第2課時(shí)試驗(yàn)：視察電容器的充、放電課程標(biāo)準(zhǔn)1．會(huì)正確連接電路，仔細(xì)視察電容器的充、放電過(guò)程。2．知道電容器的充、放電現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)換。素養(yǎng)目標(biāo)科學(xué)思維了解電容器充、放電現(xiàn)象及能量轉(zhuǎn)化科學(xué)看法與責(zé)任會(huì)正確連接電路，仔細(xì)視察電容器的充、放電過(guò)程1．試驗(yàn)原理(1)電容器的充電過(guò)程如圖甲所示，當(dāng)開(kāi)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(guò)電源向負(fù)極板移動(dòng)，正極板因_失去__電子帶_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(guò)程中形成電流。在充電起先時(shí)電流比較_大__(填“大”或“小”)，以后隨著極板上電荷的增多，電流漸漸_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)電荷停止定向移動(dòng)，電流I＝0。甲乙丙(2)電容器的放電過(guò)程如圖乙所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接2時(shí)，將電容器的兩極板干脆用導(dǎo)線連接起來(lái)，電容器正、負(fù)極板上電荷發(fā)生_中和__。在電子定向移動(dòng)過(guò)程中，形成電流，放電起先電流較_大__(填“大”或“小”)，隨著兩極板上的電荷量漸漸減小，電路中的電流漸漸_減小__(填“增大”或“減小”)，兩極板間的電壓也漸漸減小到零。試驗(yàn)器材：6V的直流電源、單刀雙擲開(kāi)關(guān)、平行板電容器、電流表、電壓表、小燈泡。2．試驗(yàn)步驟(1)按圖丙連接好電路。(2)把單刀雙擲開(kāi)關(guān)S打在上面，使觸點(diǎn)1和觸點(diǎn)2連通，視察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。(3)將單刀雙擲開(kāi)關(guān)S打在下面，使觸點(diǎn)3和觸點(diǎn)2連通，視察電容器的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。(4)記錄好試驗(yàn)結(jié)果，關(guān)閉電源。試驗(yàn)記錄和分析：試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)現(xiàn)象電容器充電燈泡燈泡的亮度由_明__到_暗__最終_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__最終為_(kāi)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”)最終為_(kāi)6_V__電容器放電燈泡燈泡的亮度由_明__到_暗__最終_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__最終為_(kāi)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”)最終為_(kāi)零__3.留意事項(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)試驗(yàn)要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行。(4)在做放電試驗(yàn)時(shí)，在電路中串聯(lián)一個(gè)電阻，以免燒壞電流表。探究電容器充、放電現(xiàn)象的定性分析典例剖析典題1如圖所示為電容器、電源、小燈泡等元件連成的電路，電源電壓恒為4V，電容為100μF，下列說(shuō)法正確的是(B)A．閉合開(kāi)關(guān)前，電容器電容為0B．閉合開(kāi)關(guān)，該電容器最多儲(chǔ)存的電荷量為4×10－4CC．