實驗十觀察電容器的充、放電現象一、基本原理與操作原理裝置圖操作要領1.電容器的充電過程開關S接1時，電源給電容器充電，電容器帶電量、電壓逐漸增大，電流逐漸減小，最后電流為零，如圖甲所示．2．電容器的放電過程開關S接2時，電容器負極板上負電荷與正極板上正電荷中和，兩極板的電荷量逐漸減小，電流逐漸減小，最后電壓也逐漸減為零，如圖乙所示．二、實驗過程1．按如圖所示的電路圖正確連接實物圖。2．將單刀雙擲開關S接1，觀察電容器的充電現象，并將結果記錄在數據處理的表格中．3．把單刀雙擲開關S接2，觀察電容器的放電現象，并將結果記錄在數據處理的表格中．4．記錄好實驗結果，關閉電源．三、數據處理實驗項目實驗現象電容器充電燈泡亮度由明到暗最后熄滅電流表A1讀數由大到小最后為零電壓表讀數由小到大最后為6V電容器放電燈泡亮度由明到暗最后熄滅電流表A2讀數由大到小最后為零電壓表讀數由大到小最后為零四、注意事項1．電流表要選用小量程的靈敏電流表．2．要選擇大容量的電容器．3．實驗過程要在干燥的環(huán)境中進行．4．在做放電實驗時，在電路中串聯(lián)一個電阻，避免燒壞電流表．考點一教材原型實驗例1[2023·新課標卷]在“觀察電容器的充、放電現象”實驗中，所用器材如下：電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關以及導線若干．(1)用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓．檢測時，紅表筆應該與電池的________(填“正極”或“負極”)接觸．(2)某同學設計的實驗電路如圖(a)所示．先將電阻箱的阻值調為R1，將單刀雙擲開關S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化．電容器充電完成后，開關S再與“2”端相接，相接后小燈泡亮度變化情況可能是________(填正確答案標號)．A．迅速變亮，然后亮度趨于穩(wěn)定B．亮度逐漸增大，然后趨于穩(wěn)定C．迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅(3)將電阻箱的阻值調為R2(R2>R1)，再次將開關S與“1”端相接，再次記錄電流隨時間的變化情況．兩次得到的電流I隨時間t變化如圖(b)中曲線所示，其中實線是電阻箱阻值為________(填“R1”或“R2”)時的結果，曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的________(填“電壓”或“電荷量”)．例2小理同學利用如圖甲所示電路觀察電容器的充、放電現象，圖乙是毫安表表頭．(1)小理先將單刀雙拋開關打到1位置，發(fā)現毫安表指針向右偏轉，電容器開始充電，充電電流逐漸變________，此時電容器的上極板帶________電；再將開關打到2位置，發(fā)現毫安表指針向________偏轉，電容器開始放電，放電電流逐漸變?。陨先崭?，判斷正確的是________．A．大、正、右B．小、正、左C．大、負、右D．小、負、左(2)小理同學將放電過程所獲得的數據繪制成圖丙中的a圖線(圖中實線)．再通過調節(jié)電阻箱，增大電阻R，重復電容器的充、放電過程，再收集放電電流的數據，將得到圖丙中的________曲線(選填“b”或“c”)．小理同學通過觀察圖像中的________(選填“截距”“斜率”或“面積”)，認為在誤差允許的范圍內，控制充電電壓不變，改變電路中的電阻，不會影響電容器放電的電荷量．(3)在“觀察電容器的充、放電現象”實驗中，以下觀點錯誤的是________．A．在ef之間增加一個微型直流小風扇，可以展示電容器是儲能元件B．更換電容C值更小的電容器，在電源電壓不變的情況下，電容器放電時釋放的電荷量仍不變C．將電源電壓增大，且不超過電容器的耐壓，可以增大電容器放電時釋放的電荷量D．將變阻箱轉移到mn之間，可以減少電容器的充電時間考點二探索創(chuàng)新實驗例3某同學利用圖(a)所示電路測量一電容器的電容，將開關S從2端撥至1端，電源對電容器充電；再將開關S撥至2端，電容器放電．回答下列問題：(1)下表記錄了放電過程中某個時刻t的物理量及其變化，在表中①②③空格處填上合理的答案；放電過程中某個時刻t通過電阻R的電流方向(選填“a→b”或“b→a”)①______通過電阻R的電流正在增大還是減?