实验九观察电容器的充放电现象

实验九观察电容器的充、放电现象实验溯本求源实验热点探究实验溯本求源

实验溯本求源●实验目的1．知道电容器的构造．2．根据电路图正确连接实物图，认真观察电容器充、放电的实验现象．

●实验原理1．电容器的充电过程：当S接1时，电容器接通电源，与电源正极相接，电容器极板的自由电子在电场力的作用下将经过电源移到与电源负极相接的下极板，正极由于失去负电荷而带正电，负极由于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．电荷定向移动形成电流，由于同性电荷的排斥作用，所以开始电流最大，以后逐渐减小，在电荷移动过程中，电容器极板储存的电荷不断增加，电容器两极板间电压U等于电源电压E时电荷停止移动，电流I＝0.2．电容器的放电过程：

当S接2时，电容器的两极板用导线连接起来，电容器C正极板正电荷与负极板上的负电荷中和，两极板的电荷量逐渐减少，表现为电流逐渐减小，电压也逐渐减小为零(如图乙所示)．●实验器材电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表和电压表．●实验过程1．实验步骤(1)调节直流可调电源，输出为6V，并用多用电表校准．(2)关闭电源开关，正确连接实物图，电路图如图．(3)打开电源，把双联开关S打到上面，使触点1和触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在数据处理的表格中．(4)把双联开关S打到下面，使触点3和触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在数据处理的表格中．(5)记录好实验结果，关闭电源．2．数据处理实验项目实验现象电容器充电灯泡亮度由明到暗最后熄灭电流表1读数由大到小最后为零电压表读数由小到大最后为6V电容器放电灯泡亮度由明到暗最后熄灭电流表2读数由大到小最后为零电压表读数由大到小最后为零●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．实验过程中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，避免烧坏电流表．

实验热点探究热点一电容器的充、放电现象的定性分析例1

在测定电容器电容值的实验中，将电容器、电压传感器、阻值为3kΩ的电阻R、电源、单刀双掷开关按图甲所示电路图进行连接．先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，充电完毕后把开关S掷向2端，电容器放电，直至放电完毕．实验得到的与电压传感器相连接的计算机所记录的电压随时间变化的u­t曲线如图乙所示，图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录了“峰值”及曲线与时间轴所围“面积”的图．(1)根据图甲所示的电路，观察图乙可知：充电电流与放电电流方向________(选填“相同”或“相反”)，大小都随时间________(选填“增加”或“减小”)．(2)当开关接“1”时，是充电还是放电？上极板带什么电？

(3)某同学认为：仍利用上述装置，将电压传感器从电阻两端改接在电容器的两端，也可以测出电容器的电容值．请你分析并说明该同学的说法是否正确．

相反减小充电正

练1电容器是储存电荷和电能的元件，在实际中有广泛的应用．图b为手机充电宝内部的部分简化电路，电路中表示电容器的符号是________．解析：由图可知，甲为电源，乙为定值电阻，丁为滑动变阻器，丙为电容．答案：丙热点二电容器的充、放电现象的定量计算例2

[2020·北京海滨区三模]利用高电阻放电法研究电容器的充放电，实验时利用高阻值电阻延长充放电时间，绘制电容器放电电流与时间的i­t图像来研究电容器的充放电规律．某同学按图甲所示电路图连接好实验电路．后续实验操作如下：(1)先闭合开关S1、S2，调节电阻箱R的阻值，使微安表的指针偏转接近满刻度，记下这时微安表的示数i0＝500μA、电压表的示数U0＝6.0V，此时电阻箱R的阻值为8.5kΩ，则微安表的内阻为________kΩ.(2)断开开关S2，同时开始计时，每隔5s读一次电流i的值并将数据填入预先设计的表格中，根据表格中的数据在坐标纸上标出以时间t为横坐标、电流i为纵坐标的点，如图乙中用“·”标出的点．请在图乙中描绘出电流随时间变化的图线．3.5

解析：(1)由欧姆定律得U0＝i0(RA＋R)，代入数据解得微安表的内阻为RA＝3.5kΩ.(2)用平滑曲线过尽可能多的点描绘出电流随时间变化的图线，如图所示．

(3)根据图线估算出该电容器在整个放电过程中放出的电荷量Q0约为________C．(结果保留2位有效数字)

(4)根据关系式____________来计算电容器的电容．(只要求写出表达式，不要求计算结果)8.0×10－3

练2

[2019·北京卷]电容器作为储能器件，在生产生活中有广泛的应用．对给定电容值为C的电容器充电，无论采用何种充电方式，其两极间的电势差u随电荷量q的变化图像都相同．(1)请在图甲中画出上述u­q图像．类比直线运动中由v­t图像求位移的方法，求两极间电压为U时电容器所储存的电能Ep；

(2)在如图乙所示的充电电路中，R表示电阻，E表示电源(忽略内阻)．通过改变电路中元件的参数对同一电容器进行两次充电，对应的q­t曲线如图丙中①②所示．a．①②两条曲线不同是________(选填“E”或“R”)的改变造成的；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；_______________________________________________________________R减小电阻R，可以实现对电容器更快速充电；增大电阻R，可以实现更均匀充电．

(3)设想使用理想的“恒流源”替换(2)中电源对电容器充电．可实现电容器电荷量随时间均匀增加．请思考使用“恒流