2024届高考物理一轮复习第七章静电场第5讲实验：观察电容器的充、放电现象课件

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二、核心关键——数据处理
归纳共性实验关键　1．不变的实验原理通过观察连接在回路中的电流表和电压表示数变化，得出电容器充、放电过程的特点。2．必备的实验器材直流电源、导线、单刀双掷开关、电容器、定值电阻、电流表(电流传感器)、电压表(电压传感器)。
3．共同的注意事项(1)连接电路时注意电流表和电压表的正、负极和量程。(2)对电解电容器也要注意正、负极。(3)要选择电容较大的电容器。(4)实验过程要在干燥的环境中进行。
考查点(一)　电容器充、放电现象的定性分析1．(2022·广州模拟) 如图为研究电容器充、放电现象的实验电路图，开始电容器不带电。实验开始时，首先将开关S合向1，这时观察到灵敏电流计G有短暂的示数，这说明电路中有电流流过，这个过程叫作________，经过这一过程，电容器的两极板就会带上等量的异号电荷，其上极板带________电荷(填“正”或“负”)，电路稳定后灵敏电流计G的示数为零。当把开关S由1合向2时，有________(填“自左向右”或“自右向左”)流过灵敏电流计G的短暂电流，这个过程叫____________________。
解析：将开关S合向1，电源与电容器连通，电路中有电流流过，说明电源在给电容器储存电荷，这过程叫作充电；经过这一过程，电容器的两极板就会带上等量的异号电荷，其上极板带正电荷；当把开关S由1合向2时，从电势高的正极板能形成电流到电势低的负极板，则有自右向左流过灵敏电流计G的短暂电流，这个过程叫放电。答案：充电　正　自右向左　放电
2．电容器作为储能器件，在生产生活中有广泛的应用。对给定电容值为C的电容器充电，无论采用何种充电方式，其两极间的电势差u随电荷量q的变化图像都相同。(1)请在图甲中画出上述u-q图像。类比直线运动中由v-t图像求位移的方法，求两极间电压为U时电容器所储存的电能Ep。(2)在如图乙所示的充电电路中，R表示电阻，E表示电源(忽略内阻)。通过改变电路中元件的参数对同一电容器进行两次充电，对应的q-t曲线如图乙中①②所示。
3. 某同学利用图甲所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材为：电池E(内阻很小)、开关S1和S2、电容器C(约100 μF)、电阻R1(约200 kΩ)、电阻R2(1 kΩ)、电压表V(量程6 V)、停表、导线若干。(1)按图甲所示的电路原理图将图乙中实物图连接起来。
(2)先闭合开关S2，再断开开关S2；闭合开关S1，同时按下停表开始计时。若某时刻电压表的示数如图丙所示，电压表的读数为______V(保留2位小数)。(3)该同学每隔10 s记录一次电压表的读数U，记录的数据如下表所示。在给出的坐标纸上绘出U­t图线。已知只有一个数据点误差较大，该数据点对应的时间是________ s。
(4)电路中C、R2和S2构成的回路的作用是____________________________________________________________________________________________________________。解析：(2)电压表每小格代表0.1 V，且读数要求保留两位小数，其读数为3.60 V。(3)绘出U­t图线，偏离图线最远的点误差最大，由此确定t＝40.0 s时对应的数据误差最大。(4)测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化，必须保证开始(t＝0)时，电容器不带电。电路中C、R2和S2构成回路的作用就是在实验开始前，通过闭合S2，使电容器放电，特别是当实验需要重复多次时，在重复实验前必须先对电容器放电。
考查点(二)　电容器充、放电现象的定量计算4．(2022·河北衡水模拟)在“用传感器观察电容器的充、放电现象”实验中，电路图如图甲。一位同学使用的电源电动势为10.0 V，测得放电的I­t图像如图乙所示。(1)若按“四舍五入(大于半格算一个，小于半格舍去)”法，根据“I­t图像与两坐标轴包围面积”，电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为________C。(结果保留两位有效数字)
(2)根据以上数据估算电容器的电容值为______F。(结果保留两位有效数字)(3)如果将电阻R换一个阻值更大的电阻，则放电过程释放的电荷量____(填“变多”“不变”或“变少”)。
答案： (1)0.017(0.016～0.018均可)　(2)0.001 7(0.001 6～0.001 8均可)　(3)不变
5．在测定电容器电容的实验中，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的“峰值”及曲线与时间轴所围“面积”。
(1)根据图甲所示的电路，观察图乙可知：充电电流与放电电流方向________(填“相同”或“相反”)，大小都随时间________(填“增大”或“减小”)。(2)该电容器的电容值为________F。(结果保留两位有效数字)(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。