實驗01　實驗：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象（原卷版）-【同步實驗課】2023-2024高中物理實驗大盤點

學而優(yōu)教有方實驗01觀察電容器的充、放電現(xiàn)象觀察電容器的充、放電現(xiàn)象觀察電容器的充、放電現(xiàn)象1．【實驗原理】通過觀察連接在回路中的電流表和電壓表示數(shù)變化，得出電容器充、放電過程的特點。2．【實驗器材】直流電源、導線、單刀雙擲開關、電容器、定值電阻、電流表(電流傳感器)、電壓表(電壓傳感器)。3．【實驗步驟】(1)按圖連接好電路．(2)把單刀雙擲開關S打在上面，使觸點1與觸點2連通，觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結果記錄在表格中．(3)將單刀雙擲開關S打在下面，使觸點3與觸點2連通，觀察電容器的放電現(xiàn)象，并將結果記錄在表格中．(4)記錄好實驗結果，關閉電源．4．【數(shù)據(jù)處理】實驗項目實驗現(xiàn)象電容器充電燈泡L亮度由明到暗最后熄滅電流表A1讀數(shù)由大到小最后為零電壓表V讀數(shù)由小到大最后為6V電容器放電燈泡L亮度由明到暗最后熄滅電流表A2讀數(shù)由大到小最后為零電壓表V讀數(shù)由大到小最后為零5．【注意事項】(1)連接電路時注意電流表和電壓表的正、負極和量程。(2)對電解電容器也要注意正、負極。(3)要選擇電容較大的電容器。(4)實驗過程要在干燥的環(huán)境中進行。處理實驗數(shù)據(jù)的方法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。創(chuàng)新角度：實驗裝置的改進、利用各種圖像【典例1】電容器是一種重要的電學元件，在電工、電子技術中應用廣泛．使用圖甲所示電路觀察電容器的充、放電過程．電路中的電流傳感器與計算機相連，可以顯示電路中電流隨時間的變化關系．圖甲中直流電源電動勢E＝8V，實驗前電容器不帶電．先使S與“1”端相連給電容器充電，充電結束后，使S與“2”端相連，直至放電完畢．計算機記錄的電流隨時間變化的i－t曲線如圖乙所示．(1)乙圖中陰影部分的面積S1________S2；(選填“>”“<”或“＝”)(2)計算機測得S1＝1203mA·s，則該電容器的電容為________F；(保留兩位有效數(shù)字)(3)由甲、乙兩圖可判斷阻值R1________R2.(選填“>”“<”或“＝”)創(chuàng)新點分析創(chuàng)新點分析充放電過程放在一個圖像研究?！镜淅?】電容器作為儲能器件，在生產(chǎn)生活中有廣泛的應用。對給定電容值為C的電容器充電，無論采用何種充電方式，其兩極間的電勢差u隨電荷量q的變化圖像都相同。(1)請在圖1中畫出上述u-q圖像。類比直線運動中由v-t圖像求位移的方法，求兩極間電壓為U時電容器所儲存的電能Ep。(2)在如圖2所示的充電電路中，R表示電阻，E表示電源(忽略內(nèi)阻)。通過改變電路中元件的參數(shù)對同一電容器進行兩次充電，對應的q-t曲線如圖3中①②所示。a．①②兩條曲線不同是________(選填“E”或“R”)的改變造成的；b．電容器有時需要快速充電，有時需要均勻充電。依據(jù)a中的結論，說明實現(xiàn)這兩種充電方式的途徑。(3)設想使用理想的“恒流源”替換(2)中電源對電容器充電，可實現(xiàn)電容器電荷量隨時間均勻增加。請思考使用“恒流源”和(2)中電源對電容器的充電過程，填寫下表(選填“增大”“減小”或“不變”)?！昂懔髟础?2)中電源電源兩端電壓通過電源的電流創(chuàng)新點分析創(chuàng)新點分析利用圖像求電容器儲存的電能?！镜淅?】在測定電容器電容的實驗中，將電容器、電壓傳感器、阻值為3kΩ的電阻R、電源、單刀雙擲開關按圖甲所示電路圖進行連接。先使開關S與1端相連，電源向電容器充電，充電完畢后把開關S擲向2端，電容器放電，直至放電完畢。實驗得到的與電壓傳感器相連接的計算機所記錄的電壓隨時間變化的u-t曲線，如圖乙所示，圖丙為由計算機對圖乙進行數(shù)據(jù)處理后記錄的“峰值”及曲線與時間軸所圍“面積”。(1)根據(jù)圖甲所示的電路，觀察圖乙可知：充電電流與放電電流方向________(選填“相同”或“相反”)，大小都隨時間________(選填“增大”或“減小”)。(2)該電容器的電容值為________F。(結果保留兩位有效數(shù)字)(3)某同學認為：仍利用上述裝置，將電壓傳感器從電阻兩端改接在電容器的兩端，也可以測出電容器的電容值。請你分析并說明該同學的說法是否正確。創(chuàng)新點分析創(chuàng)新點分析利用u-t圖像。【典例2】隨著傳感器技術的不斷進步，傳感器在中學實驗室逐漸普及．某同學用電流傳感器和電壓傳感器做“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗，電路如圖甲所示．(1)先使開關K與1端相連，電源對電容器充電，這個過程很快完成，充滿電的電容器上極板帶________電；(2)然后把開關K擲向2端，電容器通過電阻R放電，傳感器將電流、電壓信息傳入計算機，經(jīng)處理后得到電流和電壓隨時間變化的I－t、U－t曲線，如圖乙所示；(3)由圖乙可知，電容器充滿電的電荷量為________C，電容器的電容為________F；(保留兩位有效數(shù)字)(4)若將電路中的電阻換成一阻值更大的電阻，把開關K擲向2端電容器放電，請在圖乙的左圖中定性地畫出I－t曲線．