2020版高考物理復習課件：實驗觀察電容器的充、放電現(xiàn)象(共25張)

1、實驗9觀察電容器的充、放電現(xiàn)象實驗9觀察電容器的充、放電現(xiàn)象-2-一、實驗目的1.理解電容器的儲能特性及其在電路中能量的轉(zhuǎn)換規(guī)律。2.電容器充、放電過程中,電路中的電流和電容器兩端電壓的變化規(guī)律。3.電容器質(zhì)量的判別和電容器中電場能量的計算。-2-一、實驗目的-3-二、實驗原理步驟(一)電容器的充電開關S合向1,電容器充電。1.現(xiàn)象:(1)白熾燈開始較亮,逐步變暗。-3-二、實驗原理步驟-4-2.解釋:電源正極向極板供給正電荷,負極向極板供給負電荷。電荷在電路中定向移動形成電流,兩極板間有電壓。S剛合上時,電源與電容器之間存在較大的電壓,使大量電荷從電源移向電容器極板,產(chǎn)生較大電流,隨著極板電

2、荷的增加,極板間電壓增大,電流減小。當電容器兩極板間電壓等于電源電壓時,電荷不再定向移動,電流為0,燈不亮。-4-2.解釋:-5-(二)電容器的放電開關S合向2,電容放電。1.現(xiàn)象:(1)開始燈較亮,逐漸變暗,直至熄滅。2.解釋:放電過程中,由于電容器兩極板間的電壓使回路中有電流產(chǎn)生。開始這個電壓較大,因此電流較大,隨著電容器極板上的正、負電荷的中和,極板間的電壓逐漸減小,電流也減小,最后放電結束,極板間不存在電壓,電流為0。-5-(二)電容器的放電-6-3.結論:當電容器極板上所儲存的電荷量發(fā)生變化時,電路中就有電流流過;若電容器極板上所儲存的電荷量恒定不變時,則電路中就沒有電流流過。三、總

3、結當電容器極板上所儲存的電荷發(fā)生變化時,電路中就有電流流過;若電容器極板上所儲存的電荷量恒定不變時,則電路中就沒有電流流過。電路中的平均電流為-6-3.結論:-7-命題點一命題點二電容器的認識及充、放電的電路的認識典例1(2018浙江杭州學軍選考)下列電容器相關知識描述正確的是()-7-命題點一命題點二電容器的認識及充、放電的電路的認識-8-命題點一命題點二A.圖甲為電容器充電示意圖,充完電后電容器上極板帶正電,兩極板間的電壓U等于電源的電動勢EB.圖乙為電容器放電示意圖,若電容器上極板帶電荷量為+Q,則放電過程中通過安培表的電流方向從右向左,流過的總電荷量為2QC.圖丙為電解電容器的實物圖和

4、符號,圖丁為可變電容器及其符號,兩種電容使用時都嚴格區(qū)分正負極D.圖戊中的電容器上有“5.5 V1.0 F”字樣,說明該電容器只有兩端加上5.5 V的電壓時電容才為1.0 F 答案解析解析關閉圖甲為電容器充電過程,充完電后電容器上極板與電源的正極相連,同時兩極板間的電壓U等于電源的電動勢E,故A正確;圖乙為電容器放電過程,若電容器上極板帶電量為+Q,則放電過程中通過安培表的電流方向從右向左,且流過的總電量為Q,故B錯誤;圖丙為電解電容器的實物圖和符號,圖丁為可變電容器及其符號,前者電容器使用時嚴格區(qū)分正負極,后者沒有,故C錯誤;圖戊中的電容器上有“5.5 V1.0 F”字樣,說明該電容器兩端電

5、壓最大值為5.5 V,而電容與電容器的電壓及電荷量均無關,總是為1.0 F,故D錯誤;故選A。 答案解析關閉A-8-命題點一命題點二A.圖甲為電容器充電示意圖,充完電后電-9-命題點一命題點二電容器是常見的電學元件,除了要強化電容器的理解外,對實際的電容器也要會識別,同時對電容器的充電與放電過程要有一個清晰的認識。注意區(qū)別電解電容器與可變電容器。-9-命題點一命題點二電容器是常見的電學元件,除了要強化電容-10-命題點一命題點二充放電過程中電流和電壓的變化規(guī)律理解及數(shù)據(jù)測量典例2(2015海南單科)某同學利用圖(a)所示電路測量電容器充電時兩極板間的電壓隨時間的變化。實驗中使用的器材為:電池E

6、(內(nèi)阻很小)、開關S1和S2、電容器C(約100 F)、電阻R1(約200 k)、電阻R2(1 k)、電壓表 (量程6 V)、停表、導線若干。(1)按圖(a)所示的電路原理圖將圖(b)中實物圖連線。-10-命題點一命題點二充放電過程中電流和電壓的變化規(guī)律理解-11-命題點一命題點二-11-命題點一命題點二-12-命題點一命題點二(2)先閉合開關S2,再斷開開關S2;閉合開關S1,同時按下停表開始計時。若某時刻電壓表的示數(shù)如圖(c)所示,電壓表的讀數(shù)為 V(保留2位小數(shù))。-12-命題點一命題點二(2)先閉合開關S2,再斷開開關S2-13-命題點一命題點二(3)該同學每隔10 s記錄一次電壓表的

