时间与电阻、电容大小之间的关系。
二、实验原理
1.电容器的充电过程
如图甲所示,当开关S接1时,电容器接通电
源, 在静电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(选填“大”或“小”),以后随着极板上电荷的增多,电流逐渐减小(选填“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。
甲
2.电容器的放电过程
如图乙所示,当开关S接2时,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(选填“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(选填“增大”或“减小”),两极板间的电压也逐渐减小到零。
三、实验器材
直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、数字电压表、电阻、导线若干。
四、实验步骤
1.按电路图连接好电路。
2.把单刀双掷开关S接1,
观察电容器的充电现象。
3.把单刀双掷开关S接2,观察电容器的放电现象。
4.记录好实验结果,关闭电源。
五、数据处理
由传感器作出给电容器充电时电压和电流随时间变化的图像如图甲所示。
甲
由传感器作出电容器放电时电压和电流随时间变化的图像如图乙所示。
乙
六、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,以免烧坏电流表。
典例精讲·释疑解惑
知识点一
知识点二
电容器充、放电现象的定性分析
【例题1】 在如图所示的实验中,关于平行板电容器的充、放电,下列说法正确的是(　　)
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.开关接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正确,B错误。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错误。
电容器充、放电现象的定量计算
【例题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,能画出电流随时间变化的图像。图甲是用电流传感器观察电容器充、放电过程的实验电路图,图中电源电压为6 V。
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图像如图乙所示。已知图形与时间轴围成的面积表示电荷量,根据图像估算出电容器放电过程中释放的电荷量为　　　　 C,该电容器电容为　　　　 μF。(均保留三位有效数字)
答案:3.04×10-3　507
解析:根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子的电荷量为8×10-5 C,由大于半格算一个,小于半格舍去,因此题图所包含的格子个数为38,所以释放的电荷量为q=8×10-5 C×38
电容器所带电荷量,在I-t图像中可用图线与坐标轴围成的面积表示,面积可以利用格子的总数与一个格子的面积的乘积来近似计算。
随 堂 练 习
1.(多选)关于电容器的充、放电,下列说法正确的是(　　)
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
D.放电过程中电容器中的电场能逐渐减少
答案:AD
解析:电容器充、放电过程中会有电荷发生定向移动,电路产生变化的瞬间电流,电容器充、放电结束,电流消失,A正确,B错误。充电过程中电源提供的电能部分转化为电容器的电场能,C错误。放电过程中电容器中的电场能转化为其他形式的能,D正确。
2.据报道,科学家发明了一种新型超级电容器,能让手机几分钟内充满电。某同学假日登山途中,用该种电容器给手机电池充电,下列说法正确的是(　　)
A.该电容器给手机电池充电时,电容器的电容变大
B.该电容器给手机电池充电时,电容器存储的电能变少
C.该电容器给手机电池充电时,电容器所带电荷量可能不变
D.充电结束后,电容器不带电,电容器的电容为零
答案:B
解析:电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量,与电容器的电压及电荷量无关,故A、D错误。当该电容器给手机电池充电时,电容器存储的电荷量减小,则电能变少,故B正确,C错误。
3.在用传感器观察电容器的充电和放电实验中,电路图如图甲所示。一位同学使用的电源电压为8.0 V,测得放电的I-t图像如图乙所示。
(1)若按“四舍五入(大于半格算一个,小于半格舍去)”法,根据“I-t图线与两坐标轴包围面积”,试计算电容器放电过程中释放的电荷量约为　　　　 C(结果保留三位有效数字)。
(2)根据以上数据估算电容器的电容为　　　　 F(结果保留两位有效数字)。
答案:(1)3.52×10-3　(2)4.4×10-4
解析:(1)根据四舍五入的原则,图线与坐标轴所围成的面积约为44个小格,每个小格表示的电荷量为0.08×10-3 C,故电容器释放的电荷量为3.52×10-3 C。