高考物理一轮复习讲义41　第八章　实验探究课十　观察电容器的充、放电现象

这是一份高考物理一轮复习讲义41　第八章　实验探究课十　观察电容器的充、放电现象，共5页。

教材原型实验
[典例1] 某探究小组利用如图所示电路观察电容器的充、放电现象，其中E为电源(内阻不计)，R为定值电阻，C为电容器，A为电流表，V为电压表。
(1)给电容器充电后，为了观察放电现象，单刀双掷开关S应拨至________(选填“1”或“2”)位置。放电过程中，R中电流方向________(选填“自左向右”或“自右向左”)；观察到电压表的示数逐渐变小，说明电容器的带电荷量逐渐________(选填“增加”或“减少”)。
(2)关于充电过程，下列说法正确的是________。
A．电流表的示数逐渐增大后趋于稳定
B．电压表的示数逐渐增大后趋于稳定
C．充电完毕，电流表的示数为零
D．充电完毕，电压表的示数为零
[听课记录]



[典例2] (2024·海南卷)用如图(a)所示的电路观察电容器的充、放电现象，实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关S1、开关S2、导线若干。
(1)闭合开关S2，将S1接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3 V。在此过程中，电流表的示数______(填选项标号)。
A．一直稳定在某一数值
B．先增大，后逐渐减小为零
C．先增大，后稳定在某一非零数值
(2)先后断开开关S2、S1，将电流表更换成电流传感器，再将S1接2，此时通过定值电阻R的电流方向________(选填“a→b”或“b→a”)，通过传感器将电流信息传入计算机，画出电流随时间变化的I-t图像，如图(b)，t＝2 s时I＝1.10 mA，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出R＝__________kΩ(保留两位有效数字)。
[听课记录]



拓展创新实验
[典例3] (2024·广西卷)某同学为探究电容器充、放电过程，设计了图甲所示实验电路。器材如下：电容器，电源E(电动势6 V，内阻不计)，电阻R1＝400.0 Ω， 电阻R2＝200.0 Ω，电流传感器，开关S1、S2，导线若干。实验步骤如下：
(1)断开S1、S2，将电流传感器正极与a节点相连，其数据采样频率为5 000 Hz，则采样周期为______s。
(2)闭合S1，电容器开始充电，直至充电结束，得到充电过程的I-t曲线如图乙，由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为________mA(结果保留三位有效数字)。
(3)保持S1闭合，再闭合S2，电容器开始放电，直至放电结束，则放电结束后电容器两极板间电压为________V。
(4)实验得到放电过程的I-t曲线如图丙，I-t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为 0.018 8 C, 则电容器的电容C为________ μF。图丙中I-t曲线与横坐标、直线t＝1 s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.003 8 C，则t＝1 s时电容器两极板间电压为________V(结果保留两位有效数字)。
[听课记录]



本题的创新之处在于应用电流传感器结合计算机模拟信号分析电流的变化规律代替通过记录电流表读数变化列表画图分析数据。
[典例4] 在测定电容器电容值的实验中，将电容器、电压传感器、阻值为3 kΩ的电阻R、电源、单刀双掷开关按如图甲所示电路图进行连接。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，充电完毕后把开关S掷向2端，电容器放电，直至放电完毕。实验得到的与电压传感器相连接的计算机所记录的电压随时间变化的u-t曲线如图乙所示，图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录了“峰值”及曲线与时间轴所围“面积”的图。
(1)根据如图甲所示的电路，观察图乙可知：充电电流与放电电流方向________(选填“相同”或“相反”)，大小都随时间______(选填“增加”或“减小”)。
(2)当开关接“1”时，是________(选填“充电”或“放电”)，上极板带________(选填“正”或“负”)电。
(3)某同学认为：仍利用上述装置，将电压传感器从电阻两端改接在电容器的两端，也可以测出电容器的电容值。请你分析并说明该同学的说法是否正确：_____________________________________________________________________
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[听课记录]



本题的创新之处在于由观察电容器的充放电拓展为应用电压传感器结合计算机模拟信号测量电容器的电容。
实验原理
实验操作
注意事项
1．电容器与电源相连，形成充电电流，随着极板电荷量的增加，充电电流减小，如图甲。
2．电容器的正、负电荷中和，形成放电电流，随着极板电荷量的减少，放电电流减小，如图乙。
1．连电路，按原理图连接器材。
2．单刀双掷开关S接1，观察充电现象。
3．单刀双掷开关S接2，观察放电现象。
4．关闭电源，整理器材。
1．电流表要选用小量程的灵敏电流表。
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，避免烧坏电流表。
数据
处理
1．观察电流表示数变化，总结电容器充、放电电流的变化规律。
2．可将电流表换成电流传感器，由计算机绘制充、放电的i-t图像，由图像计算充、放电过程通过电流传感器的电荷量。
方法：先算出一个小方格代表的电荷量，然后数出整个图像与横轴所围的面积中的方格数(大于半个的按一个方格计算，小于半个的舍弃)。电容器充电或放电过程中电荷量为一个小方格代表的电荷量乘以方格数。
3．电容器两极板之间的电压等于电源电动势，由电容的定义式C＝QU估算出电容器的电容C。
误差
分析
1．电流测量和读数不准确带来误差。
2．利用i-t图像进行数据处理时也会造成误差。