閉合開(kāi)關(guān)，電流表中有持續(xù)電流D．?dāng)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)，電容器放電解析：電容的大小由電容器本身確定，與是否接入電路無(wú)關(guān)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；閉合開(kāi)關(guān)后，電容器的電壓最高為4V，電容器的電容為100μF，該電容器最多儲(chǔ)存的電荷量Q＝CU＝100×10－6×4C＝4×10－4C，故B項(xiàng)正確；電容器的電壓達(dá)到4V后充電停止，電容器相當(dāng)于斷路，電流表中沒(méi)有電流，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，由于無(wú)法形成回路，電容器無(wú)法放電，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(2024·江蘇鹽城高二學(xué)業(yè)考試)如圖所示，開(kāi)關(guān)S由1改接2后，電容器的(C)A．電容為零 B．電容變大C．存儲(chǔ)電能削減 D．電荷量可能不變解析：開(kāi)關(guān)S接1時(shí)，電源對(duì)電容器充電，開(kāi)關(guān)S由1改接2后，電容器放電，存儲(chǔ)電能削減，極板電荷量削減，C正確，D錯(cuò)誤；電容器的電容由內(nèi)部結(jié)構(gòu)確定，與充、放電過(guò)程無(wú)關(guān)，電容不為零且保持不變，A、B錯(cuò)誤。探究電容器充、放電現(xiàn)象的定量計(jì)算典例剖析典題2某同學(xué)利用電流傳感器探討電容器的放電過(guò)程，他按如圖甲所示連接電路。先使開(kāi)關(guān)S接1，電容器很快充電完畢。然后將開(kāi)關(guān)擲向2，電容器通過(guò)R放電，傳感器將電流信息傳入計(jì)算機(jī)，屏幕上顯示出電流隨時(shí)間改變的I－t曲線如圖乙所示。他進(jìn)一步探討滑動(dòng)變阻器的阻值大小對(duì)曲線的影響。先斷開(kāi)S，將滑片P向右移動(dòng)一段距離，再重復(fù)以上充、放電操作，又得到一條I－t曲線。關(guān)于這條曲線，下列推斷正確的是(D)A．曲線與坐標(biāo)軸所圍面積將增大B．曲線與坐標(biāo)軸所圍面積將減小C．曲線與縱軸交點(diǎn)的位置將向上移動(dòng)，放電時(shí)間變短D．曲線與縱軸交點(diǎn)的位置將向下移動(dòng)，放電時(shí)間變長(zhǎng)解析：因?yàn)镮－t圖線與坐標(biāo)軸所圍成的面積表示電容器放電的電荷量，而電容器的帶電量Q＝CU，沒(méi)有改變，所以曲線與坐標(biāo)軸所圍面積不變，故A、B錯(cuò)誤；將滑片P向右移動(dòng)時(shí)，變阻器接入電路的電阻增大，由閉合電路的歐姆定律可知，將開(kāi)關(guān)擲向2時(shí)電容器起先放電時(shí)的電流減小，則曲線與縱軸交點(diǎn)的位置將向下移動(dòng)，且電荷量不變，即曲線與坐標(biāo)軸所圍面積不變，故放電時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，故C錯(cuò)誤，D正確。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(多選)某同學(xué)用如圖甲所示的電路視察電容器的放電過(guò)程，電源電壓為12V，開(kāi)關(guān)S接1時(shí)為電容器充電，待電容器完全充溢電再將開(kāi)關(guān)S接2，利用電流傳感器記錄電容器放電過(guò)程，得到該電容器放電過(guò)程的I－t圖像如圖乙所示，下列說(shuō)法正確的是(BD)A．充電時(shí)，電源每搬運(yùn)相同的電荷量到電容器極板做功都相同B．放電時(shí)，電容器和電阻R兩端電壓均減小C．電容器的電容約為280μFD．