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1、【人教版（新教材）高中物理必修第三册】学案第 2 课时实验：观察电容器的充、放电现象1.实验原理(1)电容器的充电过程如图所示，当开关 S 接 1 时，电容器接通电源，在静电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 I0。(2)电容器的放电过程如图所示，当开关 S 接 2 时，将电容器的两极板直接用
2、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。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。 3.实验步骤(1)按图连接好电路。1【人教版（新教材）高中物理必修第三册】学案(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
3、录在表格中。(4)记录好实验结果，关闭电源。实验记录和分析：实验项目灯泡实验现象灯泡的亮度由明到暗最后熄灭(选填“明”“暗”或“熄灭”)电容器充电电容器放电电流表 1电压表灯泡电流表 2电压表电流表 1 的读数由大到小最后为零(选填“大”“小”或 “零”)电压表的读数由小(选填“大”或“小”)到大(选填“大”或 “小”)最后为 6_V灯泡的亮度由明到暗最后熄灭(选填“明”“暗”或“熄灭”) 电流表 2 的读数由大到小最后为零(选填“大”“小”或 “零”)电压表的读数由大(选填“大”或“小”)到小(选填“大”或 “小”)最后为 0_V4.注意事项(1)电流表要选用小量程的灵敏电流计。(2)要选择
4、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。核心要点电容器充、放电现象的定性分析观察探究按如图所示电路连接好器材，使开关 S 先后接触 a、b，观察电流表指针的偏转情 况。2【人教版（新教材）高中物理必修第三册】学案请思考以下几个问题：(1)当 S 先后接 a 和接 b 时，会观察到电流表指针的偏转情况是怎样的呢？(2)电容器的工作过程是怎样的？工作过程中能量是如何转化的？(3)电容器的带电量 Q 与两极板间的电压 U 有什么关系？反映了电容器怎样的特 性？怎样描述？答案(1)当 S 接 a 时，电流表指针发生偏转；当 S 接 b
5、 时，电流表指针反向偏转。(2)充电过程和放电过程。充电过程中其他形式的能转化为电能，放电过程中电能转化为其他形式的能。 (3)电容器两极板间的电势差随电荷量的增加而增加，电荷量和电势差成正比，它Q们的比值是一个恒量，每一个电容器都有一个属于自己的 常数，与所带电荷量UQ的多少无关。这个比值反映了电容器容纳电荷的能力大小，因此可用 描述电容UQ器容纳电荷本领的大小即电容器的电容 C 。U探究归纳电容器的工作基础(1)充电：使电容器的极板上带上电荷的过程称为充电，充电后两极板带等量异种 电荷，充电过程，带电荷量 Q 逐渐增大，板间电压 U 增大，板间电场强度 E 增 大。(2)放电：使充电后的电
6、容器不带电荷的过程叫作放电，放电过程，带电荷量 Q 减 小，板间电压 U 减小，板间电场强度 E 减小。试题案例例 1 如图所示实验中，关于平行板电容器的充、放电，下列说法正确的是( )3【人教版（新教材）高中物理必修第三册】学案A.开关接 1 时，平行板电容器充电，且上极板带正电 B.开关接 1 时，平行板电容器充电，且上极板带负电 C.开关接 2 时，平行板电容器充电，且上极板带正电 D.开关接 2 时，平行板电容器充电，且上极板带负电解析开关接 1 时，平行板电容器充电，上极板与电源正极相连而带正电，A正确，B 错误；开关接 2 时，平行板电容器放电，放电结束后上、下极板均不带 电，C、
7、D 错误。答案方法归纳A电容器的充电和放电(1)充电：把电容器的两个极板与电源的正负极相连，使两个极板上带上等量异号电荷的过程。充电后，跟电源正极相连的极板带正电，跟电源负极相连的极板带 负电。充电过程如图甲所示。(2)放电：用导线把充电后的电容器的两个极板接通，两个极板上的电荷中和，电容器失去电荷的过程。放电后，电容器任一极板带电荷量均为零。放电过程如图 乙所示。甲乙核心要点电容器充、放电现象的定量计算试题案例例 2 电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是反应比较灵敏，且可 以和计算机相连，能画出电流与时间的变化图像。图甲是用电流传感器观察充、4Q 【人教版（新教材）高中物理必修第三册
