第六节 电容 电容器 第2课时 实验：观察电容器的充、放电现象（分层作业）物理沪科版2020必修第三册

《9.5 带电粒子在电场中的运动》 第2课时　实验：观察电容器的充、放电现象 1．收音机中可变电容器作为调谐电台使用。如图为空气介质单联可变电容器的结构，它是利用正对面积的变化改变电容器的电容大小，某同学想要研究这种电容器充、放电的特性，于是将之接到如图所示的实验电路中，实验开始时电容器不带电。 （1）首先将开关S打向1，这时观察到灵敏电流计G有短暂的示数，稳定后，旋转旋钮，使电容器正对面积迅速变大，从开始到最终稳定，灵敏电流计示数随时间变化的图像可能是______（填选项中的字母）序号 A． B． C． D． （2）充电稳定后，断开单刀双掷开关，用电压表接在电容器两端测量电压，发现读数缓慢减小，原因是__________________。 （3）该同学做完实验，得到电容器的电容后，突然想起他用的是一节旧电池（电动势不变，内阻不可忽略），他想要得到尽量精确的电容值，_______（填“需要”或“不需要”）重新换一节新电池来测量。 2．电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛。使用图甲所示电路观察电容器的充、放电过程。电路中的电流传感器可以捕捉瞬时的电流变化，它与计算机相连，可显示电流随时间的变化。图甲直流电源电动势、内阻不计，充电前电容器带电量为零。先使S与“1”端相连，电源向电容器充电。充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的I–t曲线如图乙所示。 （1）在电容器充电与放电过程中，通过电阻的电流方向_______（选填“相同”或“相反”）； （2）图像阴影为I–t曲线图像与对应时间轴所围成的面积，乙图中阴影部分的面积_______（选填“>”、“<”或“=”）； （3）已知，则该电容器的电容值为_______法拉（保留两位有效数字）； （4）由甲、乙两图可判断阻值_______（选填“>”或“<”）。 3．电路中电流大小可以用电流传感器测量，用电流传感器和计算机可以方便地测出电路中电流随时间变化的曲线。某兴趣小组要测定一个电容器的电容，选用器材如下：待测电容器（额定电压为16 V）；电流传感器和计算机；直流稳压电源；定值电阻R0＝100 Ω、单刀双掷开关；导线若干； 实验过程如下：①按照图甲正确连接电路； ②将开关S与1端连接，电源向电容器充电； ③将开关S掷向2端，测得电流随时间变化的i－t图线如图乙中的实线a所示； ④利用计算机软件测出i－t曲线和两坐标轴所围的面积。 请回答下列问题： （1）已知测出的i－t曲线和两坐标轴所围的面积为42.3 mA·s，则电容器的电容C＝________F； （2）若将定值电阻换为R1＝180 Ω，重复上述实验步骤，则电流随时间变化的i－t图线应该是图丙中的曲线________（选填“b”或“c”）。 4．随着传感器技术的不断进步，传感器开始在中学实验室逐渐普及。某同学用电流传感器和电压传感器做“观察电容器的充、放电现象”实验，电路如图甲所示。 （1）先使开关K与1端相连，电源向电容器充电，这个过程很快完成，充满电的电容器上极板带______电； （2）然后把开关K掷向2端，电容器通过电阻放电，传感器将电流电压信息传入计算机，经处理后得到电流和电压随时间变化的I–t、U–t曲线，如图乙所示； （3）由图乙可知，电容器充满电的电荷量为______，电容器的电容为______；（保留两位有效数字） （4）若将电路中的电阻换成一阻值更大的电阻，把开关K掷向2端电容器放电，请在图乙的左图中定性地画出I–t曲线。( ) 5．小刘同学用传感器做“观察电容器的充放电”实验，采用的实验电路如图甲所示，其中定值电阻R1=120Ω。实验过程如下： （1）将开关先与“1”端闭合，电容器进行____________（填“充电”或“放电”），稍后再将开关掷向“2”端。 （2）在下列四个图像中，表示实验过程中通过传感器的电流随时间变化的图像为___________，电容器两极板间的电压随时间变化的图像为____________。 A． B． C． D． （3）若图乙中的实线为R1=120Ω时充电电流随时间变化的曲线，则用R2=80Ω的电阻替换R1后重新充电，充电电流随时间变化的曲线应该是图乙中的虚线_____________（填“b”“c”或“d”）。 6．某兴趣小组想自制一个电容器。如图所示，他们用两片锡箔纸做电极，在两层锡箔纸中间夹以电容纸（某种绝缘介质），一起卷成圆柱形，然后接出引线，再密封在塑料瓶当中，电容器便制成了。 （1）为增加该电容器的电容，应当___________（填正确答案标号）。 A．增大电容器的充电电压 B．减小电容器的充电电压 C．锡箔纸面积尽可能大 D．锡箔纸卷绕得尽可能紧 （2）为了测量该电容器电容的大小，由于实验室没