實驗九觀察電容器的充放電現(xiàn)象

實驗九觀察電容器的充、放電現(xiàn)象實驗溯本求源實驗熱點探究實驗溯本求源

實驗溯本求源●實驗?zāi)康?．知道電容器的構(gòu)造．2．根據(jù)電路圖正確連接實物圖，認真觀察電容器充、放電的實驗現(xiàn)象．

●實驗原理1．電容器的充電過程：當(dāng)S接1時，電容器接通電源，與電源正極相接，電容器極板的自由電子在電場力的作用下將經(jīng)過電源移到與電源負極相接的下極板，正極由于失去負電荷而帶正電，負極由于獲得負電荷而帶負電，正、負極板所帶電荷大小相等，符號相反，如圖甲所示．電荷定向移動形成電流，由于同性電荷的排斥作用，所以開始電流最大，以后逐漸減小，在電荷移動過程中，電容器極板儲存的電荷不斷增加，電容器兩極板間電壓U等于電源電壓E時電荷停止移動，電流I＝0.2．電容器的放電過程：

當(dāng)S接2時，電容器的兩極板用導(dǎo)線連接起來，電容器C正極板正電荷與負極板上的負電荷中和，兩極板的電荷量逐漸減少，表現(xiàn)為電流逐漸減小，電壓也逐漸減小為零(如圖乙所示)．●實驗器材電源、單刀雙擲開關(guān)、平行板電容器、電流表和電壓表．●實驗過程1．實驗步驟(1)調(diào)節(jié)直流可調(diào)電源，輸出為6V，并用多用電表校準(zhǔn)．(2)關(guān)閉電源開關(guān)，正確連接實物圖，電路圖如圖．(3)打開電源，把雙聯(lián)開關(guān)S打到上面，使觸點1和觸點2連通，觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)處理的表格中．(4)把雙聯(lián)開關(guān)S打到下面，使觸點3和觸點2連通，觀察電容器的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)處理的表格中．(5)記錄好實驗結(jié)果，關(guān)閉電源．2．?dāng)?shù)據(jù)處理實驗項目實驗現(xiàn)象電容器充電燈泡亮度由明到暗最后熄滅電流表1讀數(shù)由大到小最后為零電壓表讀數(shù)由小到大最后為6V電容器放電燈泡亮度由明到暗最后熄滅電流表2讀數(shù)由大到小最后為零電壓表讀數(shù)由大到小最后為零●注意事項1．電流表要選用小量程的靈敏電流表．2．要選擇大容量的電容器．3．實驗過程中要在干燥的環(huán)境中進行．4．在做放電實驗時，在電路中串聯(lián)一個電阻，避免燒壞電流表．

實驗熱點探究熱點一電容器的充、放電現(xiàn)象的定性分析例1

在測定電容器電容值的實驗中，將電容器、電壓傳感器、阻值為3kΩ的電阻R、電源、單刀雙擲開關(guān)按圖甲所示電路圖進行連接．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．實驗得到的與電壓傳感器相連接的計算機所記錄的電壓隨時間變化的u-t曲線如圖乙所示，圖丙為由計算機對圖乙進行數(shù)據(jù)處理后記錄了“峰值”及曲線與時間軸所圍“面積”的圖．(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“增加”或“減小”)．(2)當(dāng)開關(guān)接“1”時，是充電還是放電？上極板帶什么電？

(3)某同學(xué)認為：仍利用上述裝置，將電壓傳感器從電阻兩端改接在電容器的兩端，也可以測出電容器的電容值．請你分析并說明該同學(xué)的說法是否正確．

相反減小充電正

練1電容器是儲存電荷和電能的元件，在實際中有廣泛的應(yīng)用．圖b為手機充電寶內(nèi)部的部分簡化電路，電路中表示電容器的符號是________．解析：由圖可知，甲為電源，乙為定值電阻，丁為滑動變阻器，丙為電容．答案：丙熱點二電容器的充、放電現(xiàn)象的定量計算例2

[2020·北京海濱區(qū)三模]利用高電阻放電法研究電容器的充放電，實驗時利用高阻值電阻延長充放電時間，繪制電容器放電電流與時間的i-t圖像來研究電容器的充放電規(guī)律．某同學(xué)按圖甲所示電路圖連接好實驗電路．后續(xù)實驗操作如下：(1)先閉合開關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使微安表的指針偏轉(zhuǎn)接近滿刻度，記下這時微安表的示數(shù)i0＝500μA、電壓表的示數(shù)U0＝6.0V，此時電阻箱R的阻值為8.5kΩ，則微安表的內(nèi)阻為________kΩ.(2)斷開開關(guān)S2，同時開始計時，每隔5s讀一次電流i的值并將數(shù)據(jù)填入預(yù)先設(shè)計的表格中，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上標(biāo)出以時間t為橫坐標(biāo)、電流i為縱坐標(biāo)的點，如圖乙中用“·”標(biāo)出的點．請在圖乙中描繪出電流隨時間變化的圖線．3.5

解析：(1)由歐姆定律得U0＝i0(RA＋R)，代入數(shù)據(jù)解得微安表的內(nèi)阻為RA＝3.5kΩ.(2)用平滑曲線過盡可能多的點描繪出電流隨時間變化的圖線，如圖所示．

(3)根據(jù)圖線估算出該電容器在整個放電過程中放出的電荷量Q0約為________C．(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

(4)根據(jù)關(guān)系式____________來計算電容器的電容．(只要求寫出表達式，不要求計算結(jié)果)8.0×10－3

練2

[2019·北京卷]電容器作為儲能器件，在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用．對給定電容值為C的電容器充電，無論采用何種充電方式，其兩極間的電勢差u隨電荷量q的變化圖像都相同．(1)請在圖甲中畫出上述u-q圖像．類比直線運動中由v-t圖像求位移的方法，求兩極間電壓為U時電容器所儲存的電能Ep；

(2)在如圖乙所示的充電電路中，R表示電阻，E表示電源(忽略內(nèi)阻)．通過改變電路中元件的參數(shù)對同一電容器進行兩次充電，對應(yīng)的q-t曲線如圖丙中①②所示．a(chǎn)．①②兩條曲線不同是________(選填“E”或“R”)的改變造成的；b．電容器有時需要快速充電，有時需要均勻充電．依據(jù)a中的結(jié)論，說明實現(xiàn)這兩種充電方式的途徑；_______________________________________________________________R減小電阻R，可以實現(xiàn)對電容器更快速充電；增大電阻R，可以實現(xiàn)更均勻充電．

(3)設(shè)想使用理想的“恒流源”替換(2)中電源對電容器充電．可實現(xiàn)電容器電荷量隨時間均勻增加．請思考使用“恒流