第3讲实验十观察电容器的充、放电现象电容器的动态分析
学习目标1.了解电容器的充、放电过程,会定量计算电容器充、放电的电荷量。2.掌握电容的定义式和平行板电容器的决定式,会分析电容器动态变化问题。
1.
2.观察电容器的充、放电现象
实验原理
实验操作
注意事项
甲电容器充电乙电容器放电
如图甲，电容器与电源相连，形成充电电流，随着极板电荷量的增加，充电电流减小。
如图乙，电容器的正、负电荷中和，形成放电电流，随着极板电荷量的减少，放电电流减小
1.连电路，按原理图连接器材。
2.单刀双掷开关S接1，观察充电现象。
3.单刀双掷开关S接2，观察放电现象。
4.关闭电源，整理器材
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
数据处理
1.观察电流表示数变化，总结电容器充、放电电流的变化规律。
2.可将电流表换成电流传感器，由计算机绘制充、放电的i－t图像，由图像计算充、放电过程通过电流传感器的电荷量。
方法:先算出一个小方格代表的电荷量，然后数出整个图像与横轴所围的面积中的方格数(大于半个的按一个方格计算，小于半个的舍弃)。电容器充电或放电过程中电荷量为一个小方格代表的电荷量乘以方格数。
3.电容器两极板之间的电压等于电源电动势，由电容的定义式C＝QU估算出电容器的电容C
1.电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和。()
2.电容器的电容与电容器所带电荷量成反比。()
3.放电后的电容器电荷量为零,电容也为零。()
考点一实验:观察电容器的充、放电现象
角度电容器充、放电现象的定性分析
例1(2024·甘肃卷,7)一平行板电容器充放电电路如图所示。开关S接1,电源E给电容器C充电;开关S接2,电容器C对电阻R放电。下列说法正确的是()
A.充电过程中,电容器两极板间电势差增加,充电电流增加
B.充电过程中,电容器的上极板带正电荷,流过电阻R的电流由M点流向N点
C.放电过程中,电容器两极板间电势差减小,放电电流减小
D.放电过程中,电容器的上极板带负电荷,流过电阻R的电流由N点流向M点
听课笔记
角度电容器充、放电现象的定量计算
例2(2024·广西卷,12)某同学为探究电容器充、放电过程,设计了图甲所示的实验电路。器材如下:电容器,电源E(电动势6V,内阻不计),电阻R1=400.0Ω,电阻R2=200.0Ω,电流传感器,开关S1、S2,导线若干。实验步骤如下:
(1)断开S1、S2,将电流传感器正极与a节点相连,其数据采样频率为5000Hz,则采样周期为s。?
(2)闭合S1,电容器开始充电,直至充电结束,得到充电过程的I-t曲线如图乙,由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为mA(结果保留3位有效数字)。?
(3)保持S1闭合,再闭合S2,电容器开始放电,直至放电结束,则放电结束后电容器两极板间电压为V。?
(4)实验得到放电过程的I-t曲线如图丙,I-t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0188C,则电容器的电容C为μF。图丙中I-t曲线与横坐标、直线t=1s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0038C,则t=1s时电容器两极板间电压为V(结果保留2位有效数字)。?
(1)在电容器充、放电实验中,电流表串联在电路中测量电路中的电流,电压表与电容器并联,测量电容器两端的电压。
(2)电容器充电过程中,电路中的电流逐渐减小,电容器两端电压逐渐增大,当充电完毕时电容器两端电压最大,电路中电流为0。
(3)电容器放电过程中,电容器相当于电源,其与定值电阻构成闭合回路,电压表和电流表分别测量定值电阻两端的电压和流过定值电阻的电流。
跟踪训练
1.(2024·重庆卷,12)探究电容器充、放电规律的实验装置如图甲所示,有电源E、定值电阻R0、电容器C、单刀双掷开关S。
(1)为测量电容器充、放电过程电压U和电流I变化规律,需在图甲电路图①、②处接入测量仪器,位置②应该接入测(选填“电流”或“电压”)仪器。?
(2)接通电路,当电压表示