1、實(shí)驗(yàn)9觀察電容器的充、放電現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)9觀察電容器的充、放電現(xiàn)象-2-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解電容器的儲(chǔ)能特性及其在電路中能量的轉(zhuǎn)換規(guī)律。2.電容器充、放電過(guò)程中,電路中的電流和電容器兩端電壓的變化規(guī)律。3.電容器質(zhì)量的判別和電容器中電場(chǎng)能量的計(jì)算。-2-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3-二、實(shí)驗(yàn)原理步驟(一)電容器的充電開(kāi)關(guān)S合向1,電容器充電。1.現(xiàn)象:(1)白熾燈開(kāi)始較亮,逐步變暗。-3-二、實(shí)驗(yàn)原理步驟-4-2.解釋:電源正極向極板供給正電荷,負(fù)極向極板供給負(fù)電荷。電荷在電路中定向移動(dòng)形成電流,兩極板間有電壓。S剛合上時(shí),電源與電容器之間存在較大的電壓,使大量電荷從電源移向電容器極板,產(chǎn)生較大電流,隨著極板電

2、荷的增加,極板間電壓增大,電流減小。當(dāng)電容器兩極板間電壓等于電源電壓時(shí),電荷不再定向移動(dòng),電流為0,燈不亮。-4-2.解釋:-5-(二)電容器的放電開(kāi)關(guān)S合向2,電容放電。1.現(xiàn)象:(1)開(kāi)始燈較亮,逐漸變暗,直至熄滅。2.解釋:放電過(guò)程中,由于電容器兩極板間的電壓使回路中有電流產(chǎn)生。開(kāi)始這個(gè)電壓較大,因此電流較大,隨著電容器極板上的正、負(fù)電荷的中和,極板間的電壓逐漸減小,電流也減小,最后放電結(jié)束,極板間不存在電壓,電流為0。-5-(二)電容器的放電-6-3.結(jié)論:當(dāng)電容器極板上所儲(chǔ)存的電荷量發(fā)生變化時(shí),電路中就有電流流過(guò);若電容器極板上所儲(chǔ)存的電荷量恒定不變時(shí),則電路中就沒(méi)有電流流過(guò)。三、總

3、結(jié)當(dāng)電容器極板上所儲(chǔ)存的電荷發(fā)生變化時(shí),電路中就有電流流過(guò);若電容器極板上所儲(chǔ)存的電荷量恒定不變時(shí),則電路中就沒(méi)有電流流過(guò)。電路中的平均電流為-6-3.結(jié)論:-7-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二電容器的認(rèn)識(shí)及充、放電的電路的認(rèn)識(shí)典例1(2018浙江杭州學(xué)軍選考)下列電容器相關(guān)知識(shí)描述正確的是()-7-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二電容器的認(rèn)識(shí)及充、放電的電路的認(rèn)識(shí)-8-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二A.圖甲為電容器充電示意圖,充完電后電容器上極板帶正電,兩極板間的電壓U等于電源的電動(dòng)勢(shì)EB.圖乙為電容器放電示意圖,若電容器上極板帶電荷量為+Q,則放電過(guò)程中通過(guò)安培表的電流方向從右向左,流過(guò)的總電荷量為2QC.圖丙為電解電容器的實(shí)物圖和

4、符號(hào),圖丁為可變電容器及其符號(hào),兩種電容使用時(shí)都嚴(yán)格區(qū)分正負(fù)極D.圖戊中的電容器上有“5.5 V1.0 F”字樣,說(shuō)明該電容器只有兩端加上5.5 V的電壓時(shí)電容才為1.0 F 答案解析解析關(guān)閉圖甲為電容器充電過(guò)程,充完電后電容器上極板與電源的正極相連,同時(shí)兩極板間的電壓U等于電源的電動(dòng)勢(shì)E,故A正確;圖乙為電容器放電過(guò)程,若電容器上極板帶電量為+Q,則放電過(guò)程中通過(guò)安培表的電流方向從右向左,且流過(guò)的總電量為Q,故B錯(cuò)誤;圖丙為電解電容器的實(shí)物圖和符號(hào),圖丁為可變電容器及其符號(hào),前者電容器使用時(shí)嚴(yán)格區(qū)分正負(fù)極,后者沒(méi)有,故C錯(cuò)誤;圖戊中的電容器上有“5.5 V1.0 F”字樣,說(shuō)明該電容器兩端電

