觀察電容器的充、放電現(xiàn)象 專項訓練（學生版）-2025年高考物理一輪復習

考點35觀察電容器的充、放電現(xiàn)象

Ir?考情探究?

i.高考真題考點分布

題型考點考查考題統(tǒng)計

實驗題觀察電容器充放電現(xiàn)象2024年海南卷

2.命題規(guī)律及備考策略

【命題規(guī)律】各地高考對觀察電容器的充放電現(xiàn)象這個實驗的考查近幾年頻度不高，主要考查原型實驗的

原理。

【備考策略】

1.理解和掌握觀察電容器的充放電現(xiàn)象實驗原理，并會做出必要的誤差分析。

2.能夠在原型實驗基礎上，通過對實驗的改進或者創(chuàng)新，做出同類探究。

［命題預測】重點利用創(chuàng)新性實驗裝置或方法對觀察電容器充放電現(xiàn)象。

IA.考點梳理

1.實驗原理

（1）電容器充電:電源使電容器的兩極板帶上等量異種電荷的過程，如圖甲。

（2）電容器放電:用導線將充好電的電容器的兩極板相連，使兩極板的異種電荷中和的過程，如圖乙。

（3）電容器充放電時的能量轉(zhuǎn)化:充電后,電容器儲存了電能。放電時，儲存的電能釋放出來，轉(zhuǎn)化為其他形式

的能。

2.實驗操作

（1）電容器的充電：開關S合向1,電容器充電。

現(xiàn)象:

