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实验八　观察电容器的充、放电现象
1．充电过程中，电源正极向极板供给正电荷，负极向极板供给负电荷。电荷在电路中定向移动形成电流，两极板间有电压。S刚拨到位置“1”时，电源与电容器之间存在较大的电压，使大量电荷从电源移向电容器极板，产生较大电流，随着极板电荷的增加，极板间电压增大，电流减小。当电容器两极板间电压等于电源电压时，电荷不再定向移动，电流为0。
2．放电过程中，由于电容器两极板间的电压使回路中有电流产生。开始时这个电压较大，因此电流较大，随着电容器极板上的正、负电荷的中和，极板间的电压逐渐减小，电流也减小，最后放电结束，极板间不存在电压，电流为0。
结论：当电容器极板上所储存的电荷量发生变化时，电路中就有电流流过；当电容器极板上所储存的电荷量恒定不变时，电路中就没有电流流过。电路中的平均电流为＝。
1．电流计要选用小量程的灵敏电流计。
2．电容器要选择大容量的电容器。
3．实验过程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，避免烧坏电流计。
考点1　实验原理与实验操作
典例　如图甲所示是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q，从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下：
甲
(1)按电路图连接好实验电路；
(2)接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使微安表的示数接近满刻度，记下这时的电压表读数U0＝6.2
V
和微安表读数I0＝490
μA；
(3)断开开关S并同时开始计时，每隔5
s或10
s读一次微安表的读数i，将读数记录在预先设计的表格中；
(4)根据表格中的12组数据，以t为横坐标，i为纵坐标，在坐标纸上描点(图中用“×”表示)，如图乙所示。
根据以上实验结果和图像，可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷量Q0约为________C，从而算出该电容器的电容约为________F。
乙
考点2　数据分析与误差分析
典例　某同学利用图甲所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材为：电池E(内阻很小)、开关S1和S2、电容器C(约100
μF)、电阻R1(约200
kΩ)、电阻R2(1
kΩ)、电压表V(量程0～6
V)、秒表、导线若干。
(1)按图甲所示的电路原理图将图乙中的实物图连线。
(2)先闭合开关S2，再断开开关S2；闭合开关S1，同时按下秒表开始计时。若某时刻电压表的示数如图丙所示，电压表的读数为________V(结果保留2位小数)。
(3)该同学每隔10
s记录一次电压表的读数，记录的数据如下表所示。
时间t/s
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
电压U/V
2.14
3.45
4.23
4.51
5.00
5.18
在图丁上绘出U?t图线，已知只有一个数据点误差较大，该数据点对应的表中的时间是________
s。
丁
(4)电路中C、R2和S2构成的回路的作用是_________________。
考点3　实验的改进与创新
典例　用下列器材测量电容器的电容：一块多用电表，一台直流稳压电源，一个待测电容器(额定电压16
V)，定值电阻R1＝100
Ω，定值电阻R2＝150
Ω，电流传感器，数据采集器和计算机，单刀双掷开关S，导线若干。实验过程如下：
实验次数
实验步骤
第1次
①将电阻R1等器材按照图甲正确连接电路，将开关S与1端连接，电源向电容器充电
②将开关S掷向2端，测得电流随时间变化的i?t曲线如图乙所示
第2次
③用电阻R2替换R1，重复上述实验步骤①②，测得电流随时间变化的i?t曲线如图丙中的某条虚线所示
说明：两次实验中电源输出的直流电压恒定且相同
请完成下列问题：
(1)第1次实验中，电阻R1两端的最大电压U＝______
V。利用计算机软件测得i?t曲线和两坐标轴所围的面积为90
mA·s，已知电容器放电时其内阻可以忽略不计，则电容器的电容为C＝________F。
(2)第2次实验中，电流随时间变化的i?t曲线应该是图丙中的虚线________(选填“b”“c”或“d”)，判断依据是___________________________
_________________________________________________________________________________________。
【核心归纳】
本实验新调为学生分组实验，会成为高考命题的新增热点。本实验的创新角度主要是实验器材的创新。
创新角度
实验装置图
创新解读
实验器材的创新
用电压传感器结合计算机模拟信号分析电压的变化规律代替通过记录电压表读数变化列表画图分析数据
用电流传感器结合计算机模拟信号分析电流的变化规律代替通过记录电流表读数变化列表画图分析数据
PAGE实验八　观察电容器的充、放电现象
1．充电过程中，电源正极向极板供给正电荷，负极向极板供给负电荷。电荷在电路中定向移动形成电流，两极板间有电压。S刚拨到位置“1”时，电源与电容器之间存在较大的电压，使大量电荷从电源移向电容器极板，产生较大电流，随着极板电荷的增加，极板间电压增大，电流减小。当电容器两极板间电压等于电源电压时，电荷不再定向移动，电流为0。
2．放电过程中，由于电容器两极板间的电压使回路中有电流产生。开始时这个电压较大，因此电流较大，随着电容器极板上的正、负电荷的中和，极板间的电压逐渐减小，电流也减小，最后放电结束，极板间不存在电压，电流为0。
结论：当电容器极板上所储存的电荷量发生变化时，电路中就有电流流过；当电容器极板上所储存的电荷量恒定不变时，电路中就没有电流流过。电路中的平均电流为＝。
