觀察電容器充、放電現(xiàn)象(課件)高中物理實驗

《高中物理實驗》觀察電容器充、放電現(xiàn)象目錄01020304實驗儀器及步驟數(shù)據(jù)分析及處理誤差分析及討論實驗目的及原理05實驗的典型例題目錄CONTENTSPART01實驗目的及原理實驗目的通過實驗觀察電容器的充、放電現(xiàn)象觀察電容器在充電和放電過程中,兩極板間電壓和電路中電流的變化特點判斷電容器在充電和放電過程中，兩極板儲存電荷量的變化，會分析電容器充放電過程中能量的轉(zhuǎn)化知道電壓表、電流表讀數(shù)的方法和有效數(shù)字的讀取，會設計實驗數(shù)據(jù)記錄表記錄放電電流隨時間的變化，會用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)實驗原理充電過程：兩極板的電荷量增加極板間的電場強度增大電源的能量不斷儲存在電容器中VAS12--++++---放電過程：兩極板的電荷量減小極板間的電場強度減弱電容器中儲存能量釋放，通過電流做功轉(zhuǎn)化為電路中其他形式能量VAS12-++++----實驗原理電容器充放電過程中所帶電荷量的測量：電容器在充、放電時，由于電流大小隨時間變化，可把橫坐標t分成許多很小的時間間隔Δt1、Δt2、……Δtn，在這些小區(qū)間里可以認為電容器充、放電的電流不變，即I1、I2、……In，電容器所帶電荷量為Q=I1Δt1+I2Δt2+……+InΔtn。此數(shù)值等于電容器充、放電I-t圖線與坐標軸所包圍的面積。估算電荷量時，可采用面積估算法，先數(shù)出I-t圖像在坐標紙上圖形所占有的格數(shù)（不到半格的舍去，超過半格的按一格算），然后用格子數(shù)乘以一格所代表的電荷量，即最終電容器所帶的電荷量。PART02實驗儀器及步驟實驗儀器學生電源、電阻箱、電容器（幾千微法以上）、電流表（靈敏電流表）、電壓表以及單刀雙擲開關、導線若干、計時器等。實驗步驟1.檢查電表的指針是否在“0”刻度線，若不是，應先進行機械調(diào)零。2.選擇合適的電表量程，按照如圖所示連接到電路實物元件，電阻箱調(diào)到適當?shù)淖柚担◣浊W姆）。3.將開關撥到1，觀察電流表指針偏轉(zhuǎn)的方向以及電流表、電壓表示數(shù)的變化，記錄各個數(shù)據(jù)VGS12-4.將開關撥到2，觀察電流表指針偏轉(zhuǎn)的方向以及電流表、電壓表示數(shù)的變化，記錄各個數(shù)據(jù)觀察電容器充、放電過程中電流、電壓變化及分析能量變化實驗步驟5.將開關撥到1，待電容器充滿電后，將開關撥到2，觀察電流表隨時間的變化，每隔5s讀出電流表的示數(shù)并記錄數(shù)據(jù)。VGS12-探究電容器充、放電過程各種電荷量的變化6.改變電阻箱的阻值，重復步驟5進行實驗，記錄數(shù)據(jù)。7.改變電源的輸出電壓，重復步驟5進行實驗，記錄數(shù)據(jù)。8.斷開開關，拆除線路，整理器材。注意事項電流表要選用小量程的靈敏電流表。要選擇電容大的電容器。實驗過程中要在干燥的環(huán)境中進行。放電實驗時，在電路中串聯(lián)一個電阻，避免燒壞電流表。PART03數(shù)據(jù)分析及處理數(shù)據(jù)處理及分析【數(shù)據(jù)記錄】電容器充、放電過程中電流、電壓等變化開關位置電流方向電流變化電壓方向電容器的電荷量能量轉(zhuǎn)化12【實驗結(jié)論】1、電容器在充電過程中：電流從電源的_____極流出，充電電流逐漸變______，電容器兩端的電壓逐漸變_______，表明電容器所帶的電荷量在逐漸變______，______的能量不斷地儲存在電容器中。2、電容器在放電過程中：電流從電容器的_____極板流出，放電電流逐漸變______，電容器兩端的電壓逐漸變_______，表明電容器所帶的電荷量在逐漸變______，______把儲存的能量通過電流做功轉(zhuǎn)化為電路中的_______。數(shù)據(jù)處理及分析【數(shù)據(jù)記錄】電容器放電過程中電流、時間實驗數(shù)據(jù)記錄序號12345678910第1次I/mAt/s第2次I/mAt/s第3次I/mAt/s數(shù)據(jù)處理及分析【數(shù)據(jù)處理】