創(chuàng)新點分析創(chuàng)新點分析結合u-t圖像。1．如圖甲所示是一種觀察電容器充、放電的實驗電路圖，實驗是通過對高阻值電阻放電的方法，測出電容器充電至電壓U時所帶電量Q，從而再求出電容器的電容C。某同學在一次實驗時的情況如下：接通開關S，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使小量程電流表的指針偏轉(zhuǎn)接近滿刻度，記下此時電流表的示數(shù)是I0＝490μA，電壓表的示數(shù)U0＝6.0V，I0、U0分別是電容器放電時的初始電壓和電流。斷開開關S，同時開始計時，每隔5s測讀一次電流I的值，將測得數(shù)據(jù)填入表格，并標在圖乙坐標紙上(時間t為橫坐標、電流i為縱坐標)，結果如圖中小黑點“·”所示。(1)在圖乙中畫出i－t圖線，圖線與坐標軸所圍成面積的物理意義是________________________________；(2)該電容器電容為________F(結果保留2位有效數(shù)字)；(3)若某同學實驗時把電壓表接在F、D兩端，則電容的測量值比它的真實值________(填“大”“小”或“相等”)。2．電荷的定向移動形成電流，電流表示單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量，即I＝eq\f(q,t)。電流傳感器可以像電流表一樣測量電流，并且可以和計算機相連，畫出電流與時間的變化圖像。圖甲是用電流傳感器觀察充、放電過程的實驗電路圖，圖中電源的電壓為6V。先使開關S與1接通，待充電完成后，再使開關S與2接通，電容器通過電阻放電，電流傳感器將電流信息傳入計算機，顯示出電流隨時間變化的i－t圖像，如圖乙所示。(1)下列說法正確的是________。A.電容器充電的過程中，負電荷由電源的正極移動到電容器的正極板B.電容器充電的過程中，電路中的電流不斷增大C.電容器放電的過程中，電容器兩極板間的場強不斷變小D.電容器放電的過程中，電容器把儲存的電能轉(zhuǎn)化為電路中其他形式的能量(2)根據(jù)乙圖中圖線計算得出電容器放電前所帶的電荷量為________(結果保留2位有效數(shù)字)。3．如圖為研究電容器充、放電現(xiàn)象的實驗電路圖，開始電容器不帶電。實驗開始時，首先將開關S合向1，這時觀察到靈敏電流計G有短暫的示數(shù)，這說明電路中有電流流過，這個過程叫作________，經(jīng)過這一過程，電容器的兩極板就會帶上等量的異號電荷，其上極板帶________電荷(選填“正”或“負”)，電路穩(wěn)定后靈敏電流計G的示數(shù)為零。當把開關S由1合向2時，有________(選填“自左向右”或“自右向左”)流過靈敏電流計G的短暫電流，這個過程叫________________________________________________________________________。4．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(內(nèi)阻很小)、開關S1和S2、電容器C(約100μF)、電阻R1(約200kΩ)、電阻R2(1kΩ)、電壓表V(量程6V)、停表、導線若干。(1)按圖(a)所示的電路原理圖將圖(b)中實物圖連接起來。(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))。(3)該同學每隔10s記錄一次電壓表的讀數(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)點對應的時間是________s。時間t/s10.020.030.040.050.060.0電壓U/V2.143.454.234.515.005.18(4)電路中C、R2和S2構成的回路的作用是____________________________________________________________________________________________________________。1.(2019·北京高考)電容器作為儲能器件，在生產(chǎn)生活中有廣泛的應用。對給定電容值為C的電容器充電，無論采用何種充電方式，其兩極間的電勢差u隨電荷量q的變化圖像都相同。(1)請在圖1中畫出上述u-q圖像。類比直線運動中由v-t圖像求位移的方法，求兩極間電壓為U時電容器所儲存的電能Ep。(2)在如圖2所示的充電電路中，R表示電阻，E表示電源(忽略內(nèi)阻)。通過改變電路中元件的參數(shù)對同一電容器進行兩次充電，對應的q-t曲線如圖3中①②所示。a．①②兩條曲線不同是________(選填“E”或“R”)的改變造成的；b．電容器有時需要快速充電，有時需要均勻充電。依據(jù)a中的結論，說明實現(xiàn)這兩種充電方式的途徑。(3)設想使用理想的“恒流源”替換(2)中電源對電容器充電，可實現(xiàn)電容器電荷量隨時間均勻增加。請思考使用“恒流源”和(2)中電源對電容器的充電過程，填寫下表(選填“增大”“減小”或“不變”)?！昂懔髟础?2)中電源電源兩端電壓通過電源的電流2.(2022·北京卷·9)利用如圖所示電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，其中E為電源，R為定值電阻，C為電容器，A為電流表，V為電壓表．下列說法正確的是()A．充電過程中，電流表的示數(shù)逐漸增大后趨于穩(wěn)定B．充電過程中，電壓表的示數(shù)迅速增大后趨于穩(wěn)定C．放電過程中，電流表的示數(shù)均