(江苏专用)2023年版高考物理一轮复习静电场实验9观察电容器的充、放电现象教案

3试验九观看电容器的充、放电现象1．试验目的知道电容器的构造。依据电路图正确连接实物图，认真观看电容器充、放电的试验现象。2．试验原理电容器的充电过程：S1获得负电荷而带负电，正、负极板所带电荷大小相等，符号相反，如图甲所示。电荷定向移U等于电源电压E时电荷停顿移动，电流I＝0。甲 乙电容器的放电过程：S2C电荷中和，两极板的电荷量渐渐削减，表现为电流渐渐减小，电压也渐渐减小为零(如图乙所示)。3．试验器材电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表和电压表。4．试验步骤(1)6V，并用多用电表校准。(2)关闭电源开关，正确连接实物图，电路图如以下图。翻开电源，把双掷开关S接通触点1，观看电容器的充电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。把双掷开关S接通触点3，观看电容器的放电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。记录好试验结果，关闭电源。5．数据处理试验工程灯泡电容器充电 电流表1电压表灯泡电容器放电 电流表2电压表

试验现象亮度由明到暗最终熄灭读数由大到小最终为零6V亮度由明到暗最终熄灭读数由大到小最终为零读数由大到小最终为零6.留意事项(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。试验过程中要在枯燥的环境中进展。在做放电试验时，在电路中串联一个电阻，避开烧坏电流表。试验电路设计与器材选取充电时电流从电源正极流出，放电时电容器相当于电源，电流从电容器正极流出。试验电路设计与器材选取[题组训练][题组训练]以下电容器相关学问描述正确的选项是( )甲 乙丙 丁 戊A．图甲为电容器充电示意图，充完电后电容器上极板带正电，两极板间的电压U等于电源的电动势EQ，则放电过程中通过安培表的电流方向从右向左，流过的总电荷量为2Q图丙为电解电容器的实物图和符号，图丁为可变电容器及其符号，两种电容使用时都严格区分正负极图戊中的电容器上有“5.5V1.0F”字样，说明该电容器只有两端加上5.5V1.0FA的电压U等于电源的电动势E，故A正确；图乙为电容器放电过程，假设电容器上极板带电量为＋Q，则放电过程中通过安培表的电流方向从右向左，且流过的总电量为Q，故B错误；分正负极，后者没有，故C“5.5V1.0F”字样，说明该电容5.5V1.0F，故D错误；应选A。]用以下器材测量电容器的电容：一块多用电表，一台直流稳压电源，一个待测电容16VR＝100Ω，R＝150Ω，电流传感器、数据采集1 2试验次数试验步骤①将电阻试验次数试验步骤①将电阻R等器材依据图甲正确连接电路，将开关S11源向电容器充电。1②将开关S2it曲线如图乙中的实线a所示。③用电阻R替换R，重复上述试验步骤①②，测得电流随时间变化的221it曲线如图丙中的某条虚线所示。说明：两次试验中电源输出的直流电压恒定且一样。请完成以下问题：1R1

甲两端的最大电压U＝ V。利用计算机软件测得it曲线和两坐标轴所围的面积为90mA·s，电容器放电时其内阻可以无视不计，则电容器的电容为C＝ F。第2次试验中，电流随时间变化的it曲线应当是图丙中的虚线 (选填“b”“c”或“d”)，推断依据是 。乙 丙[解析] (1)由题图知，最大电流为I＝90mA＝0.09A，因此最大电压为U＝IR＝9m m m1V；曲线下围的面积表示电容器的带电荷量Q＝90mA·s，依据电容器的定义式可得C＝1.0×10－2F。UR(2)I＝Rm

