新教材適用2024版高考物理一輪總復(fù)習(xí)第8章靜電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)10觀察電容器的充放電現(xiàn)象課件

第八章靜電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)十觀察電容器的充、放電現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)知識(shí)·自主回顧核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破2年高考·1年模擬實(shí)驗(yàn)知識(shí)·自主回顧一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．知道電容器的構(gòu)造。2．根據(jù)電路圖正確連接實(shí)物圖，認(rèn)真觀察電容器充放電的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)原理1．電容器的充電過(guò)程：當(dāng)S接1時(shí)，電容器接通電源，電容器上極板的自由電子在電場(chǎng)力的作用下將經(jīng)過(guò)電源移到與電源負(fù)極相接的下極板，正極板由于失去負(fù)電荷而帶正電，負(fù)極板由于獲得負(fù)電荷而帶負(fù)電，正、負(fù)極板所帶電荷量大小相等，符號(hào)相反，如圖甲所示。電荷定向移動(dòng)形成電流，由于同性電荷的排斥作用，所以開(kāi)始電流最大，以后逐漸減小，在電荷移動(dòng)過(guò)程中，電容器極板儲(chǔ)存的電荷不斷增加，電容器兩極板間電壓U等于電源電動(dòng)勢(shì)E時(shí)電荷停止移動(dòng)，電流I＝0。2．電容器的放電過(guò)程當(dāng)S接2時(shí)，電容器的兩極板用導(dǎo)線連接起來(lái)，電容器C正極板上的正電荷與負(fù)極板上的負(fù)電荷中和，兩極板的電荷量逐漸減少，表現(xiàn)為電流逐漸減小，電壓也逐漸減小為零(如圖乙所示)。

三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程1．實(shí)驗(yàn)步驟(1)調(diào)節(jié)直流可調(diào)電源，輸出為6V，并用多用電表校準(zhǔn)。(2)關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，正確連接實(shí)物圖，電路圖如圖。(3)打開(kāi)電源，把單刀雙擲開(kāi)關(guān)S打到上面，使觸點(diǎn)1和觸點(diǎn)2連通，觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)處理的表格中。(4)把單刀雙擲開(kāi)關(guān)S打到下面，使觸點(diǎn)3和觸點(diǎn)2連通，觀察電容器的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)處理的表格中。(5)記錄好實(shí)驗(yàn)結(jié)果，關(guān)閉電源。2．?dāng)?shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象電容器充電燈泡亮度由明到暗最后熄滅電流表1讀數(shù)由大到小最后為零電壓表讀數(shù)由小到大最后為6V電容器放電燈泡亮度由明到暗最后熄滅電流表2讀數(shù)由大到小最后為零電壓表讀數(shù)由大到小最后為零四、注意事項(xiàng)1．電流表要選用小量程的靈敏電流表。

2．要選擇大容量的電容器。3．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行。4．在做放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，在電路中串聯(lián)一個(gè)電阻，避免燒壞電流表。核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)(2023·廣東高三月考)利用高電阻放電法研究電容器的充放電，實(shí)驗(yàn)是利用高阻值電阻延長(zhǎng)放電時(shí)間，繪制電容器放電電流與時(shí)間的i－t圖像來(lái)研究電容器的充放電規(guī)律。某同學(xué)先按圖甲所示電路連接好實(shí)驗(yàn)電路，然后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)操作如下：例1(1)先接通開(kāi)關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使微安表的指針偏轉(zhuǎn)接近滿刻度，記下這時(shí)微安表的示數(shù)i0＝500μA，電壓表的示數(shù)U0＝3.0V，此時(shí)電阻箱R的阻值為3.5kΩ。則微安表的內(nèi)阻為_(kāi)________kΩ。(2)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，每隔5s或10s讀一次電流i的值，將測(cè)得數(shù)據(jù)填入預(yù)先設(shè)計(jì)的表格中，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上標(biāo)出以時(shí)間t為橫坐標(biāo)，電流i為縱坐標(biāo)的點(diǎn)。描繪出電流隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示，根據(jù)圖線估算出該電容器在整個(gè)放電過(guò)程中放出的電荷量Q約為_(kāi)______________C。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)8.0×10－32.5(3)考慮到電壓表也是高電阻，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的電路來(lái)探究電容器兩極板間電勢(shì)差跟所帶電荷量的關(guān)系，其中E＝3V，C＝3000μF，先把開(kāi)關(guān)S1接1，給電容器A充電，可以看到電容器A充電后數(shù)字電壓表示數(shù)為U，把開(kāi)關(guān)S1接2，可以看到電壓表示數(shù)變?yōu)?.5U，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1，閉合開(kāi)關(guān)S2，讓電容器B的兩極板完全放電，隨后再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2，把S1再次接到2、電壓表示數(shù)再次減少一半，還可以繼續(xù)這樣操作……下列說(shuō)法正確的是_________。CDEA．電壓表也可以用靜電計(jì)來(lái)代替B．電容器的電容與其電荷量成正比，與電壓成反比C．電容器兩極板之間的電壓與其電荷量成正比D．一個(gè)電容器所帶的電荷量Q與兩極板之間的電勢(shì)差U之比是不變的E．由于電壓表有電流流過(guò)，會(huì)造成放電，可以在電壓表支路中串聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)，讀數(shù)時(shí)才短暫閉合(2)圖線與時(shí)間軸所圍成的面積即為放電過(guò)程放出的電荷量，我們數(shù)出的方格數(shù)為32，(注意數(shù)的時(shí)候大于半個(gè)格就算一個(gè)格，小于半個(gè)格的不算)而每個(gè)小格的電荷量q＝50μA×5s＝2.5×10－4C則放電的總電荷量為Q＝32q＝32×2.5×10－4C＝8.0×10－3C。考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新鑒于高考實(shí)驗(yàn)題一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情境。本實(shí)驗(yàn)新調(diào)為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，會(huì)成為高考命題的新增熱點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新角度主要是實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新。

