人教版高中物理必修第三册第十章4第2课时实验：观察电容器的充、放电现象课件(32页ppt)+学案

第2课时　实验：观察电容器的充、放电现象 [实验目标]　1．了解电容器的储能特性及其在电路中能量的转换规律。 2．了解电容器充、放电过程中，电路中的电流和电容器两端电压的变化规律。 类型一　电容器充、放电现象的定性分析 【典例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种电荷，其上极板带_____(选填“正”或“负”)电荷，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_____(选填“自左向右”或“自右向左”)流过灵敏电流计G的短暂电流，这个过程叫作_____。 [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，这个过程叫作充电；经过这一过程，电容器的两极板就会带上等量的异种电荷，其上极板带正电荷；当把开关S由1合向2时，从电势高的正极板到电势低的负极板能形成电流，则有自右向左流过灵敏电流计G的短暂电流，这个过程叫作放电。 [答案]　充电　正　自右向左　放电 类型二　电容器充、放电现象的定量计算 【典例2】　如图甲是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q，从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下： (1)按电路图接好实验电路。 (2)接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使微安表的指针接近满刻度。记下这时的电压表读数U0＝6.2 V和微安表读数I0＝490 μA。 (3)断开开关S并同时开始计时，每隔5 s或10 s读一次微安表的读数i，将读数记录在预先设计的表格中。 (4)根据表格中的12组数据，以t为横坐标，i为纵坐标，在坐标纸上描点，如图乙所示(图中用“×”表示)。 根据以上实验结果的图像，可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷量Q0约为_____ C，从而算出该电容器的电容约为_____ F。 [解析]　按照题图中的点，用光滑曲线把它们依次连接起来，得到i-t图线，图线和两坐标轴所围的面积就是放电电荷量，即原来电容器的带电荷量。每小格相当于2.5×10-4 C，用四舍五入法数得小方格有35个，所以Q0＝8.75 ×10-3 C。再由C＝，得C≈1.41×10-3 F。 [答案]　(4)8.75×10-3　1.41×10-3 类型三　创新实验设计 【典例3】　在“用传感器观察电容器的充、放电过程”实验中，按图甲所示连接电路。电源电压为8.0 V，内阻可以忽略。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2，实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。 (1)开关S改接2后，此过程得到的I-t图像如图乙所示，图中用阴影标记的狭长矩形的面积的物理意义是_____。如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的I-t 曲线与坐标轴所围成的面积将_____(选填“减小”“不变”或“增大”)，放电时间将_____(选填“变长”“不变”或“变短”)。 (2)若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量Q＝3.44×10-3 C，则该电容器的电容为_____μF。 (3)关于电容器在整个充、放电过程中的q-t图像和UAB-t图像的大致形状，可能正确的有_____(q为电容器极板所带的电荷量，UAB为A、B两板的电势差)。 A　　　　　　　　B C　　　　　　　　D [解析]　(1)开关接1时，对电容器充电，接2时电容器放电，根据q＝It可知I-t图像中阴影标记的狭长矩形的面积的物理意义是0.2 s内电容器放出的电荷量；因为总电荷量不会因为电阻R而变化，则曲线与坐标轴所围成的面积不变；由于电阻变小，电路中的平均电流变大，所以放电时间将变短。 (2)根据C＝且U＝E得 C＝ F＝4.3×10-4 F＝430 μF。 (3)电源给电容器充电时，刚开始电荷量的变化率较大 ... ...