电容器充电演示试验

1 高中物理学案：实验

观察电容器的充、放电

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,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

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

2.实验步骤

(1)按图3连接好电路.

图3

1 (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.

实验记录和分析：

实验项目 实验现象

电容器充电 灯泡 灯泡的亮度由明到暗最后熄灭(选填“明”“暗”或“熄灭”)

电流表1 电流表1的读数由大到小最后为零(选填“大”“小”或“零”)

电压表 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

电容器放电 灯泡 灯泡的亮度由明到暗最后熄灭(选填“明”“暗”或“熄灭”)

电流表2 电流表2的读数由大到小最后为零(选填“大”“小”或“零”)

电压表 电压表的读数由大(选填“大”或“小”)到小(选填“大”或“小”)最后为0 V

第54讲 电容器的充电与放电实验

一.知识回顾

1.电容器的组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。最简单的电容器是平行板电容器。

2.电容器的充电、放电

①充电：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。

②放电：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。

③充电时电流流入正极板，放电时电流流出正极板。

3．电容

(1)定义：电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比，叫作电容器的电容。其中“电容器所带的电荷量Q”，是指一个极板所带电荷量的绝对值。

(2)定义式：C＝QU。推论：C＝ΔQΔU。

(3)单位：法拉(F)，1 F＝106 μF＝1012 pF。

(4)物理意义：表示电容器容纳电荷本领的物理量。

(5)决定因素

电容C的大小由电容器本身结构(大小、形状、正负极相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及所带电荷量(或两端所加电压)无关。

4．平行板电容器的电容

(1)影响因素：平行板电容器的电容与极板的正对面积成正比，与两极板间电介质的相对介电常数成正比，与极板间的距离成反比。

(2)决定式： C＝εrS4πkd，k为静电力常量。

5．常用电容器

(1)分类：从构造上看，可分为固定电容器和可变电容器。

(2)击穿电压与额定电压：加在电容器极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，电介质将被击穿，电容器损坏，这个极限电压叫作击穿电压；电容器外壳上标的电压是工作电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压低。

二.实验：观察电容器的充、放电现象

1．实验电路及器材

如图所示，把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成实验电路。

2．实验步骤

(1)把开关S接1，观察电流表及电压表指针的偏转。

(2)把开关S接2，观察电流表及电压表指针的偏转。

3．实验现象

(1)充电现象：把开关S接1时，可以看到电压表示数迅速增大，随后逐渐稳定在某一数值。通过观察电流表可以知道，充电时电流由电源的正极流向电容器的正极板，充电电流逐渐减小至0。

实验 电容器的充放电(总1页)

-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1

-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除 实验 电容器的充放电

◆实验目的

观察电容充放电过程，并计算电容充放电电量。

◆实验原理

电容器充电后，所带电量Q与两极板间电压U和电容C之间满足Q＝CU的关系。U可由电压传感器测出，Q可由电容器放电测量。使电容器放电电流随电容器两极板间的电压下降而减少，通过测出不同时刻的放电电流值，直至I＝0，作出放电电流I随时间变化的曲线，对曲线积分即等于电容器所带电量。由C＝Q／U可求出电容器的电容值。

◆实验器材

朗威®DISLab、计算机、朗威®系列电学实验板EXB-10、学生电源、导线等。

◆实验装置图

见右图。

◆实验过程与数据分析

1、将电压、多档电流传感器接入数据采集器，如图所示连接实验板EXB-10,滑动变阻器,学生电源,并将电阻箱阻值调制30Ω接入电路；

2、分别对电压传感器和多档电流传感器进行调零后打开电源开关。 3、启动“组合图线”功能，调节采样频率到200HZ并将电源接入实验板EXB-10，开关K1由2拨到1；当曲线平缓上升趋于稳定后，再把K1拨到2，即可得到充放电图线；

4、利用只控制选择图线的功能，选择“电流—时间”图线。

5、选择电容放电的一段“电流—时间”图线并积分，得到电容的电量Q。6、将实验数据及图像进行保存。

注意：可以将计算表格内的实验数据复制后用于其它分析软件，亦可直接导入Excel。

- 1 - 电容器和电容

一、使用教材

教科版高中物理《选修3-1》第一章第六节。

二、实验器材

自制教具：简易电容器、电容器充放电演示装置。

感应起电机、数字式电压表、电容器、电容表、平行板电容器等。

三、实验创新要点/改进要点

（1）用生活中的废塑料杯、锡箔纸，自制电容器。

（2）利用自制电容器的充放电演示装置，演示电容器的充放电过程，直观清楚。

（3）用相同电容器接触平分电荷的方法，间接测量电容器电荷量的变化。

（4）用电容表直接测量电容的变化，优于教材中的间接测量.

四、实验原理/实验设计思路

实验设计的整体思路，即通过“趣味实验、自制教具、巧设实验、勇于创新”四个关键环节的实验安排。达到了让学生在趣味中进入课堂，在思考中启迪思想、在参与中成长。

五、实验教学目标

1. 知识与技能

(1)了解电容器的作用、构造以及 常见电容器。

(2)知道电容器的充放电过程中相关物理量的变化特点。

(3)掌握电容器电容的概念和定义式。

(4)知道平行板电容器的电容与哪些因素有关，知道其定性关系。

(5) 会用平行板电容器进行动态分析。

2. 过程与方法

(1)通过本节内容的学习过程，认识物理实验、数学工具在物理发展过程中的作用。

(2)经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学方法研究物理问题，验证物理规律。

(3) 具有一定的质疑能力，数据收集处理能力，分析、解决问题能力和交流、合作能力。

3. 情感态度与价值观

(1)利用有趣实验，发展学生对科学的好奇心与求知欲。

(2)让学生具有勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神。 - 2 - (3)有参与科技活动的热情，有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索与日常生活有关的物理问题。

(4)关心科技发展，有将科学服务于人类的意识。

六、实验教学内容

本节课是学生学习了静电场之后的一个重要应用，我通过“自制电容器储存电荷和电能”的趣味实验引入新课，并展示电容器在生活中的广泛应用，让学生在充满怀疑和极大兴趣中走入新课的学习。