第2章 第5节 第1课时 观察电容器的充、放电现象（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第三册（鲁科版2019）

第5节　科学探究：电容器 第1课时 观察电容器的充、放电现象(实验课—基于经典科学探究) 一、实验装置 二、实验原理 实验电路如图所示。当开关拨到位置“1”时，电源E对电容器充电；当开关拨到位置“2”时，电容器放电。利用电流计和电压表观察电容器在充电和放电过程中，通过电路的电流大小和方向的变化，以及电容器两极板间电压的变化，进而判断电容器两极板储存电荷量的变化。 一、实验步骤　 1．连接电路：根据实验电路图连接电路。 2．观察充电过程：将单刀双掷开关拨到位置“1”，观察电容器在充电过程中，电流计和电压表的指针偏转情况。 3．观察放电过程：将单刀双掷开关拨到位置“2”，观察电容器在放电过程中，电流计和电压表的指针偏转情况。 4．记录好实验结果，关闭电源。 二、数据处理　 1．记录电流计和电压表的指针偏转情况，填在下面表格中。 单刀双掷开关 的位置 电流计指针 偏转情况 电压表指针 偏转情况 位置“1” 位置“2” 2．实验结论 电容器充电时，电容器两端电压增大，电荷量增加；电容器放电时，电容器两端电压减小，电荷量减小。充、放电结束后，电路中无电流。 三、注意事项　 1．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，以免烧坏电流计。 [关键点反思] 1.电容器充电时，两极板上的电荷量如何变化？ 提示：充电时，两极板上的电荷量增加。 2.电容器放电时，能量如何转化？ 提示：放电时，电容器两极板间的电场能转化为其他形式的能量。 3．如图所示，为一个电容器放电时的I­t图像，请思考图线与t轴所围“面积”有什么物理意义？ 提示：表示电容器放电过程中释放的电荷量。 考法(一)　实验基本操作 [例1]　如图所示的实验电路，可研究电容器的充、放电。先使开关S与“1”端相连，电源给电容器充电，然后把开关S掷向“2”端，电容器通过电阻R放电。 (1)电容器在充电的过程中，电容器的带电荷量________； A．不变　　　 B．变大　　　　 C．变小 (2)电容器在放电的过程中，电容器的电容______； A．不变　　　 B．变大　　　　 C．变小 (3)使开关S与“1”端相连，对电路中的电容器充电，充电后，该电容器________(选填“上”或“下”)极板带正电荷。若电容器的两个极板分别带上了电荷量均为Q的等量异号电荷，此时电容器所带的电荷量为________。 [解析]　(1)在电源向电容器充电的过程中，电容器的带电荷量变大，故B正确，A、C错误。 (2)电容器的电容由其本身的特性决定，电容器在放电的过程中，其电容不变，故A正确，B、C错误。 (3)充完电后电容器上极板与电源的正极相连，则电容器上极板带正电；电容器电荷量是单极板所带电荷量的绝对值，故电荷量为Q。 [答案]　(1)B　(2)A　(3)上　Q 考法(二)　数据处理和实验结论 [例2]　(2023·福建漳平检测)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，可显示电流随时间变化的关系图像。图甲中直流电源提供的电压为U＝8 V，充电前电容器带电量为零。先使S与“1”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I­t曲线如图乙所示。 (1)在电容器充电与放电过程中，通过电阻R0的电流方向______(选填“相同”或“相反”)； (2)图像阴影为I­t曲线与对应时间轴所围成的面积，乙图中阴影部分的面积S1______S2(选填“>”“<”或“＝”)； (3)已知S1＝1 233 mA·s，则该电容器的电容值为______ F(保留两位有效数字)； (4)由甲、乙两图可判断阻值R1______R2(选填“>”或“<”)。 [解析]　(1)由题图甲可知，电容器充电时通过电阻R0的电流方向向左，放电时通过R0的电流方向向右，故在电容器充电与放电过程中，通过电阻R0的电流方向相反。 (2)I­t曲线与对应时间轴所围成的面积表示电荷量，充电和放电过程电荷量相等，所以题图乙中阴影部分的面积S1＝S2。 (3)电源提供的电压为8 V，则该电容器的电容值为C＝＝＝≈0.15 F。 (4)由题图乙可知，充电时的最大电流大于放电时的最大电流，根据欧姆定律，则可知R1<R2。 [答案]　(1)相反　(2)＝　(3)0.15　(4)< (1)S先接“1”后接“2”，说明电容器先充电后放电。 (2)电容器的电容与电荷量的多少无关。 (3)I­t图像与时间轴所围成的面积表示充、放电的电荷量。 (4)充电时间足够长，电容器极板间的电压最大为电源电压