【典例1】把一个电容器、电流传感器、电阻、电源、单刀双掷开关按图甲连接。先使开关S与1端相连,电源向电容器充电；然后把开关S掷向2端,电容器放电。与电流传感器相连接的计算机(图中未画出)可记录电流随时间变化I -t曲线,逆时针的电流流向为正值。
图乙是某次实验中电流传感器所记录的I -t曲线,请判断该曲线记录的是电容器的________ 过程(选填“充电”或“放电”)。请你用语言描述电容器在此过程中电流随时间如何变化: 。
【解析】根据I -t图线所围成的面积等于电容器的电荷量可知,电容器充电过程中,电荷量增加。
答案:充电 电流随时间逐渐减小到零(且电流随时间减小得越来越慢)
类型2 数据处理
【典例2】如图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:
①按电路图接好实验电路；
②接通开关S,调节电阻箱R的阻值,使微安表的指针接近满刻度,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),则:
(1)根据图示中的描点作出图线。
(2)图示中i -t图线下所围的“面积”所表示的物理意义是: ___________。
(3)根据以上实验结果和图线,估算当电容器两端电压为U0时所带的电量Q0=________ ,并计算电容器的电容C=________ 。(这两空均保留两位小数)
【解析】(1)根据坐标系内所描出的点,用平滑的曲线把各点连接起来,作出图像,图像如图所示。
(2)由ΔQ=i·Δt知,电荷量为i -t图像与坐标轴所包围的面积:则面积为电容器在开始放电时所带的电荷量,即电容器两端电压为U0时所带电量为Q0。
(3)由图示图像可知,“面积”格数约32～33格。电容器两端电压为U0时,电荷量Q0=8.00×10-3 C(8.00×10-3 C～8.25×10-3 C均正确),电容器的电容C== F≈1.29×10-3 F。
答案:(1)
(2)电容器两端电压为U0时所带电量为Q0。 (3)8.00×10-3 C(8.00×10-3～8.25×10-3 C) 1.29×10-3 F(1.29×10-3 ～1.33×10-3 F)
