二、核心關(guān)鍵——數(shù)據(jù)處理
歸納共性實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵　1．不變的實(shí)驗(yàn)原理通過(guò)觀察連接在回路中的電流表和電壓表示數(shù)變化，得出電容器充、放電過(guò)程的特點(diǎn)。2．必備的實(shí)驗(yàn)器材直流電源、導(dǎo)線、單刀雙擲開(kāi)關(guān)、電容器、定值電阻、電流表(電流傳感器)、電壓表(電壓傳感器)。
3．共同的注意事項(xiàng)(1)連接電路時(shí)注意電流表和電壓表的正、負(fù)極和量程。(2)對(duì)電解電容器也要注意正、負(fù)極。(3)要選擇電容較大的電容器。(4)實(shí)驗(yàn)過(guò)程要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行。
考查點(diǎn)(一)　電容器充、放電現(xiàn)象的定性分析1．(2022·廣州模擬) 如圖為研究電容器充、放電現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路圖，開(kāi)始電容器不帶電。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，首先將開(kāi)關(guān)S合向1，這時(shí)觀察到靈敏電流計(jì)G有短暫的示數(shù)，這說(shuō)明電路中有電流流過(guò)，這個(gè)過(guò)程叫作________，經(jīng)過(guò)這一過(guò)程，電容器的兩極板就會(huì)帶上等量的異號(hào)電荷，其上極板帶________電荷(填“正”或“負(fù)”)，電路穩(wěn)定后靈敏電流計(jì)G的示數(shù)為零。當(dāng)把開(kāi)關(guān)S由1合向2時(shí)，有________(填“自左向右”或“自右向左”)流過(guò)靈敏電流計(jì)G的短暫電流，這個(gè)過(guò)程叫____________________。
解析：將開(kāi)關(guān)S合向1，電源與電容器連通，電路中有電流流過(guò)，說(shuō)明電源在給電容器儲(chǔ)存電荷，這過(guò)程叫作充電；經(jīng)過(guò)這一過(guò)程，電容器的兩極板就會(huì)帶上等量的異號(hào)電荷，其上極板帶正電荷；當(dāng)把開(kāi)關(guān)S由1合向2時(shí)，從電勢(shì)高的正極板能形成電流到電勢(shì)低的負(fù)極板，則有自右向左流過(guò)靈敏電流計(jì)G的短暫電流，這個(gè)過(guò)程叫放電。答案：充電　正　自右向左　放電
2．電容器作為儲(chǔ)能器件，在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用。對(duì)給定電容值為C的電容器充電，無(wú)論采用何種充電方式，其兩極間的電勢(shì)差u隨電荷量q的變化圖像都相同。(1)請(qǐng)?jiān)趫D甲中畫出上述u-q圖像。類比直線運(yùn)動(dòng)中由v-t圖像求位移的方法，求兩極間電壓為U時(shí)電容器所儲(chǔ)存的電能Ep。(2)在如圖乙所示的充電電路中，R表示電阻，E表示電源(忽略內(nèi)阻)。通過(guò)改變電路中元件的參數(shù)對(duì)同一電容器進(jìn)行兩次充電，對(duì)應(yīng)的q-t曲線如圖乙中①②所示。
3. 某同學(xué)利用圖甲所示電路測(cè)量電容器充電時(shí)兩極板間的電壓隨時(shí)間的變化。實(shí)驗(yàn)中使用的器材為：電池E(內(nèi)阻很小)、開(kāi)關(guān)S1和S2、電容器C(約100 μF)、電阻R1(約200 kΩ)、電阻R2(1 kΩ)、電壓表V(量程6 V)、停表、導(dǎo)線若干。(1)按圖甲所示的電路原理圖將圖乙中實(shí)物圖連接起來(lái)。
(2)先閉合開(kāi)關(guān)S2，再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2；閉合開(kāi)關(guān)S1，同時(shí)按下停表開(kāi)始計(jì)時(shí)。若某時(shí)刻電壓表的示數(shù)如圖丙所示，電壓表的讀數(shù)為_(kāi)_____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)如下表所示。在給出的坐標(biāo)紙上繪出U-t圖線。已知只有一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差較大，該數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間是________ s。
(4)電路中C、R2和S2構(gòu)成的回路的作用是____________________________________________________________________________________________________________。解析：(2)電壓表每小格代表0.1 V，且讀數(shù)要求保留兩位小數(shù)，其讀數(shù)為3.60 V。(3)繪出U-t圖線，偏離圖線最遠(yuǎn)的點(diǎn)誤差最大，由此確定t＝40.0 s時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)誤差最大。(4)測(cè)量電容器充電時(shí)兩極板間的電壓隨時(shí)間的變化，必須保證開(kāi)始(t＝0)時(shí)，電容器不帶電。電路中C、R2和S2構(gòu)成回路的作用就是在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，通過(guò)閉合S2，使電容器放電，特別是當(dāng)實(shí)驗(yàn)需要重復(fù)多次時(shí)，在重復(fù)實(shí)驗(yàn)前必須先對(duì)電容器放電。
考查點(diǎn)(二)　電容器充、放電現(xiàn)象的定量計(jì)算4．(2022·河北衡水模擬)在“用傳感器觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)中，電路圖如圖甲。一位同學(xué)使用的電源電動(dòng)勢(shì)為10.0 V，測(cè)得放電的I-t圖像如圖乙所示。(1)若按“四舍五入(大于半格算一個(gè)，小于半格舍去)”法，根據(jù)“I-t圖像與兩坐標(biāo)軸包圍面積”，電容器在全部放電過(guò)程中釋放的電荷量約為_(kāi)_______C。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)
(2)根據(jù)以上數(shù)據(jù)估算電容器的電容值為_(kāi)_____F。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)如果將電阻R換一個(gè)阻值更大的電阻，則放電過(guò)程釋放的電荷量____(填“變多”“不變”或“變少”)。
答案： (1)0.017(0.016～0.018均可)　(2)0.001 7(0.001 6～0.001 8均可)　(3)不變
5．在測(cè)定電容器電容的實(shí)驗(yàn)中，將電容器、電壓傳感器、阻值為3 kΩ的電阻R、電源、單刀雙擲開(kāi)關(guān)按圖甲所示電路圖進(jìn)行連接。先使開(kāi)關(guān)S與1端相連，電源向電容器充電，充電完畢后把開(kāi)關(guān)S擲向2端，電容器放電，直至放電完畢。實(shí)驗(yàn)得到的與電壓傳感器相連接的計(jì)算機(jī)所記錄的電壓隨時(shí)間變化的u-t曲線，如圖乙所示，圖丙為由計(jì)算機(jī)對(duì)圖乙進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后記錄的“峰值”及曲線與時(shí)間軸所圍“面積”。
(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________(填“相同”或“相反”)，大小都隨時(shí)間________(填“增大”或“減小”)。(2)該電容器的電容值為_(kāi)_______F。(結(jié)果保留兩位有效數(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(cè)出電容器的電容值。請(qǐng)你分析并說(shuō)明該同學(xué)的說(shuō)法是否正確。

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