觀察電容器充、放電現(xiàn)象(課件)高中物理實(shí)驗(yàn)

《高中物理實(shí)驗(yàn)》觀察電容器充、放電現(xiàn)象目錄01020304實(shí)驗(yàn)儀器及步驟數(shù)據(jù)分析及處理誤差分析及討論實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸?5實(shí)驗(yàn)的典型例題目錄CONTENTSPART01實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸韺?shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)觀察電容器的充、放電現(xiàn)象觀察電容器在充電和放電過(guò)程中,兩極板間電壓和電路中電流的變化特點(diǎn)判斷電容器在充電和放電過(guò)程中，兩極板儲(chǔ)存電荷量的變化，會(huì)分析電容器充放電過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化知道電壓表、電流表讀數(shù)的方法和有效數(shù)字的讀取，會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表記錄放電電流隨時(shí)間的變化，會(huì)用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)原理充電過(guò)程：兩極板的電荷量增加極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度增大電源的能量不斷儲(chǔ)存在電容器中VAS12--++++---放電過(guò)程：兩極板的電荷量減小極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減弱電容器中儲(chǔ)存能量釋放，通過(guò)電流做功轉(zhuǎn)化為電路中其他形式能量VAS12-++++----實(shí)驗(yàn)原理電容器充放電過(guò)程中所帶電荷量的測(cè)量：電容器在充、放電時(shí)，由于電流大小隨時(shí)間變化，可把橫坐標(biāo)t分成許多很小的時(shí)間間隔Δt1、Δt2、……Δtn，在這些小區(qū)間里可以認(rèn)為電容器充、放電的電流不變，即I1、I2、……In，電容器所帶電荷量為Q=I1Δt1+I2Δt2+……+InΔtn。此數(shù)值等于電容器充、放電I-t圖線與坐標(biāo)軸所包圍的面積。估算電荷量時(shí)，可采用面積估算法，先數(shù)出I-t圖像在坐標(biāo)紙上圖形所占有的格數(shù)（不到半格的舍去，超過(guò)半格的按一格算），然后用格子數(shù)乘以一格所代表的電荷量，即最終電容器所帶的電荷量。PART02實(shí)驗(yàn)儀器及步驟實(shí)驗(yàn)儀器學(xué)生電源、電阻箱、電容器（幾千微法以上）、電流表（靈敏電流表）、電壓表以及單刀雙擲開關(guān)、導(dǎo)線若干、計(jì)時(shí)器等。實(shí)驗(yàn)步驟1.檢查電表的指針是否在“0”刻度線，若不是，應(yīng)先進(jìn)行機(jī)械調(diào)零。2.選擇合適的電表量程，按照如圖所示連接到電路實(shí)物元件，電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)淖柚担◣浊W姆）。3.將開關(guān)撥到1，觀察電流表指針偏轉(zhuǎn)的方向以及電流表、電壓表示數(shù)的變化，記錄各個(gè)數(shù)據(jù)VGS12-4.將開關(guān)撥到2，觀察電流表指針偏轉(zhuǎn)的方向以及電流表、電壓表示數(shù)的變化，記錄各個(gè)數(shù)據(jù)觀察電容器充、放電過(guò)程中電流、電壓變化及分析能量變化實(shí)驗(yàn)步驟5.將開關(guān)撥到1，待電容器充滿電后，將開關(guān)撥到2，觀察電流表隨時(shí)間的變化，每隔5s讀出電流表的示數(shù)并記錄數(shù)據(jù)。VGS12-探究電容器充、放電過(guò)程各種電荷量的變化6.改變電阻箱的阻值，重復(fù)步驟5進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)。7.改變電源的輸出電壓，重復(fù)步驟5進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)。8.斷開開關(guān)，拆除線路，整理器材。注意事項(xiàng)電流表要選用小量程的靈敏電流表。要選擇電容大的電容器。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行。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。PART03數(shù)據(jù)分析及處理數(shù)據(jù)處理及分析【數(shù)據(jù)記錄】電容器充、放電過(guò)程中電流、電壓等變化開關(guān)位置電流方向電流變化電壓方向電容器的電荷量能量轉(zhuǎn)化12【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】1、電容器在充電過(guò)程中：電流從電源的_____極流出，充電電流逐漸變______，電容器兩端的電壓逐漸變_______，表明電容器所帶的電荷量在逐漸變______，______的能量不斷地儲(chǔ)存在電容器中。2、電容器在放電過(guò)程中：電流從電容器的_____極板流出，放電電流逐漸變______，電容器兩端的電壓逐漸變_______，表明電容器所帶的電荷量在逐漸變______，______把儲(chǔ)存的能量通過(guò)電流做功轉(zhuǎn)化為電路中的_______。數(shù)據(jù)處理及分析【數(shù)據(jù)記錄】電容器放電過(guò)程中電流、時(shí)間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄序號(hào)12345678910第1次I/mAt/s第2次I/mAt/s第3次I/mAt/s數(shù)據(jù)處理及分析【數(shù)據(jù)處理】

