38 第8章 实验9 观察电容器的充、放电现象（PPT课件）-【金版新学案】2024高考物理大一轮复习讲义·高三总复习（新教材新高考版）

实验九　观察电容器的充、放电现象 第八章 静电场 内容索引 基础梳理 夯根基 考点研析 提能力 课时精练(三十八)　观察电容器的充、放电现象 01 基础梳理 夯根基 一、实验目的 1．观察电容器的充、放电现象。 2．探究电容器的充、放电过程中，电流、电压、电量及能量的变化规律。 二、实验原理、器材 1．实验原理 实验电路如图所示，电流表可以测量电容器的充电或放电电流大小，电压表可以测量电容器两极间的电压。 (1)充电：开关S接1，电源给电容器充电，使电容器的两极板带上等量异种电荷。如图甲。 (2)放电：开关S接2，用导线将充好电的电容器的两极板相连，使两极板的异种电荷中和，如图乙。 (3)电容器充放电时的能量转化：充电过程电容器储存了电能。放电过程电容器将储存的电能释放出来，转化为其他形式的能。 2．实验器材：直流电源、电阻、电容器、电流表(或电流传感器和计算机)、电压表、单刀双掷开关、导线。 实验拓展：用电流传感器(代替电流表)与计算机相连可以直接测出电容器的放电电流随时间变化的关系图像。 三、实验步骤与操作 1．按照上面的电路图，把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路。 2．观察电容器的充电过程：把开关S接1，此时电源给电容器充电。在充电过程中，可以看到电压表示数迅速增大，随后逐渐稳定在某一数值，表示电容器两极板具有一定的电势差。通过观察电流表可以知道，充电时电流由电源的正极流向电容器的正极板。同时，电流从电容器的负极板流向电源的负极。随着两极板之间电势差的增大，充电电流逐渐减小至0，此时电容器两极板带有一定的等量异种电荷。即使断开电源，两极板上电荷由于相互吸引仍然被保存在电容器中。 3．观察电容器的放电过程：把开关S接2，电容器对电阻R放电。观察电流表可以知道，放电电流由电容器的正极板经过电阻R流向电容器的负极板，正负电荷中和。此时两极板所带的电荷量减小，电势差减小，放电电流也减小，最后两极板电势差以及放电电流都等于0。 4．实验拓展：把电流表、电压表换成电流传感器和电压传感器，电路如图所示。 由计算机可以直接得到： (1)电容器充电的I-t图像 (2)电容器放电的I -t图像 四、实验数据处理 1．在I-t图像中，图线与时间轴围成的面积表示电荷量的变化。故整个图线与横轴所围的面积就是整个充电或放电时间内通过电流传感器的电荷量，也等于电容器的充电量或放电量。 2．估算电容器的充电量或放电量的方法：先算出一个小方格代表的电荷量，然后数出整个图线与横轴所围的面积中的方格数(大于半格的按一个方格计算，小于半格的舍弃)。电容器的充电量或放电荷量等于一个小方格代表的电荷量乘以方格数。 五、注意事项 1．电流表要选用小量程的灵敏电流表。 2．要选择大容量的电容器。 3．实验过程要在干燥的环境中进行。 4．在做放电实验时，在电路中串联一个电阻，避免烧坏电流表。 返回 02 考点研析 提能力 教材原型实验 例1 (2022·江苏省扬州市期中)某同学通过实验观察电容器的放电现象，采用的实验电路如图甲所示，已知所用电解电容器的长引线是其正极，短引线是其负极。 (1)按图甲连接好实验电路，开关S应先接到________，再接到________，观察电容器的放电现象。(均选填“1”或“2”) (2)根据图甲电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。 (3)电容器开始放电，同时开始计时，每隔5 s读一次电流i的值，记录数据如下表。 请根据表中的数据，在图丙中作出电流i随时间t变化的图线。 时间t/s 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 电流i /μA 500 392 270 209 158 101 75 49 30 23 9 3 答案：(1)1　2　(2)图见解析　(3)图见解析 解析：(1)开关S应先接到1对电容器进行充电，再接到2使电容器放电，观察电容器的放电现象。 (2)根据题图甲所示电路图连接实物电路，注意电容器正极接电流表正接线柱，实物电路图如图所示。 (3)根据表中实验数据在图丙中描出对应点，然后画一条平滑曲线，让尽可能多的点过曲线，不能过曲线的点大致均匀分布在曲线两侧，作出图像如图所示。 例2 某同学利用如图(a)所示的电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材为：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(a)所示的电路原理图将图(b)中的实物图连线。 (2)先闭合开关S2，再断开开关S2，闭合开关S1，同时按下秒表开始计时。若某时刻电压表示数如图(c)所示，电压表的读数为________V。