10.4 第2课时　实验 观察电容器的充、放电现象 课件 -2026届高考物理一轮复习

第2课时　实验:观察电容器的充、放电现象 1.了解电容器充、放电的实验的原理和电路。2.会用计算机及传感器采集数据信息。 [定位·学习目标]　 探究·必备知识 知识点一　电容器 一、观察电容器的充、放电现象 1.实验器材 直流电源、单刀双掷开关、电容器、电流表、电压表、电阻、导线若干。 2.实验步骤 (1)按图连接好电路。 (2)把单刀双掷开关S接1端,此时电源给电容器充电,观察电流表和电压表的指针变化,并将结果记录在表格中。 (3)将单刀双掷开关S接2端,此时电容器对电阻R放电,再次观察电流表和电压表的指针变化,并将结果记录在表格中。 (4)记录好实验结果,关闭电源。 3.实验观察结果 (1)电容器的充电过程。 电流表的示数由大变小,最后为零;电压表的示数由小变大,最后稳定在某一值。 (2)电容器的放电过程。 电流表的示数由大变小,最后为零;电压表的示数由大变小,最后为零。 4.注意事项 (1)电流表要选用小量程的灵敏电流计。 (2)尽可能选择电容大的电容器。 (3)实验要在干燥的环境中进行。 (4)在做实验时,在电路中串联一个电阻(或灯泡),以免烧坏电流表。 二、用传感器观察电容器的放电过程 1.实验器材 直流电源、电容器、定值电阻、计算机、电流传感器、单刀双掷开关、导线若干。 2.实验电路图 3.实验过程 (1)先使开关S接1端,电源向电容器充电。 (2)再把开关S接2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像。 4.数据处理 (1)在I-t图像中画出一个如图所示的竖立的狭长矩形(Δt很小),它的面积的物理意义是在Δt时间内通过电流表的电荷量。整个图像与坐标轴所围的面积的物理意义是整个充电或放电时间内通过电流表的电荷量,也等于充满电后或放电开始时电容器极板上的电荷量。 (2)估算电容器充电或放电过程中电荷量的方法是:先算出一个小方格代表的电荷量,然后数出整个图像与坐标轴所围的方格数(大于或等于半个的按一个方格计算,小于半个的舍弃),则电容器充电或放电过程中的电荷量为一个小方格代表的电荷量乘以方格数。 突破·关键能力 要点一　实验原理与数据处理 [例1] (实验原理)(2025·江西景德镇月考)某同学用电流传感器和电压传感器研究电容器的放电情况,按图连接电路,实验时,先将开关S与1端相连,待电路稳定后,将开关掷向2端,传感器将信息传入计算机,屏幕上可以显示出电流、电压随时间变化的I-t图线、U-t图线。 (1)由图可知,传感器2应为　　　　(选填“电流”或“电压”)传感器。  电压 【解析】 (1)传感器2与电阻R并联,应为电压传感器。 (2)计算机屏幕上显示的I-t图线可能为选项中的　　　　,U-t图线可能为选项中的　　　　。  A B C D B　 D [例2] (实验数据处理)(2025·广东江门期末)电流传感器可以像电流表一样测量电流,不同的是反应比较灵敏,且可以和计算机相连,能画出电流随时间变化的图像。图甲是用电流传感器观察电容器充、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I-t图像如图乙所示。已知图线与坐标轴围成的面积表示电荷量,根据图像估算出电容器放电过程中释放的电荷量为　　 　　 C,该电容器电容为　　 μF。(结果均保留3位有效数字)  3.28×10-3　 547 要点二　创新实验 [例3] (创新实验)(2025·山东泰安期末)在测定电容器的电容的实验中,将电容器、电压传感器、阻值为15 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。实验得到的电压(电势差)随时间变化的U-t曲线如图乙所示,图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录了峰值及曲线与时间轴所围面积的图像。 (1)根据图甲所示的电路,观察图乙可知,充电电流与放电电流方向　　　(选填“相同”或“相反”),大小都随时间　　　　(选填“增大”或“减小”)。  相反　 减小 【解析】 (1)根据题图甲所示的电路,观察题图乙可知充电电流与放电电流方向相反,大小都随时间减小。 (2)已知电流对时间的积累值为电荷量,则该电容器的电容值为　　 　　 F (结果保留2位有效数字)。  2.0×10-3 (3)其他条件不变,增大电阻R,则充电时U-t曲线与坐标轴所围面积将 　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。  增大 (1)根据电容器的充、放电原理分析出对应的电流方向和电流的变化趋势。 (2)根据图像的物理意义,结合电容的表达式分析出电容器的电容值。 (3)理解图像与坐标轴所围成的面积的物理意义。 ·思路分析· 感谢观看 (3)电容器两极板之间的电压等于电源电压,由电容定义式C=估算出电容器的电容C。 【解析】 (2)随着电容器放电,电容器电荷量减小,由C=可知电容器两端电压减小,电阻R保持不变,且由I=可得电流传感器、电压传感器示数均减小,故I-t图像选B,U-t图像选D。 【解析】 根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子代表的电荷量为8×10-5 C,由大于或等于半格算一格,小于半格舍去,可得图线与坐标轴所围的格子个数为41,所以释放的电荷量为q=3.28×10-3 C。根据 C=可知,C= F= 5.47×10-4 F≈547 μF。 【解析】 (2)根据充电时的U-t图线可知,电容器的电荷量为Q=t,而电压的峰值为Um=6 V,则该电容器的电容为C=,设U-t图线与坐标轴围成的面积为S,联立解得C==≈2.0×10-3 F。 【解析】 (3)其他条件不变,根据Q=CU可知极板所带电荷量不变,根据Q=t可知,增大电阻R,U-t曲线与坐标轴所围面积将增大。 $