第8章 实验10 观察电容器的充放电现象-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（教科版 新教材 新高考）

实验十　观察电容器的充放电现象 授课提示：对应学生用书第209页 1．实验目的 (1)知道电容器的构造。 (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。 2．实验原理及设计 (1)电容器的充电过程：当S接1时，电容器接通电源，电容器极板的自由电子在静电力的作用下将经过电源移到与电源负极相接的下极板，正极由于失去负电荷而带正电，负极由于获得负电荷而带负电，正、负极板所带电荷量大小相等，符号相反，如图甲所示。电荷定向移动形成电流，由于同性电荷的排斥作用，所以开始电流最大，以后逐渐减小，在电荷移动过程中，电容器极板储存的电荷不断增加，电容器两极板间电压U等于电源电压E时电荷停止移动，电流I≈0。 　 (2)电容器的放电过程 当S接2时，电容器的两极板用导线连接起来，电容器C正极板正电荷与负极板上的负电荷中和，两极板的电荷量逐渐减少，表现为电流逐渐减小，电压也逐渐减小为零(如图乙所示)。 3．实验器材 电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表和电压表。 4．实验步骤 (1)调节直流可调电源，输出电压为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，把单刀双掷开关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)把单刀双掷开关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。 1．数据处理 实验项目 实验现象 电容器充电 灯泡 亮度由明到暗最后熄灭 电流表1 读数由大到小最后为零 电压表 读数由小到大最后为6 V 电容器放电 灯泡 亮度由明到暗最后熄灭 电流表2 读数由大到小最后为零 电压表 读数由大到小最后为零 2.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。 授课提示：对应学生用书第210页 命题点一　教材原型实验 角度　电容器的充(放)电过程的观察与描述 典例1　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(保留2位小数)。 (3)该同学每隔10 s记录一次电压表的读数，记录的数据如表所示。 时间t/s 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 电压U/V 2.14 3.45 4.23 4.51 5.00 5.18 在给出的坐标纸上绘出图线，已知只有一个数据点误差较大，该数据点对应的表中的时间是________ s。 (4)电路中C、R2和S2构成的回路的作用是_________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [解析]　(1)根据电路图，实物图如图所示。 (2)电压表的量程为6 V，分度值为0.1 V，所以读数为3.60 V。 (3)先描点，然后用圆滑的曲线将所描的点连接起来，如图所示。 由所作图线可以看出t＝40 s处的数据点偏离曲线较远，所以该数据对应表中的时间为40 s。 (4)电路中C、R2和S2构成的回路，先闭合开关S2，再断开开关S2，使电容器上所带电荷量释放干净，不影响下一次实验。 [答案]　(1)图见解析　(2)3.60　(3)图见解析　40　(4)使每次实验前电容器两极板上的电荷相中和 命题点二　实验创新设计 角度1　电容器的充放电现象的定性分析 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