7、讀數(shù)U,記錄的數(shù)據(jù)如下表所示。在給出的坐標紙上繪出U-t圖線。已知只有一個數(shù)據(jù)點誤差較大,該數(shù)據(jù)點對應的表中的時間是 s。-13-命題點一命題點二(3)該同學每隔10 s記錄一次電壓-14-命題點一命題點二(4)電路中C、R2和S2構成的回路的作用是。 -14-命題點一命題點二(4)電路中C、R2和S2構成的回路-15-命題點一命題點二答案 (1)如圖所示(2)3.60(3)40.0(4)使充電的電容器很快放電,以便多次測量-15-命題點一命題點二答案 (1)如圖所示-16-命題點一命題點二解析 (1)實物連線見答案(2)電壓表每小格代表0.1 V,且讀數(shù)要求保留兩位小數(shù),其讀數(shù)為3.60 V

8、(3)繪出U-t圖線,偏離圖線最遠的點誤差最大,由此確定t=40.0 s時對應數(shù)據(jù)誤差最大。-16-命題點一命題點二解析 (1)實物連線見答案-17-命題點一命題點二(4)測量電容器充電時兩極板間的電壓隨時間的變化,必須保證開始(t=0)時,電容器不帶電。電路中C、R2和S2構成回路的作用就是在實驗開始前,通過閉合S2,使電容器放電,特別是當實驗需要重復多次時,在重復實驗前必須先對電容器放電。-17-命題點一命題點二(4)測量電容器充電時兩極板間的電壓-18-1.常用的電容器,從構造上看,可以分為固定電容器和可變電容器兩類。如圖甲、乙為兩種電容器的實物圖片,根據(jù)圖中的相關信息,下列判斷中正確的

9、是()A.圖中甲為可變電容器,它是通過改變極板間的距離來改變電容器的電容的B.在不改變其他條件下,將甲電容器浸入煤油中,其電容不發(fā)生變化C.根據(jù)圖乙中電容器外殼上標的數(shù)據(jù)可知,電壓等于5.5 V 時乙電容器就會被擊穿D.根據(jù)圖乙中電容器外殼上標的數(shù)據(jù)可知,乙電容器接5.5 V電壓時,儲存的電荷量為5.5 C 答案解析解析關閉圖甲中可變電容器是通過改變極板的正對面積來改變電容的,將甲電容器浸入煤油中,兩極板間的介質(zhì)改變,介電常數(shù)改變,即電容發(fā)生改變,AB錯誤;電容器的擊穿電壓一定會大于額定電壓,電容器外殼上標的電壓是工作電壓,即圖乙中標識的“5.5 V”為額定電壓,根據(jù)公式可得Q=CU=1.05

10、.5 C=5.5 C,C錯誤,D正確。 答案解析關閉D-18-1.常用的電容器,從構造上看,可以分為固定電容器和可-19-2.用下列器材測量電容器的電容:一塊多用電表,一臺直流穩(wěn)壓電源,一個待測電容器(額定電壓16 V),定值電阻R1=100 ,定值電阻R2=150 ,電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機,單刀雙擲開關S,導線若干。實驗過程如下:-19-2.用下列器材測量電容器的電容:一塊多用電表,一臺直-20-請完成下列問題:(1)第1次實驗中,電阻R1兩端的最大電壓U= V。利用計算機軟件測得i-t曲線和兩坐標軸所圍的面積為90 mAs,已知電容器放電時其內(nèi)阻可以忽略不計,則電容器的電容為C=F

11、。-20-請完成下列問題:-21-(2)第2次實驗中,電流隨時間變化的i-t曲線應該是圖丙中的虛線(選填“b”“c”或“d”),判斷依據(jù)是。-21-(2)第2次實驗中,電流隨時間變化的i-t曲線應該是-22-答案 (1)910.010-3(2)c兩次放電電荷量相等,圖形與t軸圍成的面積相等,另由于R2R1,開關擲向2瞬間放電電流較小解析 (1)由題圖知,最大電流為Im=90 mA=0.09 A,因此最大電壓為Um=ImR1=9 V;曲線下圍的面積表示電容器的帶電荷量Q=90 mAs,根據(jù)電容器的定義式可得C=10.010-3 F。(2)根據(jù) ,因第2次實驗的最大放電電流小些,而曲線下圍的面積相

12、等,因此不是b。故電流隨時間變化的曲線應該是虛線c。-22-答案 (1)910.010-3-23-3.如圖是用高電阻放電法測電容的實驗電路圖。其原理是測出電容器在充電電壓為U時所帶的電荷量Q,從而求出其電容C。該實驗的操作步驟如下:(1)按電路圖接好實驗電路;(2)接通開關S,調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值,使微安表的指針接近滿刻度。記下這時的電壓表讀數(shù)U0=6.2 V和微安表讀數(shù)I0=490 A;(3)斷開開關S并同時開始計時,每隔5 s或10 s讀一次微安表的讀數(shù)i,將讀數(shù)記錄在預先設計的表格中;-23-3.如圖是用高電阻放電法測電容的實驗電路圖。其原理是-24-(4)根據(jù)表格中的12組數(shù)據(jù),以t為橫坐標,i為縱坐標,在坐標紙上描點(圖中用“”表示)。根據(jù)以上實驗結果和圖象,可以估算出當電容器兩端電壓為U0時該電容器所帶的電荷量Q0約為 C,從而算出該電容器的電容約為