新教材適用2024-2025學年高中物理第10章靜電場中的能量4.電容器的電容第2課時實驗：觀察電容器的充放電學案新人教版必修第三冊

第2課時試驗：視察電容器的充、放電課程標準1．會正確連接電路，仔細視察電容器的充、放電過程。2．知道電容器的充、放電現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)換。素養(yǎng)目標科學思維了解電容器充、放電現(xiàn)象及能量轉(zhuǎn)化科學看法與責任會正確連接電路，仔細視察電容器的充、放電過程1．試驗原理(1)電容器的充電過程如圖甲所示，當開關S接1時，電容器接通電源，在電場力的作用下自由電子從正極板經(jīng)過電源向負極板移動，正極板因_失去__電子帶_正__電，負極板因_獲得__電子而帶_負__電。正、負極板帶_等量__的正、負電荷。電荷在移動的過程中形成電流。在充電起先時電流比較_大__(填“大”或“小”)，以后隨著極板上電荷的增多，電流漸漸_減小__(填“增大”或“減小”)，當電容器兩極板間電壓等于電源電壓時電荷停止定向移動，電流I＝0。甲乙丙(2)電容器的放電過程如圖乙所示，當開關S接2時，將電容器的兩極板干脆用導線連接起來，電容器正、負極板上電荷發(fā)生_中和__。在電子定向移動過程中，形成電流，放電起先電流較_大__(填“大”或“小”)，隨著兩極板上的電荷量漸漸減小，電路中的電流漸漸_減小__(填“增大”或“減小”)，兩極板間的電壓也漸漸減小到零。試驗器材：6V的直流電源、單刀雙擲開關、平行板電容器、電流表、電壓表、小燈泡。2．試驗步驟(1)按圖丙連接好電路。(2)把單刀雙擲開關S打在上面，使觸點1和觸點2連通，視察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。(3)將單刀雙擲開關S打在下面，使觸點3和觸點2連通，視察電容器的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。(4)記錄好試驗結(jié)果，關閉電源。試驗記錄和分析：試驗項目試驗現(xiàn)象電容器充電燈泡燈泡的亮度由_明__到_暗__最終_熄滅__(選填“明”“暗”或“熄滅”)電流表1電流表1的讀數(shù)由_大__到_小__最終為_零__(選填“大”“小”或“零”)電壓表電壓表的讀數(shù)由_小__(選填“大”或“小”)到_大__(選填“大”或“小”)最終為_6_V__電容器放電燈泡燈泡的亮度由_明__到_暗__最終_熄滅__(選填“明”“暗”或“熄滅”)電流表2電流表2的讀數(shù)由_大__到_小__最終為_零__(選填“大”“小”或“零”)電壓表電壓表的讀數(shù)由_大__(選填“大”或“小”)到_小__(選填“大”或“小”)最終為_零__3.留意事項(1)電流表要選用小量程的靈敏電流計。(2)要選擇大容量的電容器。(3)試驗要在干燥的環(huán)境中進行。(4)在做放電試驗時，在電路中串聯(lián)一個電阻，以免燒壞電流表。探究電容器充、放電現(xiàn)象的定性分析典例剖析典題1如圖所示為電容器、電源、小燈泡等元件連成的電路，電源電壓恒為4V，電容為100μF，下列說法正確的是(B)A．閉合開關前，電容器電容為0B．閉合開關，該電容器最多儲存的電荷量為4×10－4CC．閉合開關，電流表中有持續(xù)電流D．斷開開關，電容器放電解析：電容的大小由電容器本身確定，與是否接入電路無關，故A項錯誤；閉合開關后，電容器的電壓最高為4V，電容器的電容為100μF，該電容器最多儲存的電荷量Q＝CU＝100×10－6×4C＝4×10－4C，故B項正確；電容器的電壓達到4V后充電停止，電容器相當于斷路，電流表中沒有電流，故C項錯誤；斷開開關，由于無法形成回路，電容器無法放電，故D項錯誤。對點訓練?(2024·江蘇鹽城高二學業(yè)考試)如圖所示，開關S由1改接2后，電容器的(C)A．電容為零 B．電容變大C．存儲電能削減 D．