资源简介

(共23张PPT)
《高中物理实验》
观察电容器
充、放电现象
目录
01
02
03
04
实验仪器及步骤
数据分析及处理
误差分析及讨论
实验目的及原理
05
实验的典型例题
目录
CONTENTS
PART 01
实验目的及原理
实验目的
通过实验观察电容器的充、放电现象
观察电容器在充电和放电过程中,两极板间电压和电路中电流的变化特点
判断电容器在充电和放电过程中，两极板储存电荷量的变化，会分析电容器充放电过程中能量的转化
知道电压表、电流表读数的方法和有效数字的读取，会设计实验数据记录表记录放电电流随时间的变化，会用图像法处理实验数据
实验原理
充电过程：
两极板的电荷量增加
极板间的电场强度增大
电源的能量不断储存在电容器中
V
A
S
1
2
-
-
+
+
+
+
-
-
-
放电过程：
两极板的电荷量减小
极板间的电场强度减弱
电容器中储存能量释放，通过电流做功转化为电路中其他形式能量
V
A
S
1
2
-
+
+
+
+
-
-
-
-
实验原理
电容器充放电过程中所带电荷量的测量：
电容器在充、放电时，由于电流大小随时间变化，可把横坐标t分成许多很小的时间间隔Δt1、Δt2、……Δtn，在这些小区间里可以认为电容器充、放电的电流不变，即I1、I2、……In，电容器所带电荷量为Q=I1Δt1+I2Δt2+……+InΔtn。此数值等于电容器充、放电I-t图线与坐标轴所包围的面积。
估算电荷量时，可采用面积估算法，先数出I-t图像在坐标纸上图形所占有的格数（不到半格的舍去，超过半格的按一格算），然后用格子数乘以一格所代表的电荷量，即最终电容器所带的电荷量。
PART 02
实验仪器及步骤
实验仪器
学生电源、电阻箱、电容器（几千微法以上）、电流表（灵敏电流表）、电压表以及单刀双掷开关、导线若干、计时器等。
实验步骤
1.检查电表的指针是否在“0”刻度线，若不是，应先进行机械调零。
2.选择合适的电表量程，按照如图所示连接到电路实物元件，电阻箱调到适当的阻值（几千欧姆）。
3.将开关拨到1，观察电流表指针偏转的方向以及电流表、电压表示数的变化，记录各个数据
V
G
S
1
2
-
4.将开关拨到2，观察电流表指针偏转的方向以及电流表、电压表示数的变化，记录各个数据
观察电容器充、放电过程中电流、电压变化及分析能量变化
实验步骤
5.将开关拨到1，待电容器充满电后，将开关拨到2，观察电流表随时间的变化，每隔5s读出电流表的示数并记录数据。
V
G
S
1
2
-
探究电容器充、放电过程各种电荷量的变化
6.改变电阻箱的阻值，重复步骤5进行实验，记录数据。
7.改变电源的输出电压，重复步骤5进行实验，记录数据。
8.断开开关，拆除线路，整理器材。
注意事项
电流表要选用小量程的灵敏电流表。
要选择电容大的电容器。
实验过程中要在干燥的环境中进行。
放电实验时，在电路中串联一个电阻，避免烧坏电流表。
PART 03
数据分析及处理
数据处理及分析
【数据记录】电容器充、放电过程中电流、电压等变化
开关位置 电流方向 电流变化 电压方向 电容器的电荷量 能量转化
1
2
【实验结论】
1、电容器在充电过程中：电流从电源的_____极流出，充电电流逐渐变______，电容器两端的电压逐渐变_______，表明电容器所带的电荷量在逐渐变______，______的能量不断地储存在电容器中。
2、电容器在放电过程中：电流从电容器的_____极板流出，放电电流逐渐变______，电容器两端的电压逐渐变_______，表明电容器所带的电荷量在逐渐变______，______把储存的能量通过电流做功转化为电路中的_______。
数据处理及分析
【数据记录】电容器放电过程中电流、时间实验数据记录
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
第 1 次 I/mA
t/s
第 2次 I/mA
t/s
第 3次 I/mA
t/s
数据处理及分析
【数据处理】
根据电容器放电过程中电流、时间实验数据绘制I-t图
数据处理及分析
【实验结论】
根据电容器放电过程中电流、时间实验数据绘制I-t图分析可得
1.在充电电压相同的情况下，改变电路中电阻箱的阻值，两次电容器放电释放的电荷量在误差允许范围内___________，这表明：
电容器储存的电荷量与放电电路中的电阻大小___________。
2.改变充电电压，两次电容器放电释放的电荷量__________，这表明：电容器储存的电荷量与_______有关。
PART 04
误差分析及讨论
问题讨论及误差分析
误差分析：本实验中产生的误差的主要因素有哪些？
①电压表读数及电流表不够灵敏造成的偶然误差
②充放电时间较短、现象记录不够准确出现的偶然误差
③电容器电容较小、电源不稳定造成的系统误差
问题1：为什么充电电压越大，电容器放电时释放的电荷量越大？
充电电压越大，电容器充电时储存的电荷量越多，放电时释放的电荷量也越大。电压与电荷量的比值，即电容不变。
问题讨论及误差分析
问题2：电压相同的情况下，改变电路中电阻箱的阻值，电容器放电时释放的电荷量为何相等？放电电流的大小变化是否相同？
在充电电压相同的情况下，两次电容器充电时储存的电荷量相等，根据电荷守恒定律，无论电路中的总电阻如何变化，电容器完全放电释放的总电荷量是不变的。
根据欧姆定律，电路中电阻阻值越大，电路中的放电电流就越小，由Q=It可知放电时间也就越长。在I-t图像中图线的面积一定即表示电荷量相等，电流变化快慢不一样。
扩展：用传感器观察电容器的放电过程
电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是，它的反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化。通过与计算机相连，可以直观显示出电流随时间变化的I-t图像。
按照如图连接电路，电源用直
流8V左右，电容器可选几十微法的
电解电容器。先使开关S与1端相连
，电源向电容器充电，这个过程可
在短时间内完成。
然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻 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图像。
扩展：用传感器观察电容器的放电过程
议一议：
在图中画一个竖立的狭长矩形，它的面积的物理意义是什么？
怎样根据 I-t 图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量？
如果要测绘充电时的I-t 图像，应该怎样连接电路？怎样进行测量？得到的 I-t 图像可能是什么形状的？
PART 05
实验的典型例题
“探究电容器充放电”的实验装置示意图如图所示，已知灵敏电流计0刻度在表盘中央位置，经判断：当电流从左接线柱流入时指针左偏；电流从右接线柱流入时指针右偏。请根据所学知识回答下列问题：
(1)电容器充电结束后，将开关S扳到b放电的过程中，灵敏电流计指针会 ______ 偏(填“左”或“右”)
。(2)将开关S扳到a，让电源给电容器充电结束后，保持开关位置不变，若将电容器中间插入一层有机玻璃板，则在插入过程中灵敏电流计指针 ______ 偏(填“左”或“右”)。
(3)电容器充电结束后，将开关
S扳到b放电的过程中，用电流传感器通过计算机观察到电流随时间变化的情况是 ______ 。
实验的典型例题
左
右
C

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