高中物理4 电容器的电容第2课时学案

第10章 静电场中的能量

4　电容器的电容

第2课时　实验：观察电容器的充、放电现象

[学习目标]

1.了解电容器充电和放电现象及能量转换.

2.通过探究得出影响平行板电容器电容的因素，会应用平行板电容器的电容公式分析有关问题．

[基础梳理]

1．实验原理

(1)电容器的充电过程

如图1所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在电场力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因失去电子而带正电，负极板因获得电子而带负电．正、负极板带等量的正、负电荷．电荷在移动的过程中形成电流．在充电开始时电流比较大(填“大”或“小”)，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐减小(填“增大”或“减小”)，当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止移动，电流I＝0 .

图1

(2)电容器的放电过程

如图2所示，当开关S接2时，相当于将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷发生中和．在电子移动过程中，形成电流，放电开始电流较大(填“大”或“小”)，随着两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流逐渐减小(填“增大”或“减小”)，两极板间的电压也逐渐减小到零．

图2

2．实验器材：6 V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.

3．实验步骤

(1)按图3连接好电路．

图3

(2)把单刀双掷开关S打在上面，使触点1和触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中．

(3)将单刀双掷开关S打在下面，使触点3和触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中．

(4)记录好实验结果，关闭电源．

4．实验记录和分析

5.注意事项

(1)电流表要选用小量程的灵敏电流计．

(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，以免烧坏电流表．

[随堂演练]

1．电容式传感器可以将非电学量的微小变化转换成电容变化。如图是一种利用电容式传感器测量油箱中油量的装置。当开关S闭合后，油量减少时（　　）

A．电容器的电容增大

B．电容器的带电量减小

C．电流向上经过G表

D．G表示数为零时，油箱中油量为零

2．电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属基板。对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动。在P、Q间距减小的过程中，下列判断正确的是（  ）

A．P、Q构成的电容器的电容不变

B．P、Q构成的电容器的电容增大

C．通过电阻R的电流方向为从a到b

D．通过电阻R的电流为0

3．如图甲所示，带正电的带电体C的右侧有两个不带电且相互接触的金属导体A和B，A、B、C均放在绝缘支座上、图乙是不带电的平行板电容器，电容器的下极板接地，P为上极板接线柱。移动绝缘支座分开A、B，则（　　）

A．分开前，A左端的电势高于B右端的电势

B．分开后，A带正电，B带负电

C．分开后，将A与P接触，上极板的电势降低

D．分开后，将B与P接触，电容器的电容增大

4．2016年8月23日，第七届中国（上海）国际超级电容器产业展览会在上海新国际博览中心举行，作为中国最大超级电容器展，众多龙头踊跃参与。如图所示，参展的平行板电容器与电动势为E的直流电源内阻不计）连接，一带电油滴位于容器中的P点且恰好处于平衡状态。在其他条件不变的情况下，现将平行板电容器的两极非常缓慢地错开一些，那么在错开的过程中（　　）

A．电容器的电容C增大

B．电容器的电荷量Q增大

C．油滴将向下加速运动，电流计中的电流从N流向M

D．油滴静止不动，电流计中的电流从N流向M

5．如图所示，两块较大的金属板A、B平行放置并与一电源相连，S闭合后，两板间有一质量为m、带电为q的油滴恰好在P点处于静止状态。则下列说法正确的是（ ）

A．在S仍闭合的情况下，若将A板向下平移一小段位移，则油滴向下加速运动，G中有的电流

B．在S仍闭合的情况下，若将A板向右平移一小段位移，则油滴仍然静止，G中有的电流

C．若将S断开，且将A板向左平移一小段位移，则油滴向下加速运动，G中无电流

D．若将S断开，再将A板向下平移一小段位移，则油滴向上加速运动，G中无电流

6．如图所示，用控制变量法可以研究影响平行板电容器电容的因素。设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ。实验中，极板所带电荷量不变，若（　　）

A．保持S不变，减小d，则θ变大 B．保持S不变，增大d，则θ变小

C．保持d不变，减小S，则θ变小 D．保持d不变，减小S，则θ变大

7．利用电流传感器研究电容器的放电过程的电路如图所示，其中电源电动势E＝8 V。先使开关S与1相连，电容器充电结束后把开关S掷向2，电容器通过电阻箱R放电。传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流I随时间t变化的曲线如图所示。

（1）t＝2 s时，电容器的a极板带__________电（选填“正”或“负”）。

（2）图中画出了对应较短时间Δt的狭长矩形，该矩形面积的物理意义__________，试估算该电容器的电容C＝__________F。

（3）一同学在深入研究的过程中发现：当改变一个或几个物理量时，I－t图像会发生有规律的变化，图中的虚线示意了4种可能的变化情形。如果只增大电阻R，I－t图像的变化应该是_______；如果只增大电容C，I－t图像的变化应该是_______。（填写相应选项的字母）