8、】学案放电过程的实验电路图，图中电源电压为 6 V。先使开关 S 与 1 接通，待充电完成后，把开关 S 再与 2 接通，电容器通过电阻放 电，电流传感器将电流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的 It 图像如图 乙所示。根据图像估算出电容器全部放电过程中释放的电荷量为_C，该电 容器电容为_F。(均保留 3 位有效数字)解析根据题图乙的含义，因 QIt，可知图形与时间轴围成的面积表示电荷量；根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子的电荷量为 8105C，由大于半格算一个，小于半格舍去，因此图像所包含的格子个数为 38，所以释放的电荷量为q8105C383.04103C。根据电容器的电容 C3.0
9、410 可知，C U 63F5.07104F507 F。答案3.04103 5071.(多选)关于电容器的充、放电，下列说法中正确的是( )A.充、放电过程中外电路有瞬间电流B.充、放电过程中外电路有恒定电流C.充电过程中电源提供的电能全部转化为内能D.放电过程中电容器中的电场能逐渐减少解析 电容器充、放电过程中会有电荷发生定向移动，电路产生变化的瞬间电流，电容器充、放电结束，电流消失，A 正确，B 错误；充电过程中电源提供的电能部分转化为电容器的电场能，C 错误；放电过程中电容器中的电场能转化为5 Sr Q 【人教版（新教材）高中物理必修第三册】学案 其他形式的能，D 正确。答案AD2. 据
10、国外某媒体报道，科学家发明了一种新型超级电容器，能让手机几分钟内充 满电。某同学假日登山途中，用该种电容器给手机电池充电，下列说法正确的是 ( )A.该电容器给手机电池充电时，电容器的电容变大B.该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电能变少C.该电容器给手机电池充电时，电容器所带的电荷量可能不变D.充电结束后，电容器不带电，电容器的电容为零解析电容是描述电容器容纳电荷的本领大小的物理量，与电容器的电压及电荷量无关，故 A、D 错误；当该电容器给手机电池充电时，电容器存储的电荷 量减小，则电能变少，故 B 正确，C 错误。答案B3.(多选)如图所示是一个由电源、电阻 R 与平行板电容器组成的串
11、联电路，在增大电容器两极板间距离的过程中，下列说法正确 的是( )A.电容器充电B.电容器放电C.电阻 R 中有从 a 流向 b 的电流D.电阻 R 中有从 b 流向 a 的电流解析 解题关键是电容器与电源相连，其电压不变。由 C可知，当 d 增 4kd大时，C 减小，而电容器始终与电源相连，故 U 不变，由 C 可知，Q 变小，U即电容器将放电，电流从 a 流向 b。故正确答案为 B、C。答案BC4.如图所示，将平行板电容器接在电池组两极间，两板间的带电尘埃 恰好处于静止状态。若将两板缓慢地错开一些，其他条件不变，则 ( )6q【人教版（新教材）高中物理必修第三册】学案A.电容器带电荷量不变
12、B.电源中将有电流从正极流出C.尘埃仍静止D.电流计中将有电流，电流方向为 ba解析 电容器与电池组连接，其电压不变，带电尘埃静止，静电力与重力平衡，qEmg，两极板错开时电场强度不变，故 C 正确；因电容减小，由 QCU，知 电荷量 Q 减小，电容器放电，电流方向为 ab，A、B、D 错误。答案C5. 电流传感器可以把电容器放电电流随时间变化规律描绘出来。一个电容器先把 它接到 8 V 的电源上充电，然后通过电流传感器放电，其电流随时间变化图像如 图所示。由图线和坐标轴所围的面积知道电容器放电前所带的电荷量，已知如图 所围的面积约为 40 个方格，由图可算出电容器的电容为_F。解析 根据 QIt 以及图像的含义可知，图线与时间轴所围成的面积表示电荷量，则可知：电荷量 q400.21030.4 C3.2103C，电容器的电容 C410U4F。答案41047
