观察电容器的充放电现象教师版.docx

实验九观察电容器的充、放电现象

[人教版必修第三册]

1．阅读教材第十章第4节“实验：观察电容器的充电、放电现象的内容”，总结电容器充电、放电过程的特点。

提示：充电过程，与电源正极相连的极板带正电，与电源负极相连的极板带负电。两极板所带电量的绝对值相等。电容器充电的过程中，两极板的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中；放电的过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为电路中其他形式的能量。

2．第十章第4节【拓展学习】图10.4－3中，I－t图像图线与时间轴围城的面积的物理意义是什么？求解过程中运用了什么思想方法？怎样根据I－t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量？

提示：电容器在全部放电过程中释放的电荷量；微元法；I－t图线与t坐标轴所围的面积表示电荷量，先算出一个小格的面积，再乘以小格数，数格时多于半个格的算一格，少于半格的舍去。

考点一原型实验

一、实验目的

1．理解电容器的储能特性及其在电路中能量的转化规律。

2．电容器充、放电过程中，电路中的电流和电容器两端电压的变化规律。

二、实验器材

6V的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、小灯泡、导线若干。

三、实验思路

1．电容器充电：电源使电容器的两极板带上等量异种电荷的过程，如图甲所示。

2．电容器放电：用导线将充好电的电容器的两极板相连，使两极板的异种电荷中和的过程，如图乙所示。

3．电容器充放电时的能量转化：充电后，电容器储存了电能。放电时，储存的电能释放出来，转化为其他形式的能。

四、实验过程

1．电容器的充电

开关S合向1，电容器充电。

（1）现象

①小灯泡开始较亮，逐渐变暗，直至熄灭。

②A1的读数由大变小，逐渐减小到0。

③V的读数迅速变大。

④最后电流表的示数等于0，电压表的示数稳定，等于电源电压。

（2）解释

电源正极向极板供给正电荷，负极向极板供给负电荷。电荷在电路中定向移动形成电流，两极板间有电压。S刚合上时，电源与电容器之间存在较大的电压，使大量电荷从电源移向电容器极板，产生较大电流，随着极板电荷的增加，极板间电压增大，电流减小。当电容器两极板间电压等于电源电压时，电荷不再定向移动，电流为0，灯不亮。

2．电容器的放电

开关S合向2，电容器放电。

（1）现象

①小灯泡开始较亮，逐渐变暗，直至熄灭。

②A2的读数开始较大，逐渐变小，电流方向与充电方向相反，直至为0。

③开始V的读数为电源电压，逐渐减小，直至为0。

（2）解释

放电过程中，由于电容器两极板间的电压使回路中有电流产生。开始这个电压较大，因此电流较大，随着电容器极板上的正、负电荷的中和，极板间的电压逐渐减小，电流也减小，最后放电结束，极板间不存在电压，电流为0。

五、分析论证

当电容器极板上所储存的电荷发生变化时，电路中就有电流流过；当电容器极板上所储存的电荷量恒定不变时，电路中就没有电流流过。电路中的平均电流为I＝。

六、注意事项

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．实验过程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。

（2024·湖南省·联考题）某实验小组通过电流传感器研究电容器充放电过程，可将电路中电流和时间的关系显示在计算机上，实验电路如图甲所示，实验前电容器不带电。

（1）实验操作过程如下：先将开关S打到__________（选填“1”或“2”），对电容器进行充电。充电完毕后，将开关打到__________（选填“1”或“2”），电容器进行放电。在放电过程中，经过电流传感器的电流方向为__________（选填“从上往下”或“从下往上”）。

（2）某次充电过程，电路中电流和时间的关系如图乙所示（图中所围面积大约有65个小方格），则充电过程电容器储存的电荷量约为__________。

A．1.6×10－2CB．4.0×10－3CC．5.2×10－3CD．1.2×10－4C

（3）已知电源的输出电压为6V，估算该电容器的电容约为__________F。（保留两位有效数字）

（1）1；2；从下往上；（2）C；（3）8.7×10－4

（1）实验操作过程如下：先将开关S打到1，与电源连接，对电容器进行充电。充电完毕后，将开关打到2，与定值电阻连接，电容器进行放电。在放电过程中，由于电容器上极板带正电，经过电流传感器的电流方向为从下往上。

（2）根据图乙中I－t图像与横轴围成的面积表示充电过程释放的电量，图中所围面积大约有65个小方格，则充电过程释放的电量约为Q＝65×0.2×10－3×0.4C＝5.2×10－3C，故选C。

（3）已知电源的输出电压为6V，根据C＝，可得该电容器的电容约为C＝F≈8.7×