（京津瓊魯專用）2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 第8節(jié) 電容器的電容 第2課時(shí) 實(shí)驗(yàn)：觀察電容器的充、放電學(xué)案 新人教版必修2.doc

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第2課時(shí)　實(shí)驗(yàn)：觀察電容器的充、放電 1.實(shí)驗(yàn)原理 (1)電容器的充電過程 如圖1所示，當(dāng)開關(guān)S接1時(shí)，電容器接通電源，在電場(chǎng)力的作用下自由電子從正極板經(jīng)過電源向負(fù)極板移動(dòng)，正極板因失去電子而帶正電，負(fù)極板因獲得電子而帶負(fù)電.正、負(fù)極板帶等量的正、負(fù)電荷.電荷在移動(dòng)的過程中形成電流.在充電開始時(shí)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(dāng)電容器兩極板間電壓等于電源電壓時(shí)電荷停止移動(dòng)，電流I＝0. 圖1 (2)電容器的放電過程 如圖2所示，當(dāng)開關(guān)S接2時(shí)，將電容器的兩極板直接用導(dǎo)線連接起來，電容器正、負(fù)極板上電荷發(fā)生中和.在電子移動(dòng)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(shí)驗(yàn)器材：6V的直流電源、單刀雙擲開關(guān)、平行板電容器、電流表、電壓表、小燈泡 2.實(shí)驗(yàn)步驟 (1)按圖3連接好電路. 圖3 (2)把單刀雙擲開關(guān)S打在上面，使觸點(diǎn)1和觸點(diǎn)2連通，觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中. (3)將單刀雙擲開關(guān)S打在下面，使觸點(diǎn)3和觸點(diǎn)2連通，觀察電容器的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中. (4)記錄好實(shí)驗(yàn)結(jié)果，關(guān)閉電源. 實(shí)驗(yàn)記錄和分析： 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)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(shù)由大到小最后為零(選填“大”“小”或“零”) 電壓表 電壓表的讀數(shù)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(shù)由大到小最后為零(選填“大”“小”或“零”) 電壓表 電壓表的讀數(shù)由大(選填“大”或“小”)到小(選填“大”或“小”)最后為0V 3.注意事項(xiàng) (1)電流表要選用小量程的靈敏電流計(jì). (2)要選擇大容量的電容器. (3)實(shí)驗(yàn)要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行. (4)在做放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，在電路中串聯(lián)一個(gè)電阻，以免燒壞電流表. 一、電容器充、放電現(xiàn)象的定性分析 例1　如圖4所示實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于平行板電容器的充、放電，下列說法正確的是(　　) 圖4 A.開關(guān)接1時(shí)，平行板電容器充電，且上極板帶正電 B.開關(guān)接1時(shí)，平行板電容器充電，且上極板帶負(fù)電 C.開關(guān)接2時(shí)，平行板電容器充電，且上極板帶正電 D.開頭接2時(shí)，平行板電容器充電，且上極板帶負(fù)電 答案　A 解析　開關(guān)接1時(shí)，平行板電容器充電，上極板與電源正極相連而帶正電，A對(duì)，B錯(cuò)；開關(guān)接2時(shí)，平行板電容器放電，放電結(jié)束后上、下極板均不帶電，C、D錯(cuò). 二、電容器充、放電現(xiàn)象的定量計(jì)算 例2　電流傳感器可以像電流表一樣測(cè)量電流，不同的是反應(yīng)比較靈敏，且可以和計(jì)算機(jī)相連，能畫出電流與時(shí)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(shí)驗(yàn)電路圖，圖中電源電壓為6V. 圖5 先使開關(guān)S與1接通，待充電完成后，把開關(guān)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(jì)算機(jī)，顯示出電流隨時(shí)間變化的I－t圖象如圖乙所示.根據(jù)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(jù)題圖乙的含義，因Q＝It，可知圖形與時(shí)間軸圍成的面積表示電荷量；根據(jù)橫軸與縱軸的數(shù)據(jù)可知，一個(gè)格子的電荷量為810－5C，由大于半格算一個(gè)，小于半格舍去，因此圖象所包含的格子個(gè)數(shù)為38，所以釋放的電荷量為q＝810－5C38＝3.0410－3C.根據(jù)電容器的電容C＝可知，C＝F≈5.0710－4F＝507μF. 1.(多選)關(guān)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(zhuǎn)化為內(nèi)能 D.放電過程中電容器中的電場(chǎng)能逐漸減少 答案　AD 解析　電容器充、放電過程中會(huì)有電荷發(fā)生定向移動(dòng)，電路產(chǎn)生變化的瞬間電流，電容器充、放電結(jié)束，電流消失，A對(duì)，B錯(cuò)；充電過程中電源提供的電能部分轉(zhuǎn)化為電容器的電場(chǎng)能，C錯(cuò)；放電過程中電容器中的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，D對(duì). 2.據(jù)國(guó)外某媒體報(bào)道，科學(xué)家發(fā)明了一種新型超級(jí)電容器，能讓手機(jī)幾分鐘內(nèi)充滿電.某同學(xué)假日登山途中，用該種電容器給手機(jī)電池充電，下列說法正確的是(　　) A.該電容器給手機(jī)電池充電時(shí)，電容器的電容變大 B.該電容器給手機(jī)電池充電時(shí)，電容器存儲(chǔ)的電能變少 C.該電容器給手機(jī)電池充電時(shí)，電容器所帶的電荷量可能不變 D.充電結(jié)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(lǐng)大小的物理量，與電容器的電壓及電荷量無關(guān)，故A、D錯(cuò)誤；當(dāng)該電容器給手機(jī)電池充電時(shí)，電容器存儲(chǔ)的電荷量減小，則電能變少，故B正確，C錯(cuò)誤. 3.電流傳感器可以把電容器放電電流隨時(shí)間變化規(guī)律描繪出來.一個(gè)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(shí)間變化圖象如圖6所示.由圖象和坐標(biāo)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(gè)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(jù)Q＝It以及圖象的含義可知，圖象與時(shí)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.