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实验：观察电容器的充放电现象2020年4月11日1一、电容器充、放电实验电路 1.电路中可以串接：小灯泡——观察亮、暗，以确定有无电流 发光二极管——观察亮、暗，以确定电流方向定值电阻和电流表——观察电流方向和大小变化情况定值电阻和电流传感器、电压传感器——绘制i-t 图和u-t 图，以了解更细致的变化（1）充电：把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板将分别带上等量的异号电荷，这个过程叫做充电。
从灵敏电流计可以观察到短暂的充电电流。
充电后，切断与电源的联系，两个极板上的电荷由于互相吸引而保存下来，两极板间有电场存在。
充电过程中由电源获得的电能储存在电容器中。
（2）放电：用导线把充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷中和，电容器又不带电了，这个过程叫做放电。
从灵敏电流计可以观察到短暂的放电电流。
放电后，两极板间不再有电场，电场能转化为其他形式的能量。
2.要求：会描述电容器充、放电过程中q 、u 、i 、E 等量的变化 熟悉各图像，会分析图像截距、斜率、面积等的物理意义 会根据U-Q 图像求电容器储存的电能，了解半能损失电容概念的建立过程，类似比值定义法建立的概念还有哪些二、影响电容器电容的因素1.静电计是一个电容非常小的电容器，在与平行板电容器具有相同电压时，所带电荷量非常少。
静电计指针张角大小可以表示静电计带电量的大小，也可以表示静电计的电压，等于电容器电压。
2.电容的决定式A b a U =0 E S CAb a S U E +Q -Q实验：观察电容器的充放电现象2020年4月11日．如图所示，某时刻一平行板电容器两板间电场方向向右。
下列叙述正确的是 D ．电容器板间电场最强时，电路中电流一定最大2．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3k Ω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 端相连，电源向电容器充电，充电完毕后把开关S 掷向 端，电容器放电，直至放电完毕（填写“1”或“2”）。
观察电容器的充放电现象（实验创新课）说课尊敬的各位老师：大家好！我今天说课的内容是实验：观察电容器的充放电现象。
根据新课程标准，新的学科素养要求，我将从教材分析，学情分析，核心素养目标、实验重难点、实验设计亮点、实验设计思路、实验教学过程、实验效果评价与反思等八个方面进行详细阐述。
一、教材分析《观察电容器的充放电现象》是新教材人教版（2019版）必修三中第十章第四节《电容器的电容》中的重要实验，该实验是新高考新增的电学实验，本单元前面几节已经学习了电荷，电场，电势能，电势差等物理量，本节内容电容器是对静电场知识的综合应用。
二、学情分析已有认知：学生前面已经学习了电荷、电场、电场强度、电势能，电势差等基本物理概念，也有了比值定义法，控制变量法、微元法的思想基础。
认知缺乏：但是对电容器这一电学元件缺乏感性认识。
另外对于用图像解决问题还不太熟悉。
解决办法：本节课通过感性认识电容器类比储水容器，到解剖电容器构造，再到电容器的充放电实验，化抽象为具体。
三、核心素养目标分析本节课的教学核心素养目标主要包括四个方面：物理观念：学生通过观察和解剖常见的电容器，了解电容器构造。
培养学生对概念的形成与掌握能力。
科学思维：通过类比法了解电容器电容的物理意义，并能够运用科学的思维方法分析电容器充放电过程中的电流和电压变化规律。
培养学生思维与归纳总结的能力。
科学探究：通过实验观察电容器的充放电，了解电容器的作用。
培养学生分析问题的能力。
科学态度与责任：通过本节课的学习，学生掌握了电容器的基本工作原理，能查阅资料举例说明电容器的在我国生产生活领域的应用，增强学生的爱国情怀和民族自豪感。
四、实验重难点剖析本节课的教学重点主要集中在电容器的工作原理以及电容的概念和物理意义上。
学生需要深刻理解电容器如何储存和释放电荷，这是理解电容器所有功能的基础。
教学难点则在于电容器充放电过程中的电流和电压变化规律。
这部分内容涉及较为抽象的理论知识和实验操作技巧，需要学生具备一定的物理基础和实验能力。
第6讲实验:观察电容器的充、放电现象
A组基础巩固
1.把一个电容器、电流传感器、电阻、电源、单刀双掷开关按图甲所示连接。
先使开关S 与1端相连,电源向电容器充电;然后把开关S掷向2端,电容器放电。
与电流传感器相连接的计算机所记录这一过程中电流随时间变化的I-t曲线如图乙所示。
下列关于这一过程的分析,正确的是( )
A.在形成电流曲线1的过程中,电容器两极板间电压逐渐减小
B.在形成电流曲线2的过程中,电容器的电容逐渐减小
C.曲线1与横轴所围面积等于曲线2与横轴所围面积
D.S接1端,只要时间足够长,电容器两极板间的电压就能大于电源电动势E
答案 C 由于形成电流曲线1的过程是电容器的充电过程,形成电流曲线2的过程是电容器的放电过程,形成电流曲线1的过程中,电容器两极板间电压会随着充电电荷量的增加而逐渐增大,A错误;由于电容器的电容是不随电压、电流的变化而变化的,故B错误;曲线1与横轴所围面积是充电的电荷量,曲线2与横轴所围面积就是放电的电荷量,由于充电电荷量等于放电电荷量,故C正确;当S接1端时,无论时间多么长,电容器两极板间的电压都不可能大于电源电动势E,故D错误。
