实验讲义10-观察电容器的充放电现象

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1源自实验：观察电容器的充放电现象
2020 年 4 月 11 日
1．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 A．若此刻电路中电流流向左极板，则电容器一定在放电 B．若此刻电路中电流流向左极板，则电容器板间电压在增大 C．若此刻电路中电流流向右极板，则电容器板间电场在增强 D．电容器板间电场最强时，电路中电流一定最大
请列举出高中阶段你遇到过的所有类似的关系图像，图线可以是直线也可以是曲线，可以过原点也可以 有横纵截距。请说明图像斜率和面积的物理意义。
5
A
B
C
D
4．某同学按如图 1 所示连接电路，利用电流传感器研究电容器的放电过程。先使开关 S 接 1，电容器
充电完毕后将开关掷向 2，可视为理想电流表的电流传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时
间变化的 I-t 曲线，如图 2 所示。定值电阻 R 已知，且从图中可读出最大放电电流 I0，以及图线与坐标轴围 成的面积 S，但电源电动势、内电阻、电容器的电容均未知，根据题目所给的信息，下列物理量不．能．求．出．的
2
实验：观察电容器的充放电现象
2020 年 4 月 11 日
（5）将电压传感器换成电流传感器，按如图丁所示连接电路研究电容器的放电过程。先使开关 S 接 1，电容器很快充电完毕。然后将开关掷向 2，电容器通过 R 放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕 上显示出电流随时间变化的 I-t 曲线如图戊所示。他进一步研究滑动变阻器的阻值变化对曲线的影响，断 开 S，先将滑片 P 向右移动一段距离，再重复以上操作，又得到一条 I-t 曲线。请在图戊内绘制新的曲线， 并说明原因。
4
实验：观察电容器的充放电现象
2020 年 4 月 11 日
9. 物理图象可以反映两个相关量之间的数值关系，图像的斜率和图线与坐标轴所围面积往往也有特别 的含义。例如平行板电容器两极板间电压与电容器所带电荷量的关系图像，其斜率可以反映该电容器电容 的大小，图线与坐标轴围成的面积表示电容器储存的电能。
ba
C．实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角变大 D．实验中，只增加极板带电量，静电计指针的张角变大，表明电容增大
8．用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素（如图）。设两极板正对面积为 S，极板间的距离 为 d ，静电计指针偏角为 。实验中，极板所带电荷量不变，有
A．若保持 S 不变，增大 d ，则 变大 B．若保持 S 不变，增大 d ，则 变小 C．若保持 d 不变，减小 S ，则 变小 D．若保持 d 不变，减小 S ，则 不变
（3）若保持开关 S 闭合，一电子以初速度 v0 沿平行极板方向射入平行板电容后，能通过电容器。现 将极板间的距离增大（电子任能够穿过电容器），则以下判断正确的是
A．电容器两极板间的电场强度变大
B．电子离开电容器时速度的偏转角变小
C. 电子离开电容器时的侧移量变大
D．电子通过电容器的时间变短
6．电容器充电后就储存了能量，某同学研究电容器储存的能量 E 与电容器的电容 C、电荷量 Q 及电容
Sa b AC
E
+Q
E
U
-Q
Sa b A U=0
（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．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的电阻 R、电源、单刀双掷开 关按图甲所示电路图进行连接。
（1）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”）。
（2）下图中关于充电过程中电容器储存的电荷量与两极板间电压、电路中电流与时间关系正确的是
P
2
1
R
S
接计算机 电 流
传感器
C
E
图丁
图戊
3．某物理兴趣小组利用如图所示的电路给一个原来不带电的电容器充电。在充电过程中，电路中的电 流为 i，电容器所带的电荷量为 q，两极板间的电势差为 u，电容器储存的能量为 E 电。下面的四幅示意图分 别表示 i、q、u 和 E 电随时间 t 的变化关系，其中可能正确的是
是
R 接计算机 电 流
传感器
2
1
S
C
电容
E
电源
图1
A．电容器放出的总电荷量 C．电容器的电容
图2
B．电阻 R 两端的最大电压 D．电源的内电阻
5．如图是演示电容充电的电路图，图中 C 是平行板电容器，R 是可变电阻。S 接通后，电容器的上下 两极板带有等量电荷，两极板间产生匀强电场。
（1）电容器充电后，断开开关 S，若增大两板的距离，下列说法正确的是
i
i
q
q
0
t0
t
0
U0
U
AC
DB
C
A
DB
（3）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，根据图像可知：
①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）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
面积
C．对同一电容器，电容器储存的能量 E 与两极间电压 U 成正比
D．若电容器电荷量为 Q 时储存的能量为 E，则电容器电荷量为 Q/2
Δq
时储存的能量为 E/2
图3
7．研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示。下列说法正确的是 A．实验前，只用带电玻璃棒与电容器 a 板接触，能使电容器带电 B．实验中，只将电容器 b 板向上平移，静电计指针的张角变小
3
实验：观察电容器的充放电现象
2020 年 4 月 11 日
A．平行板电容器的电容变大 B．平行板电容器极板的电量变大 C．平行板电容器两板间的电势差变大 D．平行板电容器两板间的的电场强度变大
（2）调节可变电阻 R 使其阻值分别为 Ra 和 Rb,对电容器进行充电（充电前电容器均不带电）。C 表示该 电容器的电容，U 表示电容器两极板的电势差，Q 表示电容器带电量，E 表示电容器所存储的电能，I 表示 电容器充电过程中流经电阻的电流，t 表示充电时间，若已知电源的电动势保持不变，其内阻忽略不计，Ra<Rb,。 以下描绘 a、b 两个充电过程的图像，合理的是
器两极间电压 U 之间的关系。他从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到
另一个极板过程中克服电场力所做的功。为此他做出电容器两极间的电压 u 随电荷量 q 变化的图像（图 3 所示）。按照他的想法，下列说法正确的是 u
A．u-q 图线的斜率越大，电容 C 越大
B．搬运 Δq 的电量，克服电场力所做的功近似等于 Δq 上方小矩形的
②利用传感器处理的数据可计算：当充电结束时，该电容器储存的电荷量是____________C；该电容
器的电容值为____________F；（结果保留2位有效数字）
（4）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。你是否同意他的说法？请你分析说明你的观点。
实验：观察电容器的充放电现象
2020 年 4 月 11 日
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