5、壓最大值為5.5 V,而電容與電容器的電壓及電荷量均無(wú)關(guān),總是為1.0 F,故D錯(cuò)誤;故選A。 答案解析關(guān)閉A-8-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二A.圖甲為電容器充電示意圖,充完電后電-9-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二電容器是常見(jiàn)的電學(xué)元件,除了要強(qiáng)化電容器的理解外,對(duì)實(shí)際的電容器也要會(huì)識(shí)別,同時(shí)對(duì)電容器的充電與放電過(guò)程要有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。注意區(qū)別電解電容器與可變電容器。-9-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二電容器是常見(jiàn)的電學(xué)元件,除了要強(qiáng)化電容-10-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二充放電過(guò)程中電流和電壓的變化規(guī)律理解及數(shù)據(jù)測(cè)量典例2(2015海南單科)某同學(xué)利用圖(a)所示電路測(cè)量電容器充電時(shí)兩極板間的電壓隨時(shí)間的變化。實(shí)驗(yàn)中使用的器材為:電池E

6、(內(nèi)阻很小)、開(kāi)關(guān)S1和S2、電容器C(約100 F)、電阻R1(約200 k)、電阻R2(1 k)、電壓表 (量程6 V)、停表、導(dǎo)線若干。(1)按圖(a)所示的電路原理圖將圖(b)中實(shí)物圖連線。-10-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二充放電過(guò)程中電流和電壓的變化規(guī)律理解-11-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二-11-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二-12-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(2)先閉合開(kāi)關(guān)S2,再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2;閉合開(kāi)關(guān)S1,同時(shí)按下停表開(kāi)始計(jì)時(shí)。若某時(shí)刻電壓表的示數(shù)如圖(c)所示,電壓表的讀數(shù)為 V(保留2位小數(shù))。-12-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(2)先閉合開(kāi)關(guān)S2,再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(3)該同學(xué)每隔10 s記錄一次電壓表的

7、讀數(shù)U,記錄的數(shù)據(jù)如下表所示。在給出的坐標(biāo)紙上繪出U-t圖線。已知只有一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差較大,該數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的表中的時(shí)間是 s。-13-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(3)該同學(xué)每隔10 s記錄一次電壓-14-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(4)電路中C、R2和S2構(gòu)成的回路的作用是。 -14-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(4)電路中C、R2和S2構(gòu)成的回路-15-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二答案 (1)如圖所示(2)3.60(3)40.0(4)使充電的電容器很快放電,以便多次測(cè)量-15-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二答案 (1)如圖所示-16-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二解析 (1)實(shí)物連線見(jiàn)答案(2)電壓表每小格代表0.1 V,且讀數(shù)要求保留兩位小數(shù),其讀數(shù)為3.60 V

8、(3)繪出U-t圖線,偏離圖線最遠(yuǎn)的點(diǎn)誤差最大,由此確定t=40.0 s時(shí)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)誤差最大。-16-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二解析 (1)實(shí)物連線見(jiàn)答案-17-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(4)測(cè)量電容器充電時(shí)兩極板間的電壓隨時(shí)間的變化,必須保證開(kāi)始(t=0)時(shí),電容器不帶電。電路中C、R2和S2構(gòu)成回路的作用就是在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前,通過(guò)閉合S2,使電容器放電,特別是當(dāng)實(shí)驗(yàn)需要重復(fù)多次時(shí),在重復(fù)實(shí)驗(yàn)前必須先對(duì)電容器放電。-17-命題點(diǎn)一命題點(diǎn)二(4)測(cè)量電容器充電時(shí)兩極板間的電壓-18-1.常用的電容器,從構(gòu)造上看,可以分為固定電容器和可變電容器兩類(lèi)。如圖甲、乙為兩種電容器的實(shí)物圖片,根據(jù)圖中的相關(guān)信息,下列判斷中正確的

