人教版高中物理必修第三册第十章4第2课时实验：观察电容器的充、放电现象课件

第2课时实验：观察电容器的充、放电现象第十章静电场中的能量4．电容器的电容[实验目标]

1．了解电容器的储能特性及其在电路中能量的转换规律。2．了解电容器充、放电过程中，电路中的电流和电容器两端电压的变化规律。必备知识·自主预习储备探究重构·关键能力达成类型一电容器充、放电现象的定性分析【典例1】如图为研究电容器充放电现象的实验电路图，开始电容器不带电。实验开始时，首先将开关S合向1，这时观察到灵敏电流计G有短暂的示数，这说明电路中有电流流过，这个过程叫作_____；充电经过这一过程，电容器的两极板就会带上等量的异种电荷，其上极板带________(选填“正”或“负”)电荷，电路稳定后灵敏电流计G的示数为零。当把开关S由1合向2时，有____________(选填“自左向右”或“自右向左”)流过灵敏电流计G的短暂电流，这个过程叫作________。正自右向左放电[解析]将开关S合向1，电源与电容器连通，电路中有电流流过，说明电源在给电容器储存电荷，这个过程叫作充电；经过这一过程，电容器的两极板就会带上等量的异种电荷，其上极板带正电荷；当把开关S由1合向2时，从电势高的正极板到电势低的负极板能形成电流，则有自右向左流过灵敏电流计G的短暂电流，这个过程叫作放电。类型二电容器充、放电现象的定量计算【典例2】如图甲是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q，从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下：(1)按电路图接好实验电路。(2)接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使微安表的指针接近满刻度。记下这时的电压表读数U0＝6.2V和微安表读数I0＝490μA。(3)断开开关S并同时开始计时，每隔5s或10s读一次微安表的读数i，将读数记录在预先设计的表格中。(4)根据表格中的12组数据，以t为横坐标，i为纵坐标，在坐标纸上描点，如图乙所示(图中用“×”表示)。根据以上实验结果的图像，可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷量Q0约为__________C，从而算出该电容器的电容约为_________F。8.75×10-31.41×10-3

类型三创新实验设计【典例3】在“用传感器观察电容器的充、放电过程”实验中，按图甲所示连接电路。电源电压为8.0V，内阻可以忽略。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2，实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。(1)开关S改接2后，此过程得到的I-t图像如图乙所示，图中用阴影标记的狭长矩形的面积的物理意义是___________________________。如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的I-t

曲线与坐标轴所围成的面积将________(选填“减小”“不变”或“增大”)，放电时间将________(选填“变长”“不变”或“变短”)。(2)若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量Q＝3.44×10-3C，则该电容器的电容为________μF。0.2s内电容器放出的电荷量不变变短430(3)关于电容器在整个充、放电过程中的q-t图像和UAB-t图像的大致形状，可能正确的有________(q为电容器极板所带的电荷量，UAB为A、B两板的电势差)。A

BC

DAD

应用迁移·随堂评估自测1．在“观察电容器的充、放电现象”实验中，利用常用器材设计电路如图甲所示。243题号15(1)将开关S接通1，电容器的________(选填“上”或“下”)极板带正电，再将S接通2，通过电流表的电流方向向________(选填“左”或“右”)。(2)若电源电压为9V，实验中所使用的电容器如图乙所示，充满电后电容器正极板所带电荷量为_____________C。243题号15上左2.97×10-2(3)下列关于电容器充电时，电流i与时间t的关系或所带电荷量q与两极板间的电压U的关系正确的是________。243题号15A

BC

DA

243题号15

243题号15先使开关S与1接通，待充电完成后，再把开关S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。已知图线与时间轴围成的面积表示电荷量，根据图像估算出电容器整个放电过程中释放的电荷量为_________

C，该电容器电容为______μF。(结果均保留三位有效数字)243题号152.96×10-3493

243题号153．电路中的电流大小可以用电流传感器测量，用电流传感器和计算机可以方便地测出电路中电流随时间变化的曲线。某兴趣小组要测定一个电容器的电容，选用器材如下：待测电容器(额定电压为16V)；电流传感器和计算机；直流稳压电源；定值电阻R0＝100Ω；单刀双掷开关；导线若干。实验过程如下：①按照图甲正确连接电路；②将开关S与1端连接，电源向电容器充电；③将开关S掷向2端，测得电流随时间变化的i-t图线如图乙中的实线a所示；④利用计算机软件测出i-t曲线和两坐标轴所围的面积。243题号15请回答下列问题：(1)已知测出的i-t曲线和两坐标轴所围的面积为42.3mA·s，则电容器的电容C＝__________F。(2)若将定值电阻换为R1＝180Ω，重复上述实验步骤，则电流随时间变化的i-t图线应该是图丙中的曲线________(选填“b”或“c”)。

243题号154.7×10-3c

243题号154．图甲是研究电容器的充、放电实验装置，该实验利用高阻值电阻延长放电时间，绘制电容器放电电流与时间的图像(i-t图像)来研究电容器的充、放电规律。根据相关条件，回答下列问题：243题号15(1)接通开关S1、S2，电容器的________(选填“上”或“下”)极板带正电，在断开开关S1的瞬间，R中的电流方向为________。

243题号15(2)若断开开关S1，同时开始计时，通过计算机在同一图中描绘出的电压和电流的变化情况的图线如图乙所示，则图中全部阴影部分所围成面积的物理意义是_____________________________。图中阴影部分S1面积________(选填“大于”“等于”或“小于”)图中阴影部分S2面积。定值电阻R的阻值为________Ω。

上a到b充电后电容器极板上的带电荷量等于2000

243题号155．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u-t

曲线如图乙所示，图丙为计算机对图乙进行数据处理后记录的“峰值”及曲线与时间轴所围“面积”的图。243题号15(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