第1章 8 第2课时 实验：观察电容器的充放电现象-【精讲精练】2023-2024学年高中物理必修第三册教科版（教师用书）

第2课时　实验：观察电容器的充放电现象 [学业要求与核心素养] 1．了解电容器的构造。 2．根据电路图正确连接实物图，认真观察电容器充放电的实验现象。 一、实验器材 6 V的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、__电流表__、__电压表__、小灯泡。 二、进行实验 1．调节直流可调电源，输出为6 V，并用多用电表校准。 2．关闭电源开关，正确连接实物图，电路图如图。 3．打开电源，把开关S打到上面，使触点1和触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。 4．把开关S打到下面，使触点3和触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。 5．记录好实验结果，关闭电源。 三、注意事项 1．电流表要选用小量程的灵敏电流计。 2．要选择大容量的电容器。 3．实验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，以免烧坏电流表。 题型一　电容器充、放电现象的定性分析 　如图所示实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是(　　) A．开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带正电 B．开关接1时，平行板电容器充电，且上极板带负电 C．开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带正电 D．开关接2时，平行板电容器充电，且上极板带负电 [解析]　开关接1时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连而带正电，A正确，B错误；开关接2时，平行板电容器放电，放电结束后上、下极板均不带电，C、D错误。 [答案]　A 题型二　电容器充、放电现象的定量计算 　电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是前者反应比较灵敏，且可以和计算机相连，能画出电流与时间的变化图像。如图甲是用电流传感器观察充、放电过程的实验电路图，图中电源电压为6 V。 先使开关S与1接通，待充电完成后，把开关S再与2接通，电容器通过电阻放电，电流传感器将电流信息传入计算机。显示出电流随时间变化的I­t图像如图乙所示。根据图像估算出电容器全部放电过程中释放的电荷量为____________C，该电容器电容为____________μF。(均保留三位有效数字) [解析]　根据题图乙的含义，因Q＝It，可知图形与时间轴围成的面积表示电荷量；根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子的电荷量为8×10－5 C，由大于半格算一个，小于半格舍去，因此图像所包含的格子个数为38，所以释放的电荷量为q＝8×10－5 C×38＝3.04×10－3 C。根据电容器的电容C＝可知，C＝F≈5.07×10－4 F＝507 μF。 [答案]　3.04×10－3　507 1．(多选)关于电容器的充、放电，下列说法中正确的是(　　) A．充、放电过程中外电路有瞬间电流 B．充、放电过程中外电路有恒定电流 C．充电过程中电源提供的电能全部转化为内能 D．放电过程中电容器中的电场能逐渐减少 解析　电容器充、放电过程中会有电荷发生定向移动，电路产生变化的瞬间电流，电容器充、放电结束，电流消失，A正确，B错误；充电过程中电源提供的电能部分转化为电容器的电场能，C错误；放电过程中电容器中的电场能转化为其他形式的能，D正确。 答案　AD 2．据国外某媒体报道，科学家发明了一种新型超级电容器，能让手机几分钟内充满电。某同学假日登山途中，用该种电容器给手机电池充电，下列说法正确的是(　　) A．该电容器给手机电池充电时，电容器的电容变大 B．该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电能变少 C．该电容器给手机电池充电时，电容器所带的电荷量可能不变 D．充电结束后，电容器不带电，电容器的电容为零 解析　电容是描述电容器容纳电荷的本领大小的物理量，与电容器的电压及电荷量无关，故A、D错误；当该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电荷量减小，则电能变少，故B正确，C错误。 答案　B 3．(多选)电流传感器可以像电流表一样测量电流，可以捕捉到瞬间的电流变化，相当于一个理想电流表。用如图甲所示的电路来研究电容器的放电过程。实验时将开关S拨到1端，用直流电压为8 V的电源给电容器充电，待电路稳定后，将电流传感器打开，再将开关S拨到2端，电容器通过电阻R放电。以S拨到2端时为t＝0时刻，电流传感器测得的电流I随时间t的变化图像如图乙所示，根据题意，下列说法正确的是(　　) A．由I­t图像可知，电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为3.2×10－3 C B．由I­t图像可知，电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为3.2 C C．此电容器的电容约为4.0×10－4 F D．此电容器的电容约为0.4 F 解析　将横坐标t分成许多很小的时间间隔Δt，在这些很小的时间间隔里，放电电流I可以视为不变，则IΔt为这段时间内的电量，则电容器所带的电荷量为Q＝I1Δt1＋I2Δt2＋I3Δt3＋…＋InΔt