電容器的電容約為140μF解析：電源搬運(yùn)電荷到電容器極板做功為W＝q(U′－U)，充電時(shí)，電源電壓U′不變，電容器兩端電壓U增大，則電源每搬運(yùn)相同的電荷量q到電容器極板做功W減小，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；放電時(shí)，由Q＝CU，可知電容器兩端電壓漸漸減小，由題圖乙可知放電電流漸漸減小，則依據(jù)UR＝IR可知，電阻R兩端電壓UR減小，故B項(xiàng)正確；因?yàn)殡姾闪縌＝It，依據(jù)I－t圖像的含義可知圖像與時(shí)間軸所圍的面積表示整個(gè)放電過(guò)程中釋放的電荷量，依據(jù)橫軸與縱軸的數(shù)據(jù)可知一個(gè)格子的電荷量為q1＝0.2×0.2×10－3C＝4×10－5C，所以釋放的電荷量約為Q＝nq1＝43×4×10－5C＝1.72×10－3C，電容器的電容約為C＝eq\f(Q,U′)＝eq\f(1.72×10－3,12)F＝1.43×10－4F＝143μF，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。1．如圖所示試驗(yàn)中，關(guān)于平行板電容器的充、放電，下列說(shuō)法正確的是(A)A．開(kāi)關(guān)接1時(shí)，平行板電容器充電，且上極板帶正電B．開(kāi)關(guān)接1時(shí)，平行板電容器充電，且上極板帶負(fù)電C．開(kāi)關(guān)接2時(shí)，平行板電容器充電，且上極板帶正電D．開(kāi)關(guān)接2時(shí)，平行板電容器充電，且上極板帶負(fù)電解析：開(kāi)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(kāi)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)。2．(多選)(2024·四川內(nèi)江高二上月考)如圖是一個(gè)由電池、電阻R、開(kāi)關(guān)S與平行板電容器組成的串聯(lián)電路，開(kāi)關(guān)S閉合。一帶電液滴懸浮在兩板間P點(diǎn)不動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是(AD)A．帶電液滴帶負(fù)電B．增大兩極板距離的過(guò)程中，帶電液滴將向上加速運(yùn)動(dòng)C．在靠近B板處插入云母片，電阻R中將有從a到b的電流D．若斷開(kāi)S，減小兩極板間距離的過(guò)程中，帶電液滴仍舊懸浮不動(dòng)解析：電容器的上極板和電源的正極相連，下極板和電源的負(fù)極相連，電容器中電場(chǎng)方向豎直向下，一帶電液滴懸浮在兩板間P點(diǎn)不動(dòng)，所受重力和電場(chǎng)力平衡，重力方向豎直向下，則電場(chǎng)力方向豎直向上，與電場(chǎng)方向相反，則液滴帶負(fù)電，故A正確；電容器和電源相連，電容器極板間電壓不變，增大極板間的距離，依據(jù)勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)公式E＝eq\f(U,d)，可知電場(chǎng)強(qiáng)度減小，液滴受到的電場(chǎng)力減小，合力豎直向下，帶電液滴將向下加速運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤；在靠近B板處插入云母片，依據(jù)平行板電容器電容確定式C＝eq\f(εrS,4πkd)，可知電容器電容C增大，依據(jù)電容定義式C＝eq\f(Q,U)，可知極板帶電量Q增加，電容器充電，電阻R中將有從b到a的電流，故C錯(cuò)誤；斷開(kāi)S后，電容器帶電量保持不變，依據(jù)上述公式可得E＝eq\f(4πkQ,εrS)，減小兩極板間距離的過(guò)程中，電場(chǎng)強(qiáng)度不變，液滴受到的電場(chǎng)力不變，帶電液滴仍舊懸浮不動(dòng)，故D正確。3.