根據(jù)電容器放電過程中電流、時間實驗數(shù)據(jù)繪制I-t圖數(shù)據(jù)處理及分析【實驗結(jié)論】根據(jù)電容器放電過程中電流、時間實驗數(shù)據(jù)繪制I-t圖分析可得1.在充電電壓相同的情況下，改變電路中電阻箱的阻值，兩次電容器放電釋放的電荷量在誤差允許范圍內(nèi)___________，這表明：電容器儲存的電荷量與放電電路中的電阻大小___________。2.改變充電電壓，兩次電容器放電釋放的電荷量__________，這表明：電容器儲存的電荷量與_______有關。PART04誤差分析及討論問題討論及誤差分析誤差分析：本實驗中產(chǎn)生的誤差的主要因素有哪些？①電壓表讀數(shù)及電流表不夠靈敏造成的偶然誤差②充放電時間較短、現(xiàn)象記錄不夠準確出現(xiàn)的偶然誤差③電容器電容較小、電源不穩(wěn)定造成的系統(tǒng)誤差問題1：為什么充電電壓越大，電容器放電時釋放的電荷量越大？充電電壓越大，電容器充電時儲存的電荷量越多，放電時釋放的電荷量也越大。電壓與電荷量的比值，即電容不變。問題討論及誤差分析問題2：電壓相同的情況下，改變電路中電阻箱的阻值，電容器放電時釋放的電荷量為何相等？放電電流的大小變化是否相同？

在充電電壓相同的情況下，兩次電容器充電時儲存的電荷量相等，根據(jù)電荷守恒定律，無論電路中的總電阻如何變化，電容器完全放電釋放的總電荷量是不變的。

根據(jù)歐姆定律，電路中電阻阻值越大，電路中的放電電流就越小，由Q=It可知放電時間也就越長。在I-t圖像中圖線的面積一定即表示電荷量相等，電流變化快慢不一樣。擴展：用傳感器觀察電容器的放電過程

電流傳感器可以像電流表一樣測量電流，不同的是，它的反應非常快，可以捕捉到瞬間的電流變化。通過與計算機相連，可以直觀顯示出電流隨時間變化的I-t圖像。

按照如圖連接電路，電源用直流8V左右，電容器可選幾十微法的電解電容器。先使開關S與1端相連，電源向電容器充電，這個過程可在短時間內(nèi)完成。

然后把開關S擲向2端，電容器通過電阻R放電，傳感器將電流信息傳入計算機，屏幕上顯示出電流隨時間變化的I-t圖像。擴展：用傳感器觀察電容器的放電過程議一議：在圖中畫一個豎立的狹長矩形，它的面積的物理意義是什么？怎樣根據(jù)I-t圖像估算電容器在全部放電過程中釋放的電荷量？如果要測繪充電時的I-t圖像，應該怎樣連接電路？怎樣進行測量？得到的I-t圖像可能是什么形狀的？PART05實驗的典型例題“探究電容器充放電”的實驗裝置示意圖如圖所示，已知靈敏電流計0刻度在表盤中央位置，經(jīng)判斷：當電流從左接線柱流入時指針左偏；電流從右接線柱流入時指針右偏。請根據(jù)所學知識回答下列問題：(1)電容器充電結(jié)束后，將開關S扳到b放電的過程中，靈敏電流計指針會______偏(填“左”或“右”)。(2)