、赺_____電容器兩端的電壓正在增大還是減?、踎_____(2)充電過程中，電流傳感器和電壓傳感器將信息即時輸入計算機，屏幕上顯示出如圖(b)所示的電流I、電壓U隨時間t變化的I-t圖線、U-t圖線．根據圖(b)估算當電容器剛開始放電時所帶的電荷量Q＝________C，計算電容器的電容C＝________F；已知待測電容器電容標稱值為C0＝900μF，則測量值C與C0的差異為C0?C例4如圖A所示，在兩個相同豎直方向放置的平行導電板之間連接一電源，電源輸出電壓及兩板間電壓無法直接測得．將一個帶電小球懸掛在兩板之間的絕緣細線上．實驗中可以改變小球的電荷量q并用靜電計測量，帶電小球能在兩平行板內達到平衡．本實驗是為了測出兩帶等量異種電荷的平行板間勻強電場的電場強度．(1)除了小球的電荷量q，還需要測量的物理量是______________和__________________．(2)以電荷量和重力加速度之比qg為橫軸，______________為縱軸，將實驗數據繪圖后，能線性擬合出一條直線．再根據圖像求出直線的斜率為k，則平行板間電場強度E(3)如圖B所示，第1組同學將球懸掛在一根較長的絕緣細線下，使球在靠近板中心的地方達到平衡；第2組同學用一根短絕緣細線將球懸掛起來，使球在靠近板邊緣的地方達到平衡．第______組(選填“1”或“2”)的實驗裝置更合適，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.實驗十觀察電容器的充、放電現象關鍵能力·分層突破例1解析：(1)多用電表紅表筆流入電流，黑表筆流出電流，故電流表紅表筆應該與電池的正極接觸．(2)電容器充電完成后，開始時兩極板電量較多，電勢差較大，當閉合“2”接入小燈泡，回路立即形成電流，燈泡迅速變亮；隨著時間的積累，兩極板電量變少，電勢差變小，流過燈泡的電流減小，直至兩極板電荷量為零不帶電，則無電流流過，小燈泡熄滅，故選C.(3)開始充電時兩極板不帶電，兩極板電勢差為零，設電源內阻為r，則開始充電時有E＝I(R＋r)由圖像可知開始充電時實線的電流較小，故電路中的電阻較大，因此電阻箱阻值為R2；圖像的物理意義為充電過程中電流隨時間的變化圖線，故曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的電荷量．答案：(1)正極(2)C(3)R2電荷量例2解析：(1)小理先將單刀雙拋開關打到1位置，發(fā)現毫安表指針向右偏轉，電容器開始充電，充電電流逐漸變小，此時電容器的上極板與電源正極相連，帶正電；再將開關打到2位置，電容器放電，通過毫安表的電流方向相反，毫安表指針向左偏轉，放電電流逐漸變?。蔬xB.(2)增大電阻R，電容器放電時間延長，對應圖中的c曲線；圖中電流—時間圖像與坐標軸圍成的面積表示電容器的放電量，所以小理同學通過觀察圖像中的面積，認為在誤差允許的范圍內，控制充電電壓不變，改變電路中的電阻，不會影響電容器放電的電荷量．(3)在ef之間增加一個微型直流小風扇，電容器放電時，小風扇工作，可以展示電容器是儲能元件，故A正確，不符合題意；更換電容C值更小的電容器，在電源電壓不變的情況下，由C＝QU，可知電容器的帶電量減少，電容器放電時釋放的電荷量減少，故B錯誤，符合題意；將電源電壓增大，且不超過電容器的耐壓，由C＝QU可知，電容器充電后，帶電量增大，可以增大電容器放電時釋放的電荷量，故C正確，不符合題意；將變阻箱轉移到答案：(1)B(2)c面積(3)B例3解析：(1)①電容器上極板帶正電，放電時，電流從正極板經電阻流向負極板，故通過R的電流方向是b→a.②放電時，電流減?。鄯烹姇r，電壓減?。?2)根據I-t圖線與坐標軸所圍的面積表示電容器所帶的電荷量，所圍的面積有8格，則Q＝8×0.4×2×10－3C＝6.4×10－3C，此時電壓為8V，可計算電容器的電容C＝QU＝6.4×10?將C和C0代入公式，可得C0答案：(1)b→a減小減小(2)6.4×10－38.0×10－411例4解析：(1)小球靜止狀態(tài)，受力分析得Eq＝mgtanθ除了小球的電荷量q，還需要測量的物理量是小球的質量m，細線與豎直方向的夾角θ.(2)根據平衡關系式得tanθ＝E將實驗數據繪圖后，能線性擬合出一條直線，故縱坐標應該為夾角的正切值tanθ；