教科版 (2019)必修 第三册电容器电容第1课时导学案

这是一份教科版 (2019)必修 第三册电容器电容第1课时导学案，共4页。学案主要包含了实验器材，实验步骤，注意事项等内容，欢迎下载使用。
一、实验器材
6 V的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、灵敏电流表、电阻、导线若干。
二、实验步骤
1.按图连接好电路。
观察电容器的充放电现象
把开关S扳到1，观察电容器充电时的电流方向及电流变化情况。
2.把开关S扳到2，观察电容器放电时的电流方向及电流变化情况。
3.可以把电路中的灵敏电流表换成一个电流传感器，并与计算机连接。运行相关程序，重复上面的实验步骤，可在计算机显示屏上观察到电容器充电和放电过程中电流随时间变化的图像。
三、注意事项
1.电流表要选用零刻度线位于刻度盘中间的灵敏电流表。
2.要选择大容量的电容器。
3.实验要在干燥的环境中进行。
4.在做放电实验时，在电路中串联一个电阻(或小灯泡)，以免烧坏电流表。
探究一 对电容器充、放电现象的理解
例1 (教科版必修第三册P48图1－8－6改编)利用如图所示电路做“观察电容器的充、放电现象”实验。实验开始时，先将S拨到1，稳定后再将S拨到2。下列说法正确的是( )
A.S接1时，电流表的指针从零位置逐渐偏转到最大角度并保持不变
B.S接1时，电压表的指针最初偏转一个最大的角度，然后逐渐回到零位置
C.S接2时，小灯泡由暗逐渐变亮
D.S接2时，电流表的指针最初偏转一个最大的角度，然后逐渐回到零位置
训练1 某同学用图甲所示的电路探究电容器的充、放电规律，R是高阻值电阻。先让开关S与1端相连，然后把开关S掷向2端。与电流传感器相连接的计算机，记录了这一过程中电流随时间变化的I－t曲线如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.S接在1端时，电容器处于放电过程
B.在形成电流曲线1的过程中，电容器两极板间电压增大
C.在形成电流曲线2的过程中，电容器的电容减小
D.在形成电流曲线2的过程中，电容器两极板间电压增大
探究二 电容器充、放电现象的有关计算
例2 (2024·四川成都高二期中)小明同学想根据学习的知识，估测一个电容器的电容。他从实验室找到8 V的稳压直流电源、单刀双掷开关、电流传感器(与电脑相连，能描绘出电流I随时间t变化的图线)、定值电阻和导线若干。连成如图甲所示的电路。实验过程如下，完成相应的填空。
(1)先使开关S与1端相连，电源给电容器充电(充满)；
(2)开关S掷向2端，电容器放电，此时电路中有短暂的电流，流过电阻R的电流方向为________(填“从右向左”或“从左向右”)；
(3)传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的I－t曲线如图乙所示；
(4)根据图像估算出电容器在全部放电过程中释放的电荷量为____________C(已知Q＝It)；
(5)根据前面的信息估算出该电容器的电容为__________F(所有结果均保留2位有效数字)。
训练2 电路中电流大小可以用电流传感器测量，用电流传感器和计算机可以方便地测出电路中电流随时间变化的曲线。某兴趣小组要测定一个电容器的电容，选用器材如下：
待测电容器(额定电压为16 V)；电流传感器和计算机；直流稳压电源；定值电阻R0＝100 Ω；单刀双掷开关；导线若干。
实验过程如下：
①按照图甲正确连接电路；
②将开关S与1端连接，电源向电容器充电；
③将开关S掷向2端，测得电流随时间变化的I－t图线如图乙中的实线a所示；
④利用计算机软件测出I－t曲线和两坐标轴所围的面积。
请回答下列问题：
(1)已知测出的I－t曲线和两坐标轴所围的面积为42.3 mA·s，则电容器的电容C＝________F。
(2)若将定值电阻换为R1＝180 Ω，重复上述实验步骤，则电流随时间变化的I－t图线应该是图丙中的曲线________(选填“b”或“c”)。
第2课时 实验：观察电容器的充、放电现象
探究一
例1 D [电容器充电过程中会形成电流，且电容器极板电压增加，当电容器充电完成后，电荷不再定向移动，没有电流，此时电容器两极板间电压等于电源电动势，因此当S接1时，电流表的指针最初偏转一个最大的角度，然后逐渐回到零位置，而电压表的指针从零位置逐渐偏转到最大角度并保持不变，A、B错误；当S接2时，电容器处于放电过程，由电容器充、放电过程中电流随时间变化规律可知，放电电流一开始较大，随后逐渐减小为零，即电流表的指针最初偏转一个最大的角度，然后逐渐回到零位置，故小灯泡由接2之前的熄灭状态变亮，然后逐渐变暗，C错误，D正确。]
训练1 B [由图甲可知，当开关S接在1端时，电容器处于充电过程，故A错误；电流曲线1的过程中，电容器充电，两极板间的电压增大，故B正确；形成电流曲线2的过程中，电容器放电，但电容器的电容与充、放电无关，电容大小不变，故C错误；形成电流曲线2的过程中，电容器放电，两极板间电压减小，故D错误。]
探究二
例2 (2)从右向左
(4)2.4×10－3(2.3×10－3～2.5×10－3均正确)
(5)3.0×10－4(2.9×10－4～3.1×10－4均正确)
解析 (2)由题图甲可知，充电后电容器上极板带正电荷，开关S掷向2端，电容器放电，此时电路中有短暂的电流，电容器充当电源，电流由上极板出发流经电阻回到下极板，故流过电阻R的电流方向为从右向左。
(4)将横坐标t分成许多很小的时间间隔Δt，在这些很小的时间间隔里，放电电流i可以视为不变，则I·Δt为这段时间内释放的电荷量，所以电容器所释放的电荷量在数值上等于I－t图像与坐标轴所包围的面积，由题图乙可知一个格子的电荷量为q0＝0.4×0.2×10－3 C＝8×10－5 C，大于半格算一格，小于半格舍去，题图乙中图像下方所包含的格子数为n＝30，则电容器在全部放电过程中释放的电荷量Q＝nq0＝2.4×10－3 C。
(5)根据电容的定义式C＝eq \f(Q,U)
可得C＝3.0×10－4 F。
训练2 (1)4.7×10－3 (2)c
解析 (1)由I－t图像得到开始时电流为
I＝90 mA＝0.09 A
故最大电压为U＝IR0＝0.09 A×100 Ω＝9 V
故电容为C＝eq \f(Q,U)＝eq \f(42.3 mA·s,9 V)＝4.7×10－3 F。
(2)换用阻值为180 Ω的定值电阻，根据Im＝eq \f(Um,R)，知第2次实验的最大电流小些，故是曲线c。