問題詳情:
電容器作為儲能器件,在生產生活中有廣泛的應用.對給定電容值為C的電容器充電,無論採用何種充電方式,其兩極間的電勢差u隨電荷量q的變化圖像都相同.
(1)請在圖1中畫出上述u–q圖像.類比直線運動中由v–t圖像求位移的方法,求兩極間電壓為U時電容器所儲存的電能Ep.
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(2)在如圖2所示的充電電路中,R表示電阻,E表示電源(忽略內阻).通過改變電路中元件的參數對同一電容器進行兩次充電,對應的q–t曲線如圖3中①②所示.
a.①②兩條曲線不同是______(選填E或R)的改變造成的;
b.電容器有時需要快速充電,有時需要均勻充電.依據a中的結論,説明實現這兩種充電方式的途徑.
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(3)設想使用理想的“恆流源”替換(2)中電源對電容器充電,可實現電容器電荷量隨時間均勻增加.請思考使用“恆流源”和(2)中電源對電容器的充電過程,填寫下表(選填“增大”、“減小”或“不變”).
“恆流源” | (2)中電源 | |
電源兩端電壓 | ____ | ____ |
通過電源的電流 | ____ | ____ |
【回答】
R 要快速度充電時,只要減小圖2中的電阻R;要均勻充電時,只要適當增大圖2中的電阻R即可 增大 不變 不變 減小
【詳解】
由電容器電容定義式得到圖象,類比圖象求位移求解電量,由圖3斜率解決兩種充電方式不同的原因和方法;根據電容器充電過程中電容器兩極板相當於電源解答
(1)由電容器電容定義式可得:,整理得:,所以圖象應為過原點的傾斜直線,如圖:
由題可知,兩極間電壓為U時電容器所儲存的電能即為圖線與橫軸所圍面積,即,當兩極間電壓為U時,電荷量為,所以;
(2)a.由於電源內阻不計,當電容器充滿電後電容器兩端電壓即電源的電動勢,電容器最終的電量為:,由圖可知,兩種充電方式最終的電量相同,只是時間不同,所以①②曲線不同是R造成的;
b.由圖3可知,要快速度充電時,只要減小圖2中的電阻R,要均勻充電時,只要適當增大圖2中的電阻R即可;
(3)在電容器充電過程中在電容器的左極板帶正電,右極板帶負電,相當於另一電源,且充電過程中電量越來越大,迴路中的總電動勢減小,當電容器兩端電壓與電源電動勢相等時,充電結束,所以換成“恆流源”時,為了保*電流不變,所以“恆流源兩端電壓要增大,通過電源的電流不變,在(2)電源的電壓不變,通過電源的電流減小.
知識點:電容器中的電容
題型:實驗,探究題