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静电场第七章实验9观察电容器的充、放电现01主干回顾·强化根基实验原理与操作[实验目的]1．会根据电路图正确连接实物图．2．认真观察、并记录电容器充、放电的实验现象．[实验原理]1．电容器的充电过程当S接1时，电容器接通电源，与电源正极相接，电容器极板的自由电子在电场力的作用下将经过电源移到与电源负极相接的下极板，正极由于失去负电荷而带正电，负极由于获得负电荷而带负电，正、负极板所带电荷大小相等，符号相反，如图甲所示．电荷定向移动形成电流，由于同性电荷的排斥作用，所以开始电流最大，以后逐渐减小，在电荷移动过程中，电容器极板储存的电荷不断增加，电容器两极板间电压U等于电源电压E时电荷停止移动，电流I＝0.2．电容器的放电过程当S接2时，电容器的两极板用导线连接起来，电容器C正极板正电荷与负极板上的负电荷中和，两极板的电荷量逐渐减少，表现为电流逐渐减小，电压也逐渐减小为零(如图乙所示)．[实验器材]电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表和电压表．[实验过程]1．实验步骤(1)调节直流可调电源，输出为6V，并用多用电表校准．(2)关闭电源开关，正确连接实物图，电路图如图．(3)打开电源，把双掷开关S打到上面，使触点1和触点2连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在数据处理的表格中．(4)把双掷开关S打到下面，使触电3和触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在数据处理的表格中．(5)记录好实验结果，关闭电源．实验数据处理[数据处理]实验项目实验现象电容器充电灯泡亮度由明到暗最后熄灭安培表1读数由大到小最后为零伏特表读数由小到大最后为6V电容器放电灯泡亮度由明到暗最后熄灭安培表2读数由大到小最后为零伏特表读数由大到小最后为零◎注意事项1．电流表要选用小量程的灵敏电流表．2．要选择大容量的电容器．3．实验过程中要在干燥的环境中进行．4．在做放电实验时，在电路中串联一个电阻，避免烧坏电流表．02核心考点·探究突破考点一电容器的充、放电现象的定性分析[例1]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3kΩ的电阻R、电源、单刀双掷开关按图甲所示电路图进行连接．先使开关S与1端相连，电源向电容器充电，充电完毕后把开关S掷向2端，电容器放电，直至放电完毕．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ut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．(1)根据图甲所示的电路，观察图乙可知：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)当开关接“1”时，是充电还是放电？上极板带什么电？(3)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．请你分析并说明该同学的说法是否正确．答案(1)相反减小(2)充电带正电(3)正确解析(1)根据图甲所示的电路，观察图乙可知：充电电流与放电电流方向相反，大小都随时间减小．(2)当开关接“1”时，是与电源连接，是充电，且上极板带正电．(3)正确．因为当开关S与2连接，电容器放电的过程中，电容器C与电阻R上的电压大小相等，因此通过对放电曲线进行数据处理后记录的“峰值Um”及曲线与时间轴所围“面积S”，可应用C＝QU＝SRUm计算电容值．考点二电容器的充、放电现象的定量计算[例2](多选)电流传感器可以像电流表一样测量电流，可以捕捉到瞬间的电流变化，相当于一个理想电流表．用如图甲所示的电路来研究电容器的放电过程．实验时将开关S拨到1端，用直流电压为8V的电源给电容器充电，待电路稳定后，将电流传感器打开，再将开关S拨到2端，电容器通过电阻R放电．以S拨到2端时为t＝0时刻，电流传感器测得的电流I随时间t的变化图象如图乙所示，根据题意，下列说法正确的是()A．由It图象可知，电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为3.2×10－3CB．由It图象可知，电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为3.2CC．此电容器的电容约为4.0×10－4FD．此电容器的电容约为0.4F答案AC解析将横坐标t分成许多很小的时间间隔Δt，在这些很小的时间间隔里，放电电流I可以视为不变，则IΔt为这段时间内的电量，则电容器所带的电荷量为Q＝I1Δt1＋I2Δt2＋I3Δt3＋…＋InΔtn，式中I1Δt1、I2Δt2…为图中的狭条形面积，由此可知，电容器所带的电荷量在数值上等于图象与坐标轴所包围的面积．纵坐标的每个小格为0.2mA，横坐标的每个小格为0.4s，则每个小格所代表的电荷量数值为q＝0.2×10－3×0.4C＝8×10－5C，曲线下包含的小正方形的个数为39个(格数为38～42都正确)；总放电量为Q＝39×8×10－5C＝3.12×10－3C，故A正确，B错误．由电容器的计算公式，可得电容值C＝QU＝3.2×10－38F＝4×10－4F，故C正确，D错误．