2.利用如图乙所示的电路图原理描绘电容器放电时的I-t图像。
(1)将图甲所示器材连接成实验电路。
(2)若得到如图丙所示的电容器放电电流图像,则电容器充满电后储存的电荷量
q= 。
答案(1)连接电路如图。
(2)3.36×10-3 C
解析(1)按照题给的电路图连接线路。
注意电流表极性和电解电容器极性。
(2)电容器放电电流图象与横轴所围面积中包含42个小方格,每个小方格面积为0.2 mA×0.4 s=0.08 mAs=8.0×10-5 C,电容器充满电后储存的电荷量q=42×8.0×10-5 C
=3.36×10-3 C。
3.某同学利用图(a)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S
1和S
2
、电容器C(约100 μF)、电阻R
1
(约200 kΩ)、
电阻R
2
(1 kΩ)、电压表(量程6 V)、秒表、导线若干。
(1)按图(a)所示的电路原理图将图(b)中实物图连接起来。
(2)先闭合开关S
2,再断开开关S
2
;闭合开关S
1
,同时按下秒表开始计时.若某时刻电压表
的示数如图(c)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,记录的数据如表所示。
在给出的坐标纸上绘出U-t图线。
已知只有一个数据点误差较大,该数据点对应的表中的时间是
s。
时间t/s 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 电压U/V 2.14 3.45 4.23 4.51 5.00 5.18
(4)电路中C、R
2和S
2
构成的回路的作用是。
答案(1)见解析图(2)3.60 (3)40.0
(4)使实验前电容器两极板上的电荷中和
解析(1)实物图连线如图所示
(2)电压表的量程为6 V,分度值为0.1 V,所以读数为3.60 V。
(3)从数据中可得出,电压表示数变化得越来越慢,而从40 s到50 s之间数据变化又突然快了,所以该数据对应表中的时间为40.0。
(4)电路中C、R
2和S
2
构成的回路,先闭合开关S
2
,再断开开关S
2
,使电容器上所带电荷释
放干净,不影响实验。
B组综合提能
1.(2018东城二模)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。
甲
乙
丙
(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(选填“相同”或“相反”),大小都随时间(选填“增加”或“减小”);
(2)该电容器的电容为F;(结果保留2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。
答案(1)相反减小
(2)1.0×10-2
(3)见解析
解析(1)从图像就可以看出,充电和放电过程的电流方向是相反的,电流大小都随着时间减小。
(2)由Q=It=·t可知将图中曲线与时间轴所围面积数值除以电阻值,就可以得到电荷量Q,再由C=即可求得电容。
(3)正确。
因为当开关S与2连接,电容器放电的过程中,电容器C与电阻R上的电压大
”及曲线与时间轴所围“面小相等,所以通过对放电曲线进行数据处理后记录的“峰值U
m
积S”,仍可应用C==计算电容。
2.用下列器材测量电容器的电容:
一块多用电表,一台直流稳压电源,一个待测电容器(额定电压16 V),定值电阻R
1
=100
Ω,定值电阻R
2
=150 Ω,电流传感器、数据采集器和计算机,单刀双掷开关S,导线若干。
实验过程如下:
实验次数实验步骤
第1次①将电阻R
1
等器材按照图甲正确连接电路,将开关S与1端连接,电源向电容器充电
②将开关S掷向2端,测得电流随时间变化的i-t曲线如图乙中的实线a所示
第2次③用电阻R
2
替换R
1
,重复上述实验步骤①②,测得电流随时间变化的i-t曲线如图丙中的某条虚线所示
说明:两次实验中电源输出的直流电压恒定且相等请完成下列问题:
(1)第1次实验中,电阻R
1两端的最大电压U
m
= V。
利用计算机软件测得i-t曲线和两坐标轴所围的面积为90 mA·s,已知电容器放电时其内阻可以忽略不计,则电容器的电容为C= F。
(2)第2次实验中,电流随时间变化的i-t曲线应该是图丁中的虚线(选填“b”“c”或“d”),判断依据是。
答案(1)9 10.0×10-3
(2)c 两次放电电量相等,图线与t轴围成的面积相等,另由于R
2>R
1
,开关掷向2瞬间放
电电流较小
解析(1)由图可知,最大电流I
m =90 mA=0.09 A,计算得出最大电压为U
m
=I
m
R
1
=0.09×100 V=9
V,i-t曲线和两坐标轴所围的面积表示电容器的带电量Q=90 mA·s,由电容器电容的定义式,C=Q/U
m
可得:C=10.0×10-3 F。
(2)第2次实验中,电流随时间变化的i-t曲线应该是图丁中的虚线c。
判断依据是:根
据i
m =,因第2次实验的最大放电电流小些,故不是b,根据Q
m
=CU
m
,因两条曲线分别与坐标
轴所围成的面积相等,故不是d而应该是c,所以正确答案是c。
