第8章 实验10 观察电容器的充放电现象-【勤径学升】2024高考物理一轮总复习配套课件

物 理 第八章 静电场 实验十　观察电容器的充放电现象 返回目录 续表 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 原理装置图 操作要领 1．电容器的充电过程 开关S接1时，电源给电容器充电，电容器带电量、电压逐渐增大，电流逐渐减小，最后电流为零，如图甲所示。 2．电容器的放电过程 开关S接2时，电容器负极板上负电荷与正极板上正电荷中和，两极板的电荷量逐渐减小，电流逐渐减小，最后电压也逐渐减为零，如图乙所示。 数据处理 实验项目 实验现象 电容器充电 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭 电流表A 示数由大到小最后为零 电压表V 示数由小到大最后不变 电容器放电 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭 电流表A 示数由大到小最后为零 电压表V 示数由大到小最后为零 考点 eq \a\vs4\al(1) 教材原型实验 [例1]　电容器作为储能器件，在生产生活中有广泛的应用。对给定电容值为C的电容器充电，无论采用何种充电方式，其两极间的电势差u随电荷量q的变化图像都相同。 (1)请在图甲中画出上述u-q图像。类比直线运动中由v-t图像求位移的方法，求两极间电压为U时电容器所储存的电能，Ep＝________。 (2)在如图乙所示的充电电路中，R表示电阻，E表示电源(忽略内阻)。通过改变电路中元件的参数对同一电容器进行两次充电，对应的q-t曲线如图丙中①②所示。 a．①②两条曲线不同是________(选填“E”或“R”)的改变造成的； b.电容器有时需要快速充电，有时需要均匀充电。依据a中的结论，说明实现这两种充电方式的途径。____________________________________________ _________________________________________________________________。 (3)设想使用理想的“恒流源”替换(2)中电源对电容器充电，可实现电容器电荷量随时间均匀增加。请思考使用“恒流源”和(2)中电源对电容器的充电过程，填写下表(选填“增大”“减小”或“不变”)。 “恒流源” (2)中电源 电源两端电压 通过电源的电流 解析　(1)u-q图像如图所示， 电压为U时，电容器带电Q，图线和横轴围成的面积表示所储存的电能Ep。Ep＝ eq \f(1,2) QU，又Q＝CU，故Ep＝ eq \f(1,2) CU2。 (2)a.由图像可知，电容器充完电后，①②两次电荷量相等，由Q＝CU＝CE知，两次电源电动势相等。故①②两条曲线不同不是E的改变造成的，只能是R的改变造成的。 b．刚开始充电瞬问，电容器两端的电压为零，电路的瞬时电流为I＝ eq \f(E,R) ，故减小电阻R，刚开始充电瞬间电流I大，曲线上该点切线斜率大，即为曲线①。这 样能在较短时间内使电荷量达到最大，故可以实现对电容器快速充电。增大电阻R，刚开始充电瞬间电流I小，即为曲线②，该曲线接近线性，可以实现均匀充电。 (3)接(2)中电源时，由于忽略电源E的内阻，故电源两端电压不变。通过电源的电流I＝ eq \f(E－U,R) ，随着电容器两端电压U不断变大，通过电源的电流减小。“恒流源”是指电源输出的电流恒定不变。接“恒流源”时，随着电容器两端电压的增大，“恒流源”两端电压增大。 答案　(1)u-q图像见解析图　 eq \f(1,2) CU2 (2)a.R　b．减小电阻R，可以实现对电容器更快速充电；增大电阻R，可以实现更均匀充电。 (3) “恒流源” (2)中电源 电源两端电压 增大 不变 通过电源的电流 不变 减小 (1)电容器充电时电流流向正极板，电容器放电时电流从正极板流出，且充、放电时电流均逐渐减小至零。 (2)电容器充、放电过程中，电容器的电容保持不变，极板带电荷量和电压成正比关系变化。 (3)在U-q图像中斜率表示电容的倒数，图线和横坐标围成的面积表示所储存的电势能Ep。 某同学利用图甲所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材：电池E(内阻很小)、开关S1和S2、电容器C(约100 μF)、电阻R1(约200 kΩ)、电阻R2(1 kΩ)、电压表V(量程6 V)、秒表、导线若干。 (1)按图甲所示的电路原理图将图乙中实物图连线。 (2)先闭合