m，因第2次试验的最大放电电流小些，而曲线下围的面积相等，因此不是b。故电流随时间变化的曲线应当是虚线c。[答案] (1)91.0×10－2(2)c两次放电电荷量相等，图形与t轴围成的面积相等，另由于R>R，开关2 1试验数据处理与分析2试验数据处理与分析[题组训练]电容器充放电的电流不是恒定的，是变化的，电荷量的计算需利用it图线，it曲线与坐标轴围成面积表示对应的电荷量，大于半格的算一格，小于半格的不算。[题组训练]小明同学想依据学习的学问，估测一个电容器的电容。他从试验室找到8Vi随时间t变化的图线)、定值电阻和导线假设干，连成如图甲所示的电路。试验过程如下，完成相应的填空。(全部结果均保存两位有效数字)甲 乙先使开关S1开关S2R的电流方向为 (填“从右向左”或“从左向右”)。传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的it曲线如图乙所示。依据图象估算出电容器在全部放电过程中释放的电荷量为 (5)依据前面的信息估算出该电容器的电容为 F。[解析](2)开关S1上极板带正电；开关S2R的电流方向为从右向左。(电流从电容器正极板动身经R到负极板)(4)电荷量为Q＝31×0.2mA×0.4s≈2.5×10－3C。Q2.5×10－3电容器的电容为C＝U＝ 8 F≈3.1×10－4F。[答案] (2)从右向左(4)2.4×10－3～2.6×10－3C(5)3.0×10－4～3.3×10－4F如图甲所示是一种测量电容的试验电路图，试验是通过对高阻值电阻放电的方法，测出电容器充电至电压U时所带电量Q，从而再求出电容器的电容C。某同学在一次试验时的状况如下：接通开关S，调整电阻箱R的阻值，使小量程电流表的指针偏转接近满刻度，登记此时电流表的示数是I＝490μA，电压表的示数U＝8.0V，I、U分别是电容器放电0 0 0 0时的初始电压和电流。断开开关S，5s测读一次电流I的值，将测得ti为纵坐标)，结果如图中小黑点“·”所示。甲 乙(1)it 。(2)该电容器电容为 F(结果保存两位有效数字)。(3)假设某同学试验时把电压表接在FD两端则电容的测量值比它的真实值 (选填“大”“小”或“相等”)。[解析](1ΔQ＝IΔt知，电荷量为it图象与坐标轴所包围的面积，则面积为电容器在开头放电时所带的电荷量。＝8.8×1－3，Q8.8×10－3则C＝U＝ 8 F＝1.1×10－3F。F、D电量，从而使电容的测量值比它的真实值偏小。[答案](1)在开头放电时电容器所带的电荷量(2)1.1×10－3 (3)小3．(2023·北京高考)电容器作为储能器件，在生产生活中有广泛的应用。对给定电容Cu随电荷量q的变化图象都一样。请在图甲中画出上述uq图象。类比直线运动中由vt图象求位移的方法，求两极间电压为U时电容器所储存的电能E＝ 。p甲在如图乙所示的充电电路中，R表示电阻，E表示电源(无视内阻)。通过转变电路中元件的参数对同一电容器进展两次充电，对应的qt曲线如图丙中①②所示。①②两条曲线不同是 (选填“E”或“R”)的转变造成的。b．电容器有时需要快速充电，有时需要均匀充电。依据a中的结论，说明实现这两种充电方式的途径 。乙 丙设想使用抱负的“恒流源”替换(2(2)中电源对电容器的充电过程大”“减小”或“不变”)“恒流源”电源两端电压 通过电源的电流

(2)中电源[解析]

Cq u1q

uq图象应为过＝u＝C，所以U时电容器所储存的电能即为图线与uQ C2pp横轴所围面积，即E＝2，当两极间电压为U时，电荷量为Q＝CU，所以E＝2。ppa.由于电源内阻不计，当电容器布满电后电容器两端电压即电源的电动势，电容器最终的电量为：Q＝CEqt图可知，两种充电方式最终的电荷量一样，只是时间不同，所以①②曲线不同是R的转变造成的。由题图丙可知，要快速度充电时，只要减小图乙中的电阻R，要均匀充电时，只要适当增大图乙中的电阻R即可。在电容器充电过程中电容器的左极板带正电