實驗觀察電容器的充放電現(xiàn)象

1、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(jī)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電過程,形成電流曲線2的過

2、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(dāng)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。(2)3.3610-3 C解析(1)

3、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 mA0.4 s=0.08 mAs=8.010-5 C,電容器充滿電后儲存的電荷量q=428.010-5 C =3.3610-3 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 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

4、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(biāo)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(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

5、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(jìn)行連接。先使開關(guān)S與1端相連,電源向電容器充電,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(jī)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

6、計算機(jī)對圖乙進(jìn)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(rèn)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)1.010-2(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=URt可知將圖中曲線與時間軸所圍面積數(shù)值除以電阻值

7、,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(dāng)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(jìn)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=150 ,電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機(jī),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

8、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(jī)軟件測得i-t曲線和兩坐標(biāo)軸所圍的面積為90 mAs,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)910.010-3(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R2R1,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=0.09100 V=9 V,i-t曲線和兩坐標(biāo)軸所圍的面積表示電容器的帶電量Q=90 mAs,由電容器電容的定義式,C=Q/Um可得