（京津瓊魯專用）2018-2019學年高中物理 第一章 靜電場 第8節(jié) 電容器的電容 第2課時 實驗：觀察電容器的充、放電學案 新人教版必修2.doc

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第2課時　實驗：觀察電容器的充、放電 1.實驗原理 (1)電容器的充電過程 如圖1所示，當開關S接1時，電容器接通電源，在電場力的作用下自由電子從正極板經過電源向負極板移動，正極板因失去電子而帶正電，負極板因獲得電子而帶負電.正、負極板帶等量的正、負電荷.電荷在移動的過程中形成電流.在充電開始時電流比較大(填“大”或“小”)，以后隨著極板上電荷的增多，電流逐漸減小(填“增大”或“減小”)，當電容器兩極板間電壓等于電源電壓時電荷停止移動，電流I＝0. 圖1 (2)電容器的放電過程 如圖2所示，當開關S接2時，將電容器的兩極板直接用導線連接起來，電容器正、負極板上電荷發(fā)生中和.在電子移動過程中，形成電流，放電開始電流較大(填“大”或“小”)，隨著兩極板上的電荷量逐漸減小，電路中的電流逐漸減小(填“增大”或“減小”)，兩極板間的電壓也逐漸減小到零. 圖2 實驗器材：6V的直流電源、單刀雙擲開關、平行板電容器、電流表、電壓表、小燈泡 2.實驗步驟 (1)按圖3連接好電路. 圖3 (2)把單刀雙擲開關S打在上面，使觸點1和觸點2連通，觀察電容器的充電現象，并將結果記錄在表格中. (3)將單刀雙擲開關S打在下面，使觸點3和觸點2連通，觀察電容器的放電現象，并將結果記錄在表格中. (4)記錄好實驗結果，關閉電源. 實驗記錄和分析： 實驗項目 實驗現象 電容器充電 燈泡 燈泡的亮度由明到暗最后熄滅(選填“明”“暗”或“熄滅”) 電流表1 電流表1的讀數由大到小最后為零(選填“大”“小”或“零”) 電壓表 電壓表的讀數由小(選填“大”或“小”)到大(選填“大”或“小”)最后為6V 電容器放電 燈泡 燈泡的亮度由明到暗最后熄滅(選填“明”“暗”或“熄滅”) 電流表2 電流表2的讀數由大到小最后為零(選填“大”“小”或“零”) 電壓表 電壓表的讀數由大(選填“大”或“小”)到小(選填“大”或“小”)最后為0V 3.注意事項 (1)電流表要選用小量程的靈敏電流計. (2)要選擇大容量的電容器. (3)實驗要在干燥的環(huán)境中進行. (4)在做放電實驗時，在電路中串聯一個電阻，以免燒壞電流表. 一、電容器充、放電現象的定性分析 例1　如圖4所示實驗中，關于平行板電容器的充、放電，下列說法正確的是(　　) 圖4 A.開關接1時，平行板電容器充電，且上極板帶正電 B.開關接1時，平行板電容器充電，且上極板帶負電 C.開關接2時，平行板電容器充電，且上極板帶正電 D.開頭接2時，平行板電容器充電，且上極板帶負電 答案　A 解析　開關接1時，平行板電容器充電，上極板與電源正極相連而帶正電，A對，B錯；開關接2時，平行板電容器放電，放電結束后上、下極板均不帶電，C、D錯. 二、電容器充、放電現象的定量計算 例2　電流傳感器可以像電流表一樣測量電流，不同的是反應比較靈敏，且可以和計算機相連，能畫出電流與時間的變化圖象.圖5甲是用電流傳感器觀察充、放電過程的實驗電路圖，圖中電源電壓為6V. 圖5 先使開關S與1接通，待充電完成后，把開關S再與2接通，電容器通過電阻放電，電流傳感器將電流信息傳入計算機，顯示出電流隨時間變化的I－t圖象如圖乙所示.根據圖象估算出電容器全部放電過程中釋放的電荷量為C，該電容器電容為μF. 答案　3.0410－3　507 解析　根據題圖乙的含義，因Q＝It，可知圖形與時間軸圍成的面積表示電荷量；根據橫軸與縱軸的數據可知，一個格子的電荷量為810－5C，由大于半格算一個，小于半格舍去，因此圖象所包含的格子個數為38，所以釋放的電荷量為q＝810－5C38＝3.0410－3C.根據電容器的電容C＝可知，C＝F≈5.0710－4F＝507μF. 1.(多選)關于電容器的充、放電，下列說法中正確的是(　　) A.充、放電過程中外電路有瞬間電流 B.充、放電過程中外電路有恒定電流 C.充電過程中電源提供的電能全部轉化為內能 D.放電過程中電容器中的電場能逐漸減少 答案　AD 解析　電容器充、放電過程中會有電荷發(fā)生定向移動，電路產生變化的瞬間電流，電容器充、放電結束，電流消失，A對，B錯；充電過程中電源提供的電能部分轉化為電容器的電場能，C錯；放電過程中電容器中的電場能轉化為其他形式的能，D對. 2.據國外某媒體報道，科學家發(fā)明了一種新型超級電容器，能讓手機幾分鐘內充滿電.某同學假日登山途中，用該種電容器給手機電池充電，下列說法正確的是(　　) A.該電容器給手機電池充電時，電容器的電容變大 B.該電容器給手機電池充電時，電容器存儲的電能變少 C.該電容器給手機電池充電時，電容器所帶的電荷量可能不變 D.充電結束后，電容器不帶電，電容器的電容為零 答案　B 解析　電容是描述電容器容納電荷的本領大小的物理量，與電容器的電壓及電荷量無關，故A、D錯誤；當該電容器給手機電池充電時，電容器存儲的電荷量減小，則電能變少，故B正確，C錯誤. 3.電流傳感器可以把電容器放電電流隨時間變化規(guī)律描繪出來.一個電容器先把它接到8V的電源上充電，然后通過電流傳感器放電，其電流隨時間變化圖象如圖6所示.由圖象和坐標軸所圍的面積知道電容器放電前所帶的電荷量，已知如圖所圍的面積約為40個方格，由圖可算出電容器的電容為F. 圖6 答案　410－4 解析　根據Q＝It以及圖象的含義可知，圖象與時間軸所圍成的面積表示電荷量，則可知：電荷量q＝400.210－30.4C＝3.210－3C，電容器的電容c＝＝410－4F.