高考物理一轮复习必修第三册第七章静电场第5讲实验：观察电容器的充、放电现象课件

第5讲实验：观察电容器的充、放电现象

把握经典实验方案

一、基本原理与操作二、核心关键——数据处理实验项目实验现象电容器充电灯泡L亮度由明到暗最后熄灭电流表A1读数由大到小最后为零电压表V读数由小到大最后为6V电容器放电灯泡L亮度由明到暗最后熄灭电流表A2读数由大到小最后为零电压表V读数由大到小最后为零

归纳共性实验关键

1．不变的实验原理

通过观察连接在回路中的电流表和电压表示数变化，得出电容器充、放电过程的特点。2．必备的实验器材

直流电源、导线、单刀双掷开关、电容器、定值电阻、电流表(电流传感器)、电压表(电压传感器)。3．共同的注意事项(1)连接电路时注意电流表和电压表的正、负极和量程。(2)对电解电容器也要注意正、负极。(3)要选择电容较大的电容器。(4)实验过程要在干燥的环境中进行。考查点(一)电容器充、放电现象的定性分析1．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，这个过程叫作________，经过这一过程，电容器的两极板就会带上等量的异号电荷，其上极板带________电荷(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________(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____________________。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号电荷，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，这个过程叫放电。答案：充电正自右向左放电2．(2024·浙江1月选考)在“观察电容器的充、放电现象”实验中，把电阻箱R(0～9999Ω)、一节干电池、微安表(量程0～300μA，零刻度在中间位置)、电容器C(2200μF，16V)、单刀双掷开关组装成如图1所示的实验电路。(1)把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零；然后把开关S接2，微安表指针偏转情况是________。A．迅速向右偏转后示数逐渐减小B．向右偏转示数逐渐增大C．迅速向左偏转后示数逐渐减小D．向左偏转示数逐渐增大(2)再把电压表并联在电容器两端，同时观察电容器充电时电流和电压变化情况。把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到160μA时保持不变；电压表示数由零逐渐增大，指针偏转到如图2所示位置时保持不变，则电压表示数为________V，电压表的阻值为________kΩ(计算结果保留两位有效数字)。解析：(1)把开关S接1，电容器充电，电流从右向左流过微安表，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零；把开关S接2，电容器放电，电流从左向右流过微安表，则微安表指针迅速向左偏转后示数逐渐减小。故选C。答案：(1)C

(2)0.50

3.13．(2023·新课标卷)在“观察电容器的充、放电现象”实验中，所用器材如下：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。(1)用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时，红表笔应该与电池的___________(填“正极”或“负极”)接触。(2)某同学设计的实验电路如图(a)所示。先将电阻箱的阻值调为R1，将单刀双掷开关S与“1”端相接，记录电流随时间的变化。电容器充电完成后，开关S再与“2”端相接，相接后小灯泡亮度变化情况可能是___________。(填正确答案标号)A．迅速变亮，然后亮度趋于稳定B．亮度逐渐增大，然后趋于稳定C．迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭(3)将电阻箱的阻值调为R2(R2>R1)，再次将开关S与“1”端相接，再次记录电流随时间的变化情况。两次得到的电流I随时间t变化如图(b)中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为___________(填“R1”或“R2”)时的结果，曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的___________(填“电压”或“电荷量”)。解析：(1)多用电表红表笔流入电流，黑表笔流出电流，故红表笔应该与电池的正极接触。(2)电容器充电完成后，两极板电量较多，电势差较大，当开关S与“2”端相接，回路立即形成电流，小灯泡迅速变亮；随后两极板电量逐渐变少，电势差变小，流过灯泡的电流减小，直至两极板电荷量为零，小灯泡熄灭，故选C。(3)开始充电时两极板不带电，两极板电势差为零，设电源内阻为r，则开始充电时有E＝I，由图像可知开始充电时实线的电流较小，故电路中的电阻较大，因此电阻箱阻值为R2；图像的物理意义为充电过程中电流随时间的变化图线，故曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的电荷量。答案：(1)正极(2)C

(3)R2电荷量考查点(二)电容器充、放电现象的定量计算4．在“用传感器观察电容器的充、放电现象”实验中，电路图如图甲。一位同学使用的电源电动势为10.0V，测得放电的I­t图像如图乙所示。

(1)若按“四舍五入(大于半格算一个，小于半格舍去)”法，根据“I­t图像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____(填“变多”“不变”或“变少”)。答案：(1)0.017(0.016～0.018均可)

(2)0.0017(0.0016～0.0018均可)

(3)不变5．在测定电容器电容的实验中，将电容器、电压传感器、阻值为3kΩ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录的电压随时间变化的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的“峰值”及曲线与时间轴所围“面积”。(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________(填“相同”或“相反”)，大小都随时间________(填“增大”