A．B．C．D．

8．利用电流传感器研究电容器的放电过程的电路如图所示，其中电源电动势。先使开关S与1相连，电容器充电结束后把开关S掷向2，电容器通过电阻箱R放电。传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流I随时间t变化的曲线如图所示。

（1）实验中电阻箱的示数如图所示，其阻值R=__________Ω。时，电容器的a极板带__________电（选填“正”或“负”）。

（2）图中画出了对应较短时间的狭长矩形，该矩形面积的物理意义__________，是估算该电容器的电容C=__________F。

（3）一同学在深入研究的过程中发现：当改变一个或几个物理量时，I—t图像会发生有规律的变化，图中的虚线示意了4种可能的变化情形。如果只增大电阻R，I—t图像的变化应该是选项__________（填写相应选项的字母）；如果只增大电容C，I—t图像的变化应该是选项__________（填写相应选项的字母）。

A． B． C． D．

参考答案

1．B

【详解】

A．油量减小时，电容器极板间的介质减小，根据电容定义式，有

可知，电容器的电容减小。故A错误；

B．电容器与电源相连，极板间电压保持不变，根据公式，有

可知，电容器的带电量减小。故B正确；

C．根据B项分析，可知电容器极板电量减小，即释放电荷，电流向下经过G表。故C错误；

D．仅当油量变化时，才会产生电流，故G表示数为零时，仅能说明油量不变。故D错误。

故选B。

2．B

【详解】

AB．根据电容决定式

得电容增大，选项A错误、B正确；

CD．根据

得电容器所带电荷量增大，通过R的电流方向为从b到a，

选项C、D错误。

故选B。

3．C

【详解】

A．电场中的导体处于静电平衡状态，是一个等势体，故A左端的电势等于B右端的电势，故A错误；

B．分开前，A端感应出负电，B端正电，分开后，A带负电，B带正电，故B错误；

C．分开后，将A与P接触，上极板带负电，上极板的电势降低，故C正确；

D．电容器的电容与是否带电无关，故D错误。

故选C。

4．D

【详解】

AB．将平行板电容器的两极非常缓慢地错开一些，则相对面积减小，根据

可知，电容器的电容C减小；根据

Q=CU

可知，U一定，则Q减小，AB错误；

CD．因d和U不变，根据

可知，两板间场强不变，则油滴仍静止不动；电容器将放电，则电流计中的电流从N流向M，C错误，D正确。

故选D。

5．B

【详解】

A．开始时，重力和电场力平衡，故

mg = qE

在S仍闭合的情况下，U不变，将A板向下移，由

E =

可知，E变大，故油滴应向上加速运动，A错误；

B．在S仍闭合的情况下，U不变，若将A板向右平移一小段位移，由

E = Ud

可知，E不变，油滴仍静止；根据

C = 、C =

有

Q =

故电容器电量减小，放电，故G中有b→a的电流，B正确；

C．若将S断开，Q不变，A向左平移一小段距离，根据

C =

可知，电容C减小，再根据

C =

可知，U增大，根据

U = Ed

可知，E增大，电场力增大，油滴向上运动，但由于电量不变，故G中无电流，C错误；

D．若将S断开，Q不变，再将A板向下平移一小段位移，根据

C =

电容增大；根据

C = ，U = Ed

得到

E =

故电场强度不变，故电场力不变，故油滴静止，G中没有电流，且P点电势也不变，D错误。

故选B。

6．D

【详解】

静电计是测量两个导体间电势差的仪器，指针偏角，根据和得

AB．保持S不变，电压与距离成正比，AB错误；

CD．保持d不变，电压与正对面积反比，C错误，D正确。

故选D。

7．正电    电容器在△t时间内的放电量        A    D   

【详解】

（1）[1]t＝2 s时，电容器还在放电，a极板带正电。

（2）[2][3]图中画出了对应较短时间的狭长矩形，根据q＝It可知，该矩形面积的物理意义电容器在△t时间内的放电量；根据图像可知放电电量为

该电容器的电容

（3）[4][5]如果只增大电阻R，则电容器放电的最大电流会减小，由于放电电量不变，即I－t图像的 “面积”不变，则变化应该是选项A；如果只增大电容C，则电容器带电量增加，I－t图像的 “面积”变大，最大电流不变，I－t图像的变化应该是选项D。

8．3360    正电    电容器在△t时间内的放电量        A    D    

【详解】

（1）[1][2]实验中电阻箱的阻值R=3360Ω。时，电容器还在放电，a极板带正电。

（2）[3][4]图中画出了对应较短时间的狭长矩形，根据q=It可知，该矩形面积的物理意义电容器在△t时间内的放电量；根据图像可知放电电量为

该电容器的电容

（3）[5][6]如果只增大电阻R，则电容器放电的最大电流会减小，由于放电电量不变，即I—t图像的 “面积”不变，则变化应该是选项A；如果只增大电容C，则电容器带电量增加，I—t图像的 “面积”变大，最大电流不变，I—t图像的变化应该是选项D。