第6講-實驗：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第6講實驗:觀察電容器的充、放電現(xiàn)象A組基礎(chǔ)鞏固1.把一個電容器、電流傳感器、電阻、電源、單刀雙擲開關(guān)按圖甲所示連接。先使開關(guān)S與1端相連,電源向電容器充電;然后把開關(guān)S擲向2端,電容器放電。與電流傳感器相連接的計算機所記錄這一過程中電流隨時間變化的I-t曲線如圖乙所示。下列關(guān)于這一過程的分析,正確的是()A.在形成電流曲線1的過程中,電容器兩極板間電壓逐漸減小B.在形成電流曲線2的過程中,電容器的電容逐漸減小C.曲線1與橫軸所圍面積等于曲線2與橫軸所圍面積D.S接1端,只要時間足夠長,電容器兩極板間的電壓就能大于電源電動勢E答案C由于形成電流曲線1的過程是電容器的充

2、電過程,形成電流曲線2的過程是電容器的放電過程,形成電流曲線1的過程中,電容器兩極板間電壓會隨著充電電荷量的增加而逐漸增大,A錯誤;由于電容器的電容是不隨電壓、電流的變化而變化的,故B錯誤;曲線1與橫軸所圍面積是充電的電荷量,曲線2與橫軸所圍面積就是放電的電荷量,由于充電電荷量等于放電電荷量,故C正確;當S接1端時,無論時間多么長,電容器兩極板間的電壓都不可能大于電源電動勢E,故D錯誤。2.利用如圖乙所示的電路圖原理描繪電容器放電時的I-t圖像。(1)將圖甲所示器材連接成實驗電路。(2)若得到如圖丙所示的電容器放電電流圖像,則電容器充滿電后儲存的電荷量q= 。 答案(1)連接電路如圖

3、。(2)3.36×10-3 C解析(1)按照題給的電路圖連接線路。注意電流表極性和電解電容器極性。(2)電容器放電電流圖象與橫軸所圍面積中包含42個小方格,每個小方格面積為0.2 mA×0.4 s=0.08 mAs=8.0×10-5 C,電容器充滿電后儲存的電荷量q=42×8.0×10-5 C =3.36×10-3 C。3.某同學(xué)利用圖(a)所示電路測量電容器充電時兩極板間的電壓隨時間的變化。實驗中使用的器材為:電池E(內(nèi)阻很小)、開關(guān)S1和S2、電容器C(約100 F)、電阻R1(約200 k)、電阻R2(1 k)、電壓表(量程6

4、V)、秒表、導(dǎo)線若干。(1)按圖(a)所示的電路原理圖將圖(b)中實物圖連接起來。(2)先閉合開關(guān)S2,再斷開開關(guān)S2;閉合開關(guān)S1,同時按下秒表開始計時.若某時刻電壓表的示數(shù)如圖(c)所示,電壓表的讀數(shù)為V(保留2位小數(shù))。 (3)該同學(xué)每隔10 s記錄一次電壓表的讀數(shù)U,記錄的數(shù)據(jù)如表所示。在給出的坐標紙上繪出U-t圖線。已知只有一個數(shù)據(jù)點誤差較大,該數(shù)據(jù)點對應(yīng)的表中的時間是s。 時間t/s10.020.030.040.050.060.0電壓U/V2.143.454.234.515.005.18(4)電路中C、R2和S2構(gòu)成的回路的作用是  。 答案

5、(1)見解析圖(2)3.60(3)40.0(4)使實驗前電容器兩極板上的電荷中和解析(1)實物圖連線如圖所示(2)電壓表的量程為6 V,分度值為0.1 V,所以讀數(shù)為3.60 V。(3)從數(shù)據(jù)中可得出,電壓表示數(shù)變化得越來越慢,而從40 s到50 s之間數(shù)據(jù)變化又突然快了,所以該數(shù)據(jù)對應(yīng)表中的時間為40.0。(4)電路中C、R2和S2構(gòu)成的回路,先閉合開關(guān)S2,再斷開開關(guān)S2,使電容器上所帶電荷釋放干凈,不影響實驗。B組綜合提能1.(2018東城二模)在測定電容器電容值的實驗中,將電容器、電壓傳感器、阻值為3 k 的電阻R、電源、單刀雙擲開關(guān)按圖甲所示電路圖進行連接。先使開關(guān)S與1端相連,電源

6、向電容器充電,充電完畢后把開關(guān)S擲向2端,電容器放電,直至放電完畢。實驗得到的與電壓傳感器相連接的計算機所記錄的電壓隨時間變化的u-t曲線如圖乙所示,圖丙為由計算機對圖乙進行數(shù)據(jù)處理后記錄了“峰值”及曲線與時間軸所圍“面積”的圖。甲乙丙(1)根據(jù)圖甲所示的電路,觀察圖乙可知:充電電流與放電電流方向(選填“相同”或“相反”),大小都隨時間(選填“增加”或“減小”); (2)該電容器的電容為F;(結(jié)果保留2位有效數(shù)字) (3)某同學(xué)認為:仍利用上述裝置,將電壓傳感器從電阻兩端改接在電容器的兩端,也可以測出電容器的電容值。請你分析并說明該同學(xué)的說法是否正確。答案(1)相反減小(2

7、)1.0×10-2(3)見解析解析(1)從圖像就可以看出,充電和放電過程的電流方向是相反的,電流大小都隨著時間減小。(2)由Q=It=UR·t可知將圖中曲線與時間軸所圍面積數(shù)值除以電阻值,就可以得到電荷量Q,再由C=QU即可求得電容。(3)正確。因為當開關(guān)S與2連接,電容器放電的過程中,電容器C與電阻R上的電壓大小相等,所以通過對放電曲線進行數(shù)據(jù)處理后記錄的“峰值Um”及曲線與時間軸所圍“面積S”,仍可應(yīng)用C=QU=SRUm計算電容。2.用下列器材測量電容器的電容:一塊多用電表,一臺直流穩(wěn)壓電源,一個待測電容器(額定電壓16 V),定值電阻R1=100 ,定值電阻R2=15

8、0 ,電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機,單刀雙擲開關(guān)S,導(dǎo)線若干。實驗過程如下:實驗次數(shù)實驗步驟第1次將電阻R1等器材按照圖甲正確連接電路,將開關(guān)S與1端連接,電源向電容器充電將開關(guān)S擲向2端,測得電流隨時間變化的i-t曲線如圖乙中的實線a所示第2次用電阻R2替換R1,重復(fù)上述實驗步驟,測得電流隨時間變化的i-t曲線如圖丙中的某條虛線所示說明:兩次實驗中電源輸出的直流電壓恒定且相等請完成下列問題:(1)第1次實驗中,電阻R1兩端的最大電壓Um=V。 利用計算機軟件測得i-t曲線和兩坐標軸所圍的面積為90 mA·s,已知電容器放電時其內(nèi)阻可以忽略不計,則電容器的電容為C=F。 (2)第2次實驗中,電流隨時間變化的i-t曲線應(yīng)該是圖丁中的虛線(選填“b”“c”或“d”),判斷依據(jù)是。 答案(1)910.0×10-3(2)c兩次放電電量相等,圖線與t軸圍成的面積相等,另由于R2>R1,開關(guān)擲向2瞬間放電電流較小解析(1)由圖可知,最大電流Im=90 mA=0.09 A,計算得出最大電壓為Um=ImR1=0.09×100 V=9 V,i-t曲線和兩坐標軸所圍的面積表示電容器的帶電量Q=90 mA·s,由電容器電容的定義式,C=Q/Um可得:C=10.