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电势能与电势差章二第
第5节科学探究:电容器
情境导入据记载,1752年,富兰克林曾利用莱顿瓶(图2-22)进行了著名的费城实验,即用风筝将“天电”引下来,收集到莱顿瓶中。为什么莱顿瓶能把电荷储存起来?本节将学习储存
电荷的常用电学元件——电容器.
讲授新课当原来不带电的电容器的两极板连接电源时,电容器充电,两极板会分别带上等量异种电荷,如图2-23(a)所示。一、观察电容器的充、放电现象能储存电荷的电学元件称为电容器(capacitor)。两块彼此绝缘的平行金属板可组成最简单的电容器,即平行板电容器。
讲授新课电容器充电后,两极板间存在电场,电荷因受静电力的作用而储存在极板上。当充电后的电容器两极板通过电流计接通时,电路中会形成瞬时电流而发生放电,使两极板的电荷中和而不再带电,如图2-23(b)所示。下面我们通过实验来研究电容器的充电和放电。
讲授新课(1)通过观察,了解电容器在充电和放电的过程中,两极板间电压和电路中电流的变化。
(2)判断电容器在充电和放电的过程中,两极板储存电荷量的变化。实验器材实验目的电解电容器、直流电源、电流计、电压表、电阻、单刀双掷开关、导线。
讲授新课实验电路如图2-24所示。当开关拨到位置“1”时,电源E对电容器充电;当开关拨到位置“2”时,电容器放电。在充电和放电过程中,利用电流计观察电路的电流大小和方向的变化,利用电压表观察电容器两极板间电压的变化,进而判断电容器两极板储存电荷量的变化。实验原理与设计
讲授新课按照实验电路图连接电路,观察电容器的充、放电过程中电流计和电压表指针的偏转情况。请写出实验步骤,完成实验操作。实验步骤数据分析将测量的信息填入你设计的表格中,请分析观察到的现象并得出结论。
讲授新课讨论请写出实验结论实验结论充电后,将开关断开,你会观察到什么现象?
素养提升能分析物理现象,有针对性地提出可探究的物理问题;能根据实验目的与器材等设计实验步骤,进行实验,会观察物理现象,获得证据,有安全意识;能记录并分析实验现象、形成与实验目的相关的结论,并尝试作出解释;能撰写完整的实验报告,在报告中能呈现设计的实验步骤、实验表格,以及分析过程和实验结论,能根据实验报告进行交流。注意提升实验观察能力和科学推理能力。——科学探究
迷你实验室用发光二极管观察电容器的充电和放电二极管是一种半导体元件,具有单向导电性,用D表示,其电路符号为(该符号左端为正极,右端为负极)。发光二极管是二极管的一种。当发光二极管接正向电压(发光二极管的正、负极分别与电源正、负极相接)时,二极管导通并发光;接反向电压时,二极管的电阻很大,不会发光。按图2-25所示连接电路,将开关分别拨到位置“1”和“2”时,哪个二极管会发光?
迷你实验室请解释观察到的现象。
讲授新课二、电容器的电容?
讲授新课式中,Q是指电容器的一个极板上电荷量的绝对值。电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,表现了电容器储存电荷的特性。在国际单位制中,电容的单位是法拉,简称法,符号为F。1F=1C/V除了法拉,电容的单位还有微法(μF)、皮法(pF)等。
拓展一步静电计(图2-26)本身是一个电容器,它的指针所带电荷量跟指针与外壳间的电势差成正比,指针所带电荷量越多,张角就越大,表明指针与外壳间的电势差越大。将静电计的金属球和外壳分别与平行板电容器的两极板连接,当电荷停止运动后,静电计的金属球与外壳间的电势差和平行板电容器两极板间的电势差相等。从静电计指针偏转角度的大小可推知电容器两极板间电势差的大小。
实验与探究平行板电容器的电容如图2-27所示,对于已经充电的平行板电容器,保持极板的正对面积S和极板上的电荷量Q不变,改变两极板的间距d,通过静电计观察两极板间的电势差U的变化,由此可知电容C与d的变化关系。与之类似,保持、d不变,只改变S,观察电势差U的变化,由此可知电容C与面积S的变化关系。通过此实验,你知道平行板电容器的电容C与间距d、面积S的大致关系了吗?
总结归纳大量研究表明,平行板电容器的电容C与正对面积S成正比,与极板间的距离d成反比。当平行板电容器的两极板间是真空时,在国际单位制中,有
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