(2024·豫南九校高三上聯(lián)考)運(yùn)用如圖所示的電路視察電容器C的充、放電過(guò)程，若開(kāi)關(guān)先接1再接2，則通過(guò)電流傳感器的電流i、電容器左極板所帶電荷量q、電容器兩極板間場(chǎng)強(qiáng)E、電容器兩極板間某點(diǎn)處電勢(shì)φ分別隨時(shí)間t改變的關(guān)系中可能正確的是(C)解析：開(kāi)關(guān)接1時(shí)電容器充電，電流漸漸減小，左極板電荷量漸漸增大，兩極板間場(chǎng)強(qiáng)E＝eq\f(U,d)＝eq\f(q,Cd)，電容器兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)漸漸增大；電容器左極板接地，電勢(shì)為0且比右極板電勢(shì)高，則極板間電勢(shì)為負(fù)值，距左極板x處電勢(shì)φ＝－Ex，漸漸降低。開(kāi)關(guān)接2時(shí)電容器放電，電流反向，漸漸減小，故A錯(cuò)誤；左極板電荷量漸漸減小，但電性不變，故B錯(cuò)誤；電場(chǎng)強(qiáng)度與電荷量的改變趨勢(shì)相同，也減小，故C正確；兩極板間某點(diǎn)處電勢(shì)為負(fù)值，故D錯(cuò)誤。4．(多選)(2024·福建三明高二期末)如圖甲為探究一電容器充電特性的電路。兩次試驗(yàn)中電容器的電荷量q隨時(shí)間t改變圖像如乙圖中①②所示，第一次充電時(shí)電容器兩端電壓U與電荷量q改變圖像如圖丙所示。不計(jì)電源內(nèi)阻，則(BD)A．其次次充電時(shí)，電容器U－q圖像斜率比丙圖大B．第一次充電過(guò)程中t1時(shí)刻比t2時(shí)刻電流大C．①②兩條曲線形態(tài)不同是由于E不同引起的D．①②兩條曲線形態(tài)不同是由于R不同引起的解析：因?yàn)閮纱纬潆娪猛粋€(gè)電容器，所以由電容的定義式C＝eq\f(q,U)可知，同一個(gè)電容器所帶電荷量與兩板間的電勢(shì)差成正比，故其次次充電時(shí)電容器兩端的電壓U隨電荷量q改變的圖線斜率與丙圖中圖線斜率相同，故A錯(cuò)誤；依據(jù)I＝eq\f(Δq,Δt)可知，電流等于q－t圖像的斜率，所以第一次充電時(shí)t1時(shí)刻的電流大于t2時(shí)刻的電流，故B正確；依據(jù)q＝CU，①②兩次充電穩(wěn)定后的電荷量q相同，則U相同，表明電源電壓相同，則這兩次充電的電源相同，第①次的斜率大，表示充電的電流大，電阻的阻值小，所以①②兩條曲線不同是R的不同造成的，故C錯(cuò)誤，D正確。故選BD。5．(2024·北京一模)在如圖裝置中，將開(kāi)關(guān)S撥至1可以給電容器充電，撥至2可以讓電容器放電，通過(guò)電壓表、電流表的示數(shù)，可以視察電容器充、放電過(guò)程中電壓和電流的改變狀況。則下列說(shuō)法中正確的是(B)A．充電過(guò)程中，電壓表、電流表示數(shù)漸漸增大B．放電過(guò)程中，電壓表、電流表示數(shù)漸漸減小C．充電過(guò)程中，電容器電容漸漸增大D．放電過(guò)程中，電流減小的越來(lái)越快解析：電容器充電過(guò)程中，電流表的示數(shù)漸漸減小，電壓表測(cè)量的是電容器兩端的電壓，示數(shù)漸漸增大，故A錯(cuò)誤；電容器放電過(guò)程中，電容器帶電荷量漸漸減小，依據(jù)C＝eq\f(Q,U)，電容器兩端的電壓漸漸減小，流過(guò)電阻的電流漸漸減小，故B正確；電容器電容由電容器本身確定，不會(huì)隨充電過(guò)程發(fā)生改變，故C錯(cuò)誤；放電過(guò)程中，電流減小的越來(lái)越慢，D錯(cuò)誤。6．(2024·江蘇揚(yáng)州中學(xué)高三階段測(cè)試)如圖所示的電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該電路中右側(cè)金屬板b固定不動(dòng)，鍍有金屬層的振動(dòng)膜a能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)，若聲源S沿水平方向做有規(guī)律的振動(dòng)，則(A)A．a(chǎn)振動(dòng)過(guò)程中，靈敏電流計(jì)中有大小和方向改變的電流B．a(chǎn)振動(dòng)過(guò)程中，ab板所帶電荷量不變C．a(chǎn)振動(dòng)過(guò)程中，ab板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變D．a(chǎn)向右的位移最大時(shí)，ab兩板所構(gòu)成的電容器的電容最小解析：a振動(dòng)過(guò)程中，a