1．电流计要选用小量程的灵敏电流计。
2．电容器要选择大容量的电容器。
3．实验过程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，避免烧坏电流计。
考点1　实验原理与实验操作
典例　如图甲所示是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q，从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下：
甲
(1)按电路图连接好实验电路；
(2)接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使微安表的示数接近满刻度，记下这时的电压表读数U0＝6.2
V
和微安表读数I0＝490
μA；
(3)断开开关S并同时开始计时，每隔5
s或10
s读一次微安表的读数i，将读数记录在预先设计的表格中；
(4)根据表格中的12组数据，以t为横坐标，i为纵坐标，在坐标纸上描点(图中用“×”表示)，如图乙所示。
根据以上实验结果和图像，可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷量Q0约为________C，从而算出该电容器的电容约为________F。
乙
【自主解答】
解析：按照题图乙中的点，用光滑曲线把它们依次连接起来，得到i?t图线，图线和横轴所围的面积大小就表示放电荷量，即原来电容器的带电荷量。每小格相当于2.5×10－4C，用四舍五入法数得小方格有32个，所以Q0＝8×10－3
C。再由C＝，得C＝1.3×10－3
F。
答案：8×10－3　1.3×10－3
考点2　数据分析与误差分析
典例　某同学利用图甲所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。实验中使用的器材为：电池E(内阻很小)、开关S1和S2、电容器C(约100
μF)、电阻R1(约200
kΩ)、电阻R2(1
kΩ)、电压表V(量程0～6
V)、秒表、导线若干。
(1)按图甲所示的电路原理图将图乙中的实物图连线。
(2)先闭合开关S2，再断开开关S2；闭合开关S1，同时按下秒表开始计时。若某时刻电压表的示数如图丙所示，电压表的读数为________V(结果保留2位小数)。
(3)该同学每隔10
s记录一次电压表的读数，记录的数据如下表所示。
时间t/s
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
电压U/V
2.14
3.45
4.23
4.51
5.00
5.18
在图丁上绘出U?t图线，已知只有一个数据点误差较大，该数据点对应的表中的时间是________
s。
丁
(4)电路中C、R2和S2构成的回路的作用是_________________。
【自主解答】
解析：(1)根据电路图，实物图连线如图甲所示。
甲
(2)电压表的量程为0～6
V，分度值为0.1
V，所以读数为3.60
V。
(3)先描点，然后用平滑的曲线将所描的点连接起来，如图乙所示。
乙
由图乙可知误差较大的数据点对应表中的时间为
40.0
s。
(4)电路中C、R2和S2构成的回路，先闭合开关S2，再断开开关S2，使电容器上所带电荷量释放干净，不影响下一次实验。
答案：(1)见解析图甲　(2)3.60　(3)见解析图乙　40.0　(4)使每次实验前电容器两极板上的电荷相中和
考点3　实验的改进与创新
典例　用下列器材测量电容器的电容：一块多用电表，一台直流稳压电源，一个待测电容器(额定电压16
V)，定值电阻R1＝100
Ω，定值电阻R2＝150
Ω，电流传感器，数据采集器和计算机，单刀双掷开关S，导线若干。实验过程如下：
实验次数
实验步骤
第1次
①将电阻R1等器材按照图甲正确连接电路，将开关S与1端连接，电源向电容器充电
②将开关S掷向2端，测得电流随时间变化的i?t曲线如图乙所示
第2次
③用电阻R2替换R1，重复上述实验步骤①②，测得电流随时间变化的i?t曲线如图丙中的某条虚线所示
说明：两次实验中电源输出的直流电压恒定且相同
请完成下列问题：
(1)第1次实验中，电阻R1两端的最大电压U＝______
V。利用计算机软件测得i?t曲线和两坐标轴所围的面积为90
mA·s，已知电容器放电时其内阻可以忽略不计，则电容器的电容为C＝________F。
(2)第2次实验中，电流随时间变化的i?t曲线应该是图丙中的虚线________(选填“b”“c”或“d”)，判断依据是___________________________
________________________________________________________________________________________________。
【自主解答】
解析：(1)由题图乙知，最大电流为Im＝90
mA＝0.09
A，因此最大电压为Um＝ImR1＝9
V；曲线与坐标轴所围的面积表示电容器的带电荷量Q＝90
mA·s，根据电容器的定义式可得C＝1×10－2
F。
(2)根据im＝，知第2次实验的最大放电电流小些，而曲线与坐标轴所围的面积相等，故电流随时间变化的曲线应该是虚线c。
答案：(1)9　1×10－2　(2)c　两次放电电荷量相等，图线与t轴围成的部分面积相等，另由于R2>R1，开关掷向2瞬间放电电流较小
【核心归纳】
本实验新调为学生分组实验，会成为高考命题的新增热点。本实验的创新角度主要是实验器材的创新。
创新角度
实验装置图
创新解读
实验器材的创新
用电压传感器结合计算机模拟信号分析电压的变化规律代替通过记录电压表读数变化列表画图分析数据
用电流传感器结合计算机模拟信号分析电流的变化规律代替通过记录电流表读数变化列表画图分析数据
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