根據(jù)電容器放電過(guò)程中電流、時(shí)間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制I-t圖數(shù)據(jù)處理及分析【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】根據(jù)電容器放電過(guò)程中電流、時(shí)間實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制I-t圖分析可得1.在充電電壓相同的情況下，改變電路中電阻箱的阻值，兩次電容器放電釋放的電荷量在誤差允許范圍內(nèi)___________，這表明：電容器儲(chǔ)存的電荷量與放電電路中的電阻大小___________。2.改變充電電壓，兩次電容器放電釋放的電荷量__________，這表明：電容器儲(chǔ)存的電荷量與_______有關(guān)。PART04誤差分析及討論問(wèn)題討論及誤差分析誤差分析：本實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的誤差的主要因素有哪些？①電壓表讀數(shù)及電流表不夠靈敏造成的偶然誤差②充放電時(shí)間較短、現(xiàn)象記錄不夠準(zhǔn)確出現(xiàn)的偶然誤差③電容器電容較小、電源不穩(wěn)定造成的系統(tǒng)誤差問(wèn)題1：為什么充電電壓越大，電容器放電時(shí)釋放的電荷量越大？充電電壓越大，電容器充電時(shí)儲(chǔ)存的電荷量越多，放電時(shí)釋放的電荷量也越大。電壓與電荷量的比值，即電容不變。問(wèn)題討論及誤差分析問(wèn)題2：電壓相同的情況下，改變電路中電阻箱的阻值，電容器放電時(shí)釋放的電荷量為何相等？放電電流的大小變化是否相同？

在充電電壓相同的情況下，兩次電容器充電時(shí)儲(chǔ)存的電荷量相等，根據(jù)電荷守恒定律，無(wú)論電路中的總電阻如何變化，電容器完全放電釋放的總電荷量是不變的。

根據(jù)歐姆定律，電路中電阻阻值越大，電路中的放電電流就越小，由Q=It可知放電時(shí)間也就越長(zhǎng)。在I-t圖像中圖線的面積一定即表示電荷量相等，電流變化快慢不一樣。擴(kuò)展：用傳感器觀察電容器的放電過(guò)程

電流傳感器可以像電流表一樣測(cè)量電流，不同的是，它的反應(yīng)非常快，可以捕捉到瞬間的電流變化。通過(guò)與計(jì)算機(jī)相連，可以直觀顯示出電流隨時(shí)間變化的I-t圖像。

按照如圖連接電路，電源用直流8V左右，電容器可選幾十微法的電解電容器。先使開關(guān)S與1端相連，電源向電容器充電，這個(gè)過(guò)程可在短時(shí)間內(nèi)完成。

然后把開關(guān)S擲向2端，電容器通過(guò)電阻R放電，傳感器將電流信息傳入計(jì)算機(jī)，屏幕上顯示出電流隨時(shí)間變化的I-t圖像。擴(kuò)展：用傳感器觀察電容器的放電過(guò)程議一議：在圖中畫一個(gè)豎立的狹長(zhǎng)矩形，它的面積的物理意義是什么？怎樣根據(jù)I-t圖像估算電容器在全部放電過(guò)程中釋放的電荷量？如果要測(cè)繪充電時(shí)的I-t圖像，應(yīng)該怎樣連接電路？怎樣進(jìn)行測(cè)量？得到的I-t圖像可能是什么形狀的？PART05實(shí)驗(yàn)的典型例題“探究電容器充放電”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示，已知靈敏電流計(jì)0刻度在表盤中央位置，經(jīng)判斷：當(dāng)電流從左接線柱流入時(shí)指針左偏；電流從右接線柱流入時(shí)指針右偏。請(qǐng)根據(jù)所學(xué)知識(shí)回答下列問(wèn)題：(1)電容器充電結(jié)束后，將開關(guān)S扳到b放電的過(guò)程中，靈敏電流計(jì)指針會(huì)______偏(填“左”或“右”)。(2)