2.1实验：观察电容器的充、放电现象（第2课时）学案－2021年粤教版（新教材）物理必修第三册

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1、第第 2 2 课时课时 实验实验：观察电容器的充观察电容器的充、放电现象放电现象 1实验原理 (1)电容器的充电过程 图 1 如图 1 所示，当开关 S 接 1 时，电容器接通电源，在静电力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板 移动，正极板因失去电子而带正电，负极板因获得电子而带负电正、负极板带等量的正、负电荷电荷 在移动的过程中形成电流在充电开始时电流比较大(填“大”或“小”)，以后随着极板上电荷的增多，电 流逐渐减小(填“增大”或“减小”)，当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止移动，电流 I0. (2)电容器的放电过程 如图 2 所示，当开关 S 接 2 时，相当于将电容器的两极

2、板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷 发生中和在电子移动过程中，形成电流，放电开始电流较大(填“大”或“小”)，随着两极板上的电荷量 逐渐减小，电路中的电流逐渐减小(填“增大”或“减小”)，两极板间的电压也逐渐减小到零 图 2 2实验器材：6 V 的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、小灯泡、导线若干 3实验步骤 (1)按图 3 连接好电路 图 3 (2)把单刀双掷开关 S 接在上面， 使触点 1 和触点 2 连通， 观察电容器的充电现象， 并将结果记录在表格中 (3)将单刀双掷开关 S 接在下面， 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

3、在表格中 (4)记录好实验结果，关闭电源 4实验记录和分析 实验项目 实验现象 电容器 充电 灯泡 灯泡的亮度由明到暗最后熄灭(选填“明”“暗”或“熄灭”) 电流表1 电流表 1 的读数由大到小最后为零(选填“大”“小”或“零”) 电压表 电压表的读数由小(选填“大”或“小”)到大(选填“大”或“小”) 最后为 6 V 电容器 放电 灯泡 灯泡的亮度由明到暗最后熄灭(选填“明”“暗”或“熄灭”) 电流表2 电流表 2 的读数由大到小最后为零(选填“大”“小”或“零”) 电压表 电压表的读数由大(选填“大”或“小”)到小(选填“大”或“小”) 最后为 0 5.注意事项 (1)电流表要选用小量程的

4、灵敏电流计 (2)要选择大容量的电容器 (3)实验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，以免烧坏电流表 一、电容器充、放电现象的定性分析 在如图 4 所示实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是( ) 图 4 A开关接 1 时，平行板电容器充电，且上极板带正电 B开关接 1 时，平行板电容器充电，且上极板带负电 C开关接 2 时，平行板电容器充电，且上极板带正电 D开关接 2 时，平行板电容器充电，且上极板带负电 答案 A 解析 开关接 1 时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连而带正电，A 对，B 错；开关接 2 时，平行 板电容器放电，放电结束后

5、上、下极板均不带电，C、D 错 二、电容器充、放电现象的定量计算 电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是反应比较灵敏，且可以和计算机相连，能画出电 流与时间的变化图像图 5 甲是用电流传感器观察电容器充、放电过程的实验电路图，图中电源电压为 6 V. 图 5 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 It 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全部放电过程中释放的电荷量为 C，该电容器电容为 F.(均保留三位有效 数字) 答案 3.0410 3

6、 507 解析 根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子的电荷量为 810 5 C，由大于半格算一个，小于半格舍去， 因此 It 图线与时间轴围成的图形所包含的格子个数为 38，所以电容器全部放电过程中释放的电荷量为 q 810 5 C38 C3.04103 C 根据电容器的电容 CQ U可知， C 3.0410 3 6 F5.0710 4 F507 F. 1(多选)关于电容器的充、放电，下列说法中正确的是( ) A充、放电过程中外电路有瞬间电流 B充、放电过程中外电路有恒定电流 C充电过程中电源提供的电能全部转化为内能 D放电过程中电容器中的电场能逐渐减少 答案 AD 解析 电容器充、放电过程中会

7、有电荷发生定向移动，外电路产生变化的瞬间电流，电容器充、放电结束， 电流消失，A 对，B 错；充电过程中电源提供的电能部分转化为电容器的电场能，C 错；放电过程中电容器 中的电场能转化为其他形式的能，D 对 2据报道，科学家发明了一种新型超级电容器，能让手机几分钟内充满电某同学假日登山途中，用该种 电容器给手机电池充电，下列说法正确的是( ) A该电容器给手机电池充电时，电容器的电容变大 B该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电能变少 C该电容器给手机电池充电时，电容器所带的电荷量可能不变 D充电结束后，电容器不带电，电容器的电容为零 答案 B 解析 电容是描述电容器容纳电荷的本领大小的物理

8、量，与电容器的电压及电荷量无关，故 A、D 错误； 当该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电荷量减小，则电能变少，故 B 正确，C 错误 3(多选)如图 6 所示是电容器充、放电电路配合电流传感器，可以捕捉瞬间的电流变化，并通过计算机 画出电流随时间变化的图像实验中选用直流 8 V 电源，电容器选用电解电容器先使单刀双掷开关 S 与 1 端相连，电源向电容器充电，这个过程可瞬间完成然后把单刀双掷开关 S 掷向 2 端，电容器通过电阻 R 放电，传感器将电流传入计算机，图像上显示出放电电流随时间变化的 It 曲线以下说法正确的是 已知电流Iq t ( ) 图 6 A电解电容器用氧化膜做电介质，

9、由于氧化膜很薄，所以电容较小 B随着放电过程的进行，该电容器两极板间电压逐渐减小 C由传感器所记录的该放电电流图像可以估算出该过程中电容器的放电电荷量 D通过本实验可以估算出该电容器的电容值 答案 BCD 解析 电解电容器用氧化膜做电介质， 因氧化膜很薄， 板间距离很小， 所以电容很大， A 错； 由 UQ C可知， 因电容器电容不变，放电过程中电容器所带电荷量逐渐减小，所以电容器两极板间电压逐渐减小，B 对； 由 Iq t，再结合放电电流随时间变化的 It 曲线可知 C 对；根据 It 曲线可求出放电过程中电容器的放电 电荷量，再由电容器放电瞬间电压与电源电压相等，根据 UQ C即可求出电容

10、器的电容值，D 对 4电路中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 16 V)； 电流传感器和计算机； 直流稳压电源； 定值电阻 R0100 、 单刀双掷开关； 导线若干 实验过程如下： 按照图 7 甲正确连接电路； 将开关 S 与 1 端连接，电源向电容器充电； 将开关 S 掷向 2 端，测得电流随时间变化的 It 图线如图乙中的实线 a 所示； 利用计算机软件测出 It 曲线和两坐标轴所围的面积 请回答下列问题： (1)已知测出的 It 曲线和两坐标轴所围的面积为 42.3 mA s，则电容器的电容 C F； (2)若将定值电阻换为 R1180 ，重复上述实验步骤，则电流随时间变化的 It 图线应该是图丙中的曲 线 (选填“b”或“c”) 图 7 答案 (1)4.710 3 (2)c 解析 (1)由 It 图像得到开始时电流为 I90 mA0.09 A 故最大电压为 UIR00.09 A100 9 V 故电容为 CQ U 42.3 mA s 9 V 4.710 3 F (2)换用阻值为 180 的定值电阻，根据 ImUm R ，则第 2 次实验的最大电流小些，故选 c.