第8章 实验10 观察电容器的充电、放电现象(教参)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(新教材新高考)广东专版

　观察电容器的充电、放电现象 教材原型实验　 1．(2022·广东深圳市一模)利用图甲所示电路研究电容器充放电过程，开关接1端后，电流传感器G记录电流随时间变化的图像如图乙所示。则电容器电容C、极板电荷量Q、上极板电势φ、两端电压U随时间t变化规律正确的是(　　) 甲　　　　　　　　乙 A　　　　　　　　B C　　　　　　　　D B　[电容器的电容不会因为充电而发生变化，电容的值取决于其内部性质，所以电容C不变，故A错误；开关接1端后，电容器与电源相连，开始充电，电容器上电量Q、两端电压U都会随时间增大，故B正确，D错误；电容器下极板接地，所以上极板的电势φ即为电容器两端电压，随时间增大，故C错误。故选B。] 2．如图为研究电容器充放电现象的实验电路图，开始电容器不带电。实验开始时，首先将开关S合向1，这时观察到灵敏电流计G有短暂的示数，这说明电路中有电流流过，这过程叫作________，经过这一过程，电容器的两极板就会带上等量的异种电荷，其上极板带________电荷(选填“正”或“负”)，电路稳定后灵敏电流计G的示数为零。当把开关S由1合向2时，有________(选填“自左向右”或“自右向左”)流过灵敏电流计G的短暂电流，这个过程叫作________。 [解析]　将开关S合向1，电源与电容器连通，电路中有电流流过，说明电源在给电容器储存电荷，这过程叫作充电；经过这一过程，电容器的两极板就会带上等量的异种电荷，其上极板带正电荷；当把开关S由1合向2时，从电势高的正极板能形成电流到电势低的负极板，则有自右向左流过灵敏电流计G的短暂电流，这个过程叫作放电。 [答案]　充电　正　自右向左　放电 3．如图甲是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q，从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下： 甲 (1)按电路图接好实验电路； (2)接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使微安表的指针接近满刻度。记下这时的电压表读数U0＝6.2 V和微安表读数I0＝490 μA； (3)断开开关S并同时开始计时，每隔5 s或10 s读一次微安表的读数i，将读数记录在预先设计的表格中； (4)根据表格中的12组数据，以t为横坐标，i为纵坐标，在坐标纸上描点，如图乙所示(图中用“×”表示)。 根据以上实验结果的图像，可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷量Q0约为______ C，从而算出该电容器的电容约为______ F。 乙 [解析]　按照图中的点，用光滑曲线把它们依次连接起来，得到i­t图线，图线和横轴所围的面积就是放电电荷量，即原来电容器的带电荷量。每小格相当于2.5×10－4 C，用四舍五入法数得小方格有35个，所以Q0＝8.75 ×10－3 C。再由C＝，得C≈1.4×10－3 F。 [答案]　(4)8.75×10－3　1.4×10－3 拓展创新实验　 　实验器材创新 [典例1]　在“用传感器观察电容器的充电和放电”实验中，电路图如图甲。一位同学使用的电源电动势为10.0 V，测得放电的I­t图像如图乙所示。 甲 乙 (1)若按“四舍五入(大于半格算一个，小于半格舍去)”法，根据“I­t 图线与两坐标轴包围面积”，电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为________ C。(结果保留两位有效数字) (2)根据以上数据估算电容器的电容值为______ F。(结果保留两位有效数字) (3)如果将电阻R换一个阻值更大的电阻，则放电过程释放的电荷量________(选填“变多”“不变”或“变少”)。 [解析]　(1)电容器的放电图像是一条逐渐下降的曲线，而q＝It，从微元法得到，I­t 图像与坐标轴围成的面积就是总的电荷量，经确认：图像下共有42格，所以电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为Q＝42×0.001×0.4 C≈0.017 C。 (2)从(1)可知，电容器充满电后所带的电荷量Q＝0.017 C，而所加电压U＝E＝10 V，所以 C＝＝0.001 7 F。 (3)若将电阻换一个阻值更大的电阻，由于电容器电荷量一定，则所有电荷将通过电阻R释放，只是图像更加平缓些，但总量不变。 [答案]　(1)0.017(0.016～0.018)　(2)0.001 7(0.001 6～0.001 8)　(3)不变 　本题的创新之处在于应用电流传感器结合计算机模拟信号分析电流的变化规律代替通过记录电流表读数变化列表画图分析数据。 　实验方法创新 [典例2]　在测定电容器电容值的实验中，将电容器、电压传感器、阻值为3 kΩ的电阻R、电源、单刀双掷开关按图甲所示电路图进行连接。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，充电完毕后把开关S掷向2端，电容器放电，直至放电完毕。实验得到的与电压传感器相连接的计算机所记