(2023·廣東高三階段練習(xí))某同學(xué)用電流傳感器和電壓傳感器研究電容器的放電情況，按圖連接電路。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將開(kāi)關(guān)S與1端相連，待電路穩(wěn)定后，將開(kāi)關(guān)擲向2端，傳感器將信息傳入計(jì)算機(jī)，屏幕上可以顯示出電流、電壓隨時(shí)間變化的i－t圖線、u－t圖線。例2(1)由圖可知，傳感器2應(yīng)為_(kāi)_____傳感器(選填“電流”或“電壓”)。(2)計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的i－t圖線可能為圖中的___，u－t圖線可能為圖中的___。電壓BD(3)結(jié)合屏幕顯示的i－t圖線、u－t圖線信息，可以估算出______。A．電容器的電容B．電容器儲(chǔ)存的電荷量AB2年高考·1年模擬1.(2023·浙江高三階段練習(xí))“探究影響平行板電容器電容大小因素”的實(shí)驗(yàn)裝置如題圖所示，則下列說(shuō)法正確的是(

)A．平行板電容器左極板上移時(shí)，靜電計(jì)指針偏角減小B．平行板電容器左極板左移時(shí)，靜電計(jì)指針偏角減小C．平行板電容器中間插入一層薄的導(dǎo)體材料，靜電計(jì)指針偏角減小D．靜電計(jì)測(cè)量的是電勢(shì)差，所以也可以用電壓表替代C2．(2023·福建漳州模擬預(yù)測(cè))利用如圖所示的電路觀察電容器的充放電現(xiàn)象。先將選擇開(kāi)關(guān)合到“1”，使電容器充電至穩(wěn)定后進(jìn)行如下兩種操作：(1)若將開(kāi)關(guān)S合到“2”，則二極管______(選填“D1”或“D2”)發(fā)光(如圖中D1通過(guò)向上電流時(shí)可發(fā)光，D2反之)；(2)保持開(kāi)關(guān)S合在“1”，適當(dāng)增大電容器兩極板間距離的過(guò)程中，二極管______(選填“D1”或“D2”)發(fā)光。D1D1[解析](1)先將選擇開(kāi)關(guān)合到“1”，使電容器充電至穩(wěn)定后，則電容器的上極板帶正電，下極板帶負(fù)電；若將開(kāi)關(guān)S合到“2”后，此時(shí)電容器上極板相當(dāng)于電源正極，電容器上極板分別與D1的正極、與D2的負(fù)極相連，所以二極管D1通路，D1發(fā)光。(2)保持開(kāi)關(guān)S合在“1”，適當(dāng)增大電容器兩極板間距離的過(guò)程中，增大兩板間距離時(shí)，電容減小，電壓不變，由Q＝UC可知電荷量應(yīng)減小，所以則會(huì)形成反向放電，電流為逆時(shí)針，依題意，二極管D1通路、D2不通，故D1發(fā)光。3．(2022·北京西城區(qū)高三月考)在“用傳感器觀察電容器的充放電過(guò)程”實(shí)驗(yàn)中，按圖1所示連接電路。電源電動(dòng)勢(shì)為8.0V，內(nèi)阻可以忽略。單刀雙擲開(kāi)關(guān)S先跟2相接，某時(shí)刻開(kāi)關(guān)改接1，一段時(shí)間后，把開(kāi)關(guān)再改接2，實(shí)驗(yàn)中使用了電流傳感器來(lái)采集電流隨時(shí)間的變化情況。(1)開(kāi)關(guān)S改接2后，電容器進(jìn)行的是______(選填“充電”或“放電”)過(guò)程。此過(guò)程得到的I－t圖像如圖2所示，圖中用陰影標(biāo)記的狹長(zhǎng)矩形的面積的物理意義是______________________________。如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R的阻值，則此過(guò)程的I－t曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積將______(選填“減小”“不變”或“增大”)。(2)若實(shí)驗(yàn)中測(cè)得該電容器在整個(gè)放電過(guò)程中釋放的電荷量Q＝3.44×10－3C，則該電容器的電容為_(kāi)________μF。放電0.2s內(nèi)電容器放出的電荷量不變430(3)關(guān)于電容器在整個(gè)充、放電過(guò)程中的q－t圖像和UAB－t圖像的大致形狀，可能正確的有______(q為電容器極板所帶的電荷量，UAB為A、B兩板的電勢(shì)差)。AD[解析](1)將開(kāi)關(guān)S接通1，電容器與電源相連，所以電容器充電；再將