9、是()A.圖中甲為可變電容器,它是通過(guò)改變極板間的距離來(lái)改變電容器的電容的B.在不改變其他條件下,將甲電容器浸入煤油中,其電容不發(fā)生變化C.根據(jù)圖乙中電容器外殼上標(biāo)的數(shù)據(jù)可知,電壓等于5.5 V 時(shí)乙電容器就會(huì)被擊穿D.根據(jù)圖乙中電容器外殼上標(biāo)的數(shù)據(jù)可知,乙電容器接5.5 V電壓時(shí),儲(chǔ)存的電荷量為5.5 C 答案解析解析關(guān)閉圖甲中可變電容器是通過(guò)改變極板的正對(duì)面積來(lái)改變電容的,將甲電容器浸入煤油中,兩極板間的介質(zhì)改變,介電常數(shù)改變,即電容發(fā)生改變,AB錯(cuò)誤;電容器的擊穿電壓一定會(huì)大于額定電壓,電容器外殼上標(biāo)的電壓是工作電壓,即圖乙中標(biāo)識(shí)的“5.5 V”為額定電壓,根據(jù)公式可得Q=CU=1.05

10、.5 C=5.5 C,C錯(cuò)誤,D正確。 答案解析關(guān)閉D-18-1.常用的電容器,從構(gòu)造上看,可以分為固定電容器和可-19-2.用下列器材測(cè)量電容器的電容:一塊多用電表,一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源,一個(gè)待測(cè)電容器(額定電壓16 V),定值電阻R1=100 ,定值電阻R2=150 ,電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī),單刀雙擲開(kāi)關(guān)S,導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:-19-2.用下列器材測(cè)量電容器的電容:一塊多用電表,一臺(tái)直-20-請(qǐng)完成下列問(wèn)題:(1)第1次實(shí)驗(yàn)中,電阻R1兩端的最大電壓U= V。利用計(jì)算機(jī)軟件測(cè)得i-t曲線和兩坐標(biāo)軸所圍的面積為90 mAs,已知電容器放電時(shí)其內(nèi)阻可以忽略不計(jì),則電容器的電容為C=F

11、。-20-請(qǐng)完成下列問(wèn)題:-21-(2)第2次實(shí)驗(yàn)中,電流隨時(shí)間變化的i-t曲線應(yīng)該是圖丙中的虛線(選填“b”“c”或“d”),判斷依據(jù)是。-21-(2)第2次實(shí)驗(yàn)中,電流隨時(shí)間變化的i-t曲線應(yīng)該是-22-答案 (1)910.010-3(2)c兩次放電電荷量相等,圖形與t軸圍成的面積相等,另由于R2R1,開(kāi)關(guān)擲向2瞬間放電電流較小解析 (1)由題圖知,最大電流為Im=90 mA=0.09 A,因此最大電壓為Um=ImR1=9 V;曲線下圍的面積表示電容器的帶電荷量Q=90 mAs,根據(jù)電容器的定義式可得C=10.010-3 F。(2)根據(jù) ,因第2次實(shí)驗(yàn)的最大放電電流小些,而曲線下圍的面積相

12、等,因此不是b。故電流隨時(shí)間變化的曲線應(yīng)該是虛線c。-22-答案 (1)910.010-3-23-3.如圖是用高電阻放電法測(cè)電容的實(shí)驗(yàn)電路圖。其原理是測(cè)出電容器在充電電壓為U時(shí)所帶的電荷量Q,從而求出其電容C。該實(shí)驗(yàn)的操作步驟如下:(1)按電路圖接好實(shí)驗(yàn)電路;(2)接通開(kāi)關(guān)S,調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值,使微安表的指針接近滿刻度。記下這時(shí)的電壓表讀數(shù)U0=6.2 V和微安表讀數(shù)I0=490 A;(3)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S并同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),每隔5 s或10 s讀一次微安表的讀數(shù)i,將讀數(shù)記錄在預(yù)先設(shè)計(jì)的表格中;-23-3.如圖是用高電阻放電法測(cè)電容的實(shí)驗(yàn)電路圖。其原理是-24-(4)根據(jù)表格中的12組數(shù)據(jù),以t為橫坐標(biāo),i為縱坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)(圖中用“”表示)。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果和圖象,可以估算出當(dāng)電容器兩端電壓為U0時(shí)該電容器所帶的電荷量Q0約為 C,從而算出該電容器的電容約為