第2課時實驗:觀察電容器的充、放電現(xiàn)象1.了解電容器充、放電的實驗的原理和電路。2.會用計算機(jī)及傳感器采集數(shù)據(jù)信息。[定位·學(xué)習(xí)目標(biāo)]

探究·必備知識知識點(diǎn)一電容器一、觀察電容器的充、放電現(xiàn)象1.實驗器材直流電源、單刀雙擲開關(guān)、電容器、電流表、電壓表、電阻、導(dǎo)線若干。2.實驗步驟(1)按圖連接好電路。(2)把單刀雙擲開關(guān)S接1端,此時電源給電容器充電,觀察電流表和電壓表的指針變化,并將結(jié)果記錄在表格中。(3)將單刀雙擲開關(guān)S接2端,此時電容器對電阻R放電,再次觀察電流表和電壓表的指針變化,并將結(jié)果記錄在表格中。(4)記錄好實驗結(jié)果,關(guān)閉電源。3.實驗觀察結(jié)果(1)電容器的充電過程。電流表的示數(shù)由大變小,最后為零;電壓表的示數(shù)由小變大,最后穩(wěn)定在某一值。(2)電容器的放電過程。電流表的示數(shù)由大變小,最后為零;電壓表的示數(shù)由大變小,最后為零。4.注意事項(1)電流表要選用小量程的靈敏電流計。(2)盡可能選擇電容大的電容器。(3)實驗要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行。(4)在做實驗時,在電路中串聯(lián)一個電阻(或燈泡),以免燒壞電流表。二、用傳感器觀察電容器的放電過程1.實驗器材直流電源、電容器、定值電阻、計算機(jī)、電流傳感器、單刀雙擲開關(guān)、導(dǎo)線若干。2.實驗電路圖3.實驗過程(1)先使開關(guān)S接1端,電源向電容器充電。(2)再把開關(guān)S接2端,電容器通過電阻R放電,傳感器將電流信息傳入計算機(jī),屏幕上顯示出電流隨時間變化的I-t圖像。4.數(shù)據(jù)處理(1)在I-t圖像中畫出一個如圖所示的豎立的狹長矩形(Δt很小),它的面積的物理意義是在Δt時間內(nèi)通過電流表的電荷量。整個圖像與坐標(biāo)軸所圍的面積的物理意義是整個充電或放電時間內(nèi)通過電流表的電荷量,也等于充滿電后或放電開始時電容器極板上的電荷量。(2)估算電容器充電或放電過程中電荷量的方法是:先算出一個小方格代表的電荷量,然后數(shù)出整個圖像與坐標(biāo)軸所圍的方格數(shù)(大于或等于半個的按一個方格計算,小于半個的舍棄),則電容器充電或放電過程中的電荷量為一個小方格代表的電荷量乘以方格數(shù)。突破·關(guān)鍵能力要點(diǎn)一實驗原理與數(shù)據(jù)處理[例1]

(實驗原理)(2025·江西景德鎮(zhèn)月考)某同學(xué)用電流傳感器和電壓傳感器研究電容器的放電情況,按圖連接電路,實驗時,先將開關(guān)S與1端相連,待電路穩(wěn)定后,將開關(guān)擲向2端,傳感器將信息傳入計算機(jī),屏幕上可以顯示出電流、電壓隨時間變化的I-t圖線、U-t圖線。(1)由圖可知,傳感器2應(yīng)為

(選填“電流”或“電壓”)傳感器。

電壓【解析】

(1)傳感器2與電阻R并聯(lián),應(yīng)為電壓傳感器。(2)計算機(jī)屏幕上顯示的I-t圖線可能為選項中的

,U-t圖線可能為選項中的

。

AB

CDB

D[例2]

(實驗數(shù)據(jù)處理)(2025·廣東江門期末)電流傳感器可以像電流表一樣測量電流,不同的是反應(yīng)比較靈敏,且可以和計算機(jī)相連,能畫出電流隨時間變化的圖像。圖甲是用電流傳感器觀察電容器充、放電過程的實驗電路圖,圖中電源電壓為6V。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算機(jī),顯示出電流隨時間變化的I-t圖像如圖乙所示。已知圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示電荷量,根據(jù)圖像估算出電容器放電過程中釋放的電荷量為

C,該電容器電容為

μF。(結(jié)果均保留3位有效數(shù)字)

3.28×10-3

547要點(diǎn)二創(chuàng)新實驗[例3]

(創(chuàng)新實驗)(2025·山東泰安期末)在測定電容器的電容的實驗中,將電容器、電壓傳感器、阻值為15kΩ的電阻R、電源、單刀雙擲開關(guān)按圖甲所示電路圖進(jìn)行連接。先使開關(guān)S與1端相連,電源向電容器充電,充電完畢后把開關(guān)S擲向2端,電容器放電,直至放電完畢。實驗得到的電壓(電勢差)隨時間變化的U-t曲線如圖乙所示,圖丙為由計算機(jī)對圖乙進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后記錄了峰值及曲線與時間軸所圍面積的圖像。(1)根據(jù)圖甲所示的電路,觀察圖乙可知,充電電流與放電電流方向

(選填“相同”或“相反”),大小都隨時間

(選填“增大”或“減小”)。

相反減小【解析】

(1)根據(jù)題圖甲所示的電路,觀察題圖乙可知充電電流與放電電流方向相反,大小都隨時間減小。(2)已知電流對時間的積累值為電荷量,則該電容器的電容值為

F(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

2.0×10-3(3)其他條件不變,增大電阻R,則充電時U-t曲線與坐標(biāo)軸所圍面積將

(選填“增大”“減小”或“不