電荷量可能不變解析：開關S接1時，電源對電容器充電，開關S由1改接2后，電容器放電，存儲電能削減，極板電荷量削減，C正確，D錯誤；電容器的電容由內(nèi)部結(jié)構(gòu)確定，與充、放電過程無關，電容不為零且保持不變，A、B錯誤。探究電容器充、放電現(xiàn)象的定量計算典例剖析典題2某同學利用電流傳感器探討電容器的放電過程，他按如圖甲所示連接電路。先使開關S接1，電容器很快充電完畢。然后將開關擲向2，電容器通過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改變的I－t曲線如圖乙所示。他進一步探討滑動變阻器的阻值大小對曲線的影響。先斷開S，將滑片P向右移動一段距離，再重復以上充、放電操作，又得到一條I－t曲線。關于這條曲線，下列推斷正確的是(D)A．曲線與坐標軸所圍面積將增大B．曲線與坐標軸所圍面積將減小C．曲線與縱軸交點的位置將向上移動，放電時間變短D．曲線與縱軸交點的位置將向下移動，放電時間變長解析：因為I－t圖線與坐標軸所圍成的面積表示電容器放電的電荷量，而電容器的帶電量Q＝CU，沒有改變，所以曲線與坐標軸所圍面積不變，故A、B錯誤；將滑片P向右移動時，變阻器接入電路的電阻增大，由閉合電路的歐姆定律可知，將開關擲向2時電容器起先放電時的電流減小，則曲線與縱軸交點的位置將向下移動，且電荷量不變，即曲線與坐標軸所圍面積不變，故放電時間會變長，故C錯誤，D正確。對點訓練?(多選)某同學用如圖甲所示的電路視察電容器的放電過程，電源電壓為12V，開關S接1時為電容器充電，待電容器完全充溢電再將開關S接2，利用電流傳感器記錄電容器放電過程，得到該電容器放電過程的I－t圖像如圖乙所示，下列說法正確的是(BD)A．充電時，電源每搬運相同的電荷量到電容器極板做功都相同B．放電時，電容器和電阻R兩端電壓均減小C．電容器的電容約為280μFD．電容器的電容約為140μF解析：電源搬運電荷到電容器極板做功為W＝q(U′－U)，充電時，電源電壓U′不變，電容器兩端電壓U增大，則電源每搬運相同的電荷量q到電容器極板做功W減小，故A項錯誤；放電時，由Q＝CU，可知電容器兩端電壓漸漸減小，由題圖乙可知放電電流漸漸減小，則依據(jù)UR＝IR可知，電阻R兩端電壓UR減小，故B項正確；因為電荷量Q＝It，依據(jù)I－t圖像的含義可知圖像與時間軸所圍的面積表示整個放電過程中釋放的電荷量，依據(jù)橫軸與縱軸的數(shù)據(jù)可知一個格子的電荷量為q1＝0.2×0.2×10－3C＝4×10－5C，所以釋放的電荷量約為Q＝nq1＝43×4×10－5C＝1.72×10－3C，電容器的電容約為C＝eq\f(Q,U′)＝eq\f(1.72×10－3,12)F＝1.43×10－4F＝143μF，故C項錯誤，D項正確。1．如圖所示試驗中，關于平行板電容器的充、放電，下列說法正確的是(A)A．開關接1時，平行板電容器充電，且上極板帶正電B．開關接1時，平行板電容器充電，且上極板帶負電C．開關接2時，平行板電容器充電，且上極板帶正電D．開關接2時，平行板電容器充電，且上極板帶負電解析：開關接1時，平行板電容器充電，上極板與電源正極相連而帶正電，A對，B錯；開關接2時，平行板電容器放電，放電結(jié)束后上、下極板均不帶電，C、D錯。2．(多選)(2024·四川內(nèi)江高二上月考)如圖是一個由電池、電阻R、開關S與平行板電容器組成的串聯(lián)電路，開關S閉合。一帶電液滴懸浮在兩板間P點不動，下列說法正確的是(AD)A．帶電液滴帶負電B．增大兩極板距離的過程中，帶電液滴將向上加速運動C．在靠近B板處插入云母片，電阻R中將有從a到b的電流D．