观察电容器充、放电现象(课件)高中物理实验

《高中物理实验》观察电容器充、放电现象目录01020304实验仪器及步骤数据分析及处理误差分析及讨论实验目的及原理05实验的典型例题目录CONTENTSPART01实验目的及原理实验目的通过实验观察电容器的充、放电现象观察电容器在充电和放电过程中,两极板间电压和电路中电流的变化特点判断电容器在充电和放电过程中，两极板储存电荷量的变化，会分析电容器充放电过程中能量的转化知道电压表、电流表读数的方法和有效数字的读取，会设计实验数据记录表记录放电电流随时间的变化，会用图像法处理实验数据实验原理充电过程：两极板的电荷量增加极板间的电场强度增大电源的能量不断储存在电容器中VAS12--++++---放电过程：两极板的电荷量减小极板间的电场强度减弱电容器中储存能量释放，通过电流做功转化为电路中其他形式能量VAS12-++++----实验原理电容器充放电过程中所带电荷量的测量：电容器在充、放电时，由于电流大小随时间变化，可把横坐标t分成许多很小的时间间隔Δt1、Δt2、……Δtn，在这些小区间里可以认为电容器充、放电的电流不变，即I1、I2、……In，电容器所带电荷量为Q=I1Δt1+I2Δt2+……+InΔtn。此数值等于电容器充、放电I-t图线与坐标轴所包围的面积。估算电荷量时，可采用面积估算法，先数出I-t图像在坐标纸上图形所占有的格数（不到半格的舍去，超过半格的按一格算），然后用格子数乘以一格所代表的电荷量，即最终电容器所带的电荷量。PART02实验仪器及步骤实验仪器学生电源、电阻箱、电容器（几千微法以上）、电流表（灵敏电流表）、电压表以及单刀双掷开关、导线若干、计时器等。实验步骤1.检查电表的指针是否在“0”刻度线，若不是，应先进行机械调零。2.选择合适的电表量程，按照如图所示连接到电路实物元件，电阻箱调到适当的阻值（几千欧姆）。3.将开关拨到1，观察电流表指针偏转的方向以及电流表、电压表示数的变化，记录各个数据VGS12-4.将开关拨到2，观察电流表指针偏转的方向以及电流表、电压表示数的变化，记录各个数据观察电容器充、放电过程中电流、电压变化及分析能量变化实验步骤5.将开关拨到1，待电容器充满电后，将开关拨到2，观察电流表随时间的变化，每隔5s读出电流表的示数并记录数据。VGS12-探究电容器充、放电过程各种电荷量的变化6.改变电阻箱的阻值，重复步骤5进行实验，记录数据。7.改变电源的输出电压，重复步骤5进行实验，记录数据。8.断开开关，拆除线路，整理器材。注意事项电流表要选用小量程的灵敏电流表。要选择电容大的电容器。实验过程中要在干燥的环境中进行。放电实验时，在电路中串联一个电阻，避免烧坏电流表。PART03数据分析及处理数据处理及分析【数据记录】电容器充、放电过程中电流、电压等变化开关位置电流方向电流变化电压方向电容器的电荷量能量转化12【实验结论】1、电容器在充电过程中：电流从电源的_____极流出，充电电流逐渐变______，电容器两端的电压逐渐变_______，表明电容器所带的电荷量在逐渐变______，______的能量不断地储存在电容器中。2、电容器在放电过程中：电流从电容器的_____极板流出，放电电流逐渐变______，电容器两端的电压逐渐变_______，表明电容器所带的电荷量在逐渐变______，______把储存的能量通过电流做功转化为电路中的_______。数据处理及分析【数据记录】电容器放电过程中电流、时间实验数据记录序号12345678910第1次I/mAt/s第2次I/mAt/s第3次I/mAt/s数据处理及分析【数据处理】

根据电容器放电过程中电流、时间实验数据绘制I-t图数据处理及分析【实验结论】根据电容器放电过程中电流、时间实验数据绘制I-t图分析可得1.在充电电压相同的情况下，改变电路中电阻箱的阻值，两次电容器放电释放的电荷量在误差允许范围内___________，这表明：电容器储存的电荷量与放电电路中的电阻大小___________。2.改变充电电压，两次电容器放电释放的电荷量__________，这表明：电容器储存的电荷量与_______有关。PART04误差分析及讨论问题讨论及误差分析误差分析：本实验中产生的误差的主要因素有哪些？①电压表读数及电流表不够灵敏造成的偶然误差②充放电时间较短、现象记录不够准确出现的偶然误差③电容器电容较小、电源不稳定造成的系统误差问题1：为什么充电电压越大，电容器放电时释放的电荷量越大？充电电压越大，电容器充电时储存的电荷量越多，放电时释放的电荷量也越大。电压与电荷量的比值，即电容不变。问题讨论及误差分析问题2：电压相同的情况下，改变电路中电阻箱的阻值，电容器放电时释放的电荷量为何相等？放电电流的大小变化是否相同？

在充电电压相同的情况下，两次电容器充电时储存的电荷量相等，根据电荷守恒定律，无论电路中的总电阻如何变化，电容器完全放电释放的总电荷量是不变的。

根据欧姆定律，电路中电阻阻值越大，电路中的放电电流就越小，由Q=It可知放电时间也就越长。在I-t图像中图线的面积一定即表示电荷量相等，电流变化快慢不一样。扩展：用传感器观察电容器的放电过程

电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是，它的反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化。通过与计算机相连，可以直观显示出电流随时间变化的I-t图像。

按照如图连接电路，电源用直流8V左右，电容器可选几十微法的电解电容器。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，这个过程可在短时间内完成。

然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，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I-t图像。扩展：用传感器观察电容器的放电过程议一议：在图中画一个竖立的狭长矩形，它的面积的物理意义是什么？怎样根据I-t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量？如果要测绘充电时的I-t图像，应该怎样连接电路？怎样进行测量？得到的I-t图像可能是什么形状的？PART05实验的典型例题“探究电容器充放电”的实验装置示意图如图所示，已知灵敏电流计0刻度在表盘中央位置，经判断：当电流从左接线柱流入时指针左偏；电流从右接线柱流入时指针右偏。请根据所学知识回答下列问题：(1)电容器充电结束后，将开关S扳到b放电的过程中，灵敏电流计指针会______偏(填“左”或“右”)。(2)