若斷開S，減小兩極板間距離的過程中，帶電液滴仍舊懸浮不動解析：電容器的上極板和電源的正極相連，下極板和電源的負極相連，電容器中電場方向豎直向下，一帶電液滴懸浮在兩板間P點不動，所受重力和電場力平衡，重力方向豎直向下，則電場力方向豎直向上，與電場方向相反，則液滴帶負電，故A正確；電容器和電源相連，電容器極板間電壓不變，增大極板間的距離，依據(jù)勻強電場場強公式E＝eq\f(U,d)，可知電場強度減小，液滴受到的電場力減小，合力豎直向下，帶電液滴將向下加速運動，故B錯誤；在靠近B板處插入云母片，依據(jù)平行板電容器電容確定式C＝eq\f(εrS,4πkd)，可知電容器電容C增大，依據(jù)電容定義式C＝eq\f(Q,U)，可知極板帶電量Q增加，電容器充電，電阻R中將有從b到a的電流，故C錯誤；斷開S后，電容器帶電量保持不變，依據(jù)上述公式可得E＝eq\f(4πkQ,εrS)，減小兩極板間距離的過程中，電場強度不變，液滴受到的電場力不變，帶電液滴仍舊懸浮不動，故D正確。3.(2024·豫南九校高三上聯(lián)考)運用如圖所示的電路視察電容器C的充、放電過程，若開關先接1再接2，則通過電流傳感器的電流i、電容器左極板所帶電荷量q、電容器兩極板間場強E、電容器兩極板間某點處電勢φ分別隨時間t改變的關系中可能正確的是(C)解析：開關接1時電容器充電，電流漸漸減小，左極板電荷量漸漸增大，兩極板間場強E＝eq\f(U,d)＝eq\f(q,Cd)，電容器兩極板間的場強漸漸增大；電容器左極板接地，電勢為0且比右極板電勢高，則極板間電勢為負值，距左極板x處電勢φ＝－Ex，漸漸降低。開關接2時電容器放電，電流反向，漸漸減小，故A錯誤；左極板電荷量漸漸減小，但電性不變，故B錯誤；電場強度與電荷量的改變趨勢相同，也減小，故C正確；兩極板間某點處電勢為負值，故D錯誤。4．(多選)(2024·福建三明高二期末)如圖甲為探究一電容器充電特性的電路。兩次試驗中電容器的電荷量q隨時間t改變圖像如乙圖中①②所示，第一次充電時電容器兩端電壓U與電荷量q改變圖像如圖丙所示。不計電源內(nèi)阻，則(BD)A．其次次充電時，電容器U－q圖像斜率比丙圖大B．第一次充電過程中t1時刻比t2時刻電流大C．①②兩條曲線形態(tài)不同是由于E不同引起的D．①②兩條曲線形態(tài)不同是由于R不同引起的解析：因為兩次充電用同一個電容器，所以由電容的定義式C＝eq\f(q,U)可知，同一個電容器所帶電荷量與兩板間的電勢差成正比，故其次次充電時電容器兩端的電壓U隨電荷量q改變的圖線斜率與丙圖中圖線斜率相同，故A錯誤；依據(jù)I＝eq\f(Δq,Δt)可知，電流等于q－t圖像的斜率，所以第一次充電時t1時刻的電流大于t2時刻的電流，故B正確；依據(jù)q＝CU，①②兩次充電穩(wěn)定后的電荷量q相同，則U相同，表明電源電壓相同，則這兩次充電的電源相同，第①次的斜率大，表示充電的電流大，電阻的阻值小，所以①②兩條曲線不同是R的不同造成的，故C錯誤，D正確。故選BD。5．(2024·北京一模)在如圖裝置中，將開關S撥至1可以給電容器充電，撥至2可以讓電容器放電，通過電壓表、電流表的示數(shù)，可以視察電容器充、放電過程中電壓和電流的改變狀況。則下列說法中正確的是(B)A．充電過程中，電壓表、電流表示數(shù)漸漸增大B．放電過程中，電壓表、電流表示數(shù)漸漸減小C．充電過程中，電容器電容漸漸增大D．放電過程中，電流減小的越來越快解析：電容器充電過程中，電流表的示數(shù)漸漸減小，電壓表測量的是電容器兩端的電壓，示數(shù)漸漸增大，故A錯誤；電容器放電過程中，電容器帶電荷量漸漸減小，依據(jù)C＝eq\f(Q,U)，電容器兩端的電壓漸漸減小，流過電阻的電流漸漸減小，故B正確；電容器電容由電容器本身確定，不會隨充電過程發(fā)生改變，故C錯誤；放電過程中，電流減小的越來越慢，D錯誤。6．(2024·江蘇揚州中學高三階段測試)如圖所示的電路可將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，該電路中右側(cè)金屬板b固定不動，鍍有金屬層的振動膜a能在聲波驅(qū)動下沿水平方向振動，若聲源S沿水平方向做有規(guī)律的振動，則(A)A．a(chǎn)振動過程中，靈敏電流計中有大小和方向改變的電流B．a(chǎn)振動過程中，ab板所帶電荷量不變C．a(chǎn)振動過程中，ab板間的電場強度不變D．a(chǎn)向右的位移最大時，ab兩板所構(gòu)成的電容器的電容最小解析：a振動過程中，a