①白熾燈開始較亮，逐步變暗。

②?）的讀數(shù)由大變小。

③①的讀數(shù)變大。

④最后國的大小等于0,?的大小等于電源電壓。

⑤解釋:電源正極向極板供給正電荷，負極向極板供給負電荷。電荷在電路中定向移動形成電流,兩極板間有電

壓。S剛合上時，電源與電容器之間存在較大的電壓,使大量電荷從電源移向電容器極板，產(chǎn)生較大電流,隨著極

板電荷的增加,極板間電壓增大,電流減小。當電容器兩極板間電壓等于電源電壓時，電荷不再定向移動,電流

為0,燈不亮。

（2）電容器的放電：開關S合向2,電容放電。

現(xiàn)象：

①開始燈較亮，逐漸變暗，直至熄滅。

②⑥開始較大，逐漸變小，電流方向與充電方向相反，直至指示為0。

③開始⑨指示為電源電壓，逐漸減小,直至為0o

④解釋:放電過程中，由于電容器兩極板間的電壓使回路中有電流產(chǎn)生。開始這個電壓較大,因此電流較大，隨

著電容器極板上的正、負電荷的中和,極板間的電壓逐漸減小，電流也減小，最后放電結束,極板間不存在電壓,

電流為0。

⑤結論:當電容器極板上所儲存的電荷量發(fā)生變化時，電路中就有電流流過;若電容器極板上所儲存的電荷量

恒定不變時,則電路中就沒有電流流過。

3.分析與論證

當電容器極板上所儲存的電荷發(fā)生變化時，電路中就有電流流過;若電容器極板上所儲存的電荷量恒定不變

時,則電路中就沒有電流流過。電路中的平均電流為/黑。

|考點精iM

考點一教材原型實驗

典例引領

1.電容器是一種重要的電學元件，有著廣泛的應用。某學習興趣小組用圖甲所示電路探究電容器兩極板

間的電勢差與所帶電荷量的關系。實驗操作如下：

甲

①開關S1接1給電容器A充電，記錄電壓表示數(shù)口，A帶電荷量記為&；

②開關航接2,使另一個相同的但不帶電的電容器B跟A并聯(lián)，穩(wěn)定后斷開所，記錄電壓表示數(shù)A

帶電荷量記為0,閉合S2,使B放電，斷開S?。

③重復操作②，記錄電壓表示數(shù)A帶電荷量記為2。

電荷量e.2032

電壓表示數(shù)/V3.151.600.780.39

⑴在操作②中，開關S?閉合前電容器A帶電荷量（填"大于"、"等于"或"小于"）電容器B帶電荷

量。結合表格數(shù)據(jù)進一步分析可知電容器的電勢差與其所帶電荷量成（填"正比"或"反比"）關系。

（2）該小組用圖乙所示電路進一步探究電容器A的充放電規(guī)律。

①開關接1，電源給電容器A充電，觀察到電流計G的指針偏轉(zhuǎn)情況為；

A,逐漸偏轉(zhuǎn)到某一刻度后迅速回到0B.逐漸偏轉(zhuǎn)到某一刻度后保持不變

C.迅速偏轉(zhuǎn)到某一刻度后逐漸減小到0D.迅速偏轉(zhuǎn)到某一刻度后保持不變

②圖丙為電容器A放電時的/一圖像。已知電容器放電之前的電壓為3V,該電容器A的實測電容值為

F（結果保留2位有效數(shù)字）。

2.如圖甲所示為利用傳感器研究電容器的實驗電路。

（1）要求電壓表示數(shù)能從零開始逐漸增大，請將圖甲中的電路連接完整

（2）閉合開關S和S「對電容器C充電，當充電完畢時電壓表的示數(shù)U=8.00V；

（3）然后斷開開關SL電容器通過電阻R放電，利用電流傳感器得到放電電流/隨時間f變化圖像如圖乙

所示，可估算電容器充電完畢時所帶電荷量。=C,則該電容。=F；（保留兩位有效數(shù)字）

（4）保持滑動變阻器的滑片位置不變，如果將電阻R更換為阻值更大的電阻，重做實驗，電容器放電時

的/一圖像用虛線表示，與原來放電圖像進行比較，可能正確的是o

考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析

典例引領

3.工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常會用到需要避光儲存的絕緣液體原料，為了方便測量其深度，某同學設計了如下裝

置。在儲存液體原料的桶的外側(cè)底部，放置一個與桶底形狀相同、面積為S的金屬板，桶內(nèi)有一面積為S

的輕質(zhì)金屬箔板，漂浮在液體表面上。圓桶由絕緣材料制成，桶壁厚度可忽略不計，使用時需要進行如下

操作：

⑴將開關接"1"接線柱，電容器充滿電后，將開關接"2"接線柱，電流傳感器記錄下電流隨時間的變化關系

如圖?？芍娙萜鞒錆M電后的電荷量。=C?

（2）再將開關接"1"接線柱，電容器充滿電后，將開關接"3"接線柱，電壓傳感器的示數(shù)為U?？筛鶕?jù)。的大

小得出液體的深度〃；改變深度〃，電壓傳感器示數(shù)隨之改變。根據(jù)所學知識判斷電壓傳感器示數(shù)和液體

的深度成關系（填"線性"、"非線性"）。

⑶由于工作過程中電荷量會有一定的損失，將導致深度的測量結果（填"偏大"、"偏小"、"不受

影響”）。

4.在"用傳感器觀察電容器的充放電過程"實驗中，按圖甲所示連接電路。電源電動勢為8.OV,內(nèi)阻可以

忽略。單刀雙擲開關S先跟2相接，某時刻開關改接1,一段時間后，把開關再改接2,實驗中使用了電

流傳感器來采集電流隨時間的變化情況。

（1）開關S改接2后，電容器進行的是（填"充電"或"放電"）過程，此過程中流經(jīng)電阻R上的電

流方向（填"自上而下"或"自下而上”）。實驗得到的/T圖像如圖乙所示，如果不改變電路其他參

數(shù)，只減小電阻R的阻值，則此過程的/一曲線與坐標軸所圍成的面積將（填"減小""不變"或"增

大"）；

（2）若實驗中測得該電容器在整個放電過程中釋放的電荷量。=1.72xl（）-3c,則該電容器的電容為

四,放電過程中電容器的電容將（填"減小""不變"或"增大"）。

|考點精講|

考點二創(chuàng)新實驗方案

叁向一L實驗器材的創(chuàng)新

典例引領

5.某學校興趣小組利用電流傳感器觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，設計電路如圖甲所示。開關K閉合，將

開關S與端點2連接時電源短時間內(nèi)對電容器完成充電，充電后電容器右極板帶負電；然后把開關S連接

端點1,電容器通過電阻放電，計算機記錄下電流傳感器中電流隨時間的變化關系。如圖乙是計算機輸出

的電容器充、放電過程電流隨時間變化的/-，圖像；

八//mA

C

甲

乙

⑴根據(jù)/T圖像估算電容器在充電結束時儲存的電荷量為（結果保留兩位有效數(shù)字）；

（2）已知直流電源的電壓為6V,則電容器的電容約為F（結果保留兩位有效數(shù)字）；

⑶如果不改變電路其他參數(shù)，斷開開關K,重復上述實驗，則充電時的/T圖像可能是圖丙中的虛線

（選填或"c"中的一個，實線為閉合開關K時的/一圖像）。

即時檢測

6.某興趣小組想自制一個電容器。如圖所示，他們用兩片錫箔紙做電極，在兩層錫箔紙中間夾以電容紙

（某種絕緣介質(zhì)），一起卷成圓柱形，然后接出引線，再密封在塑料瓶當中，電容器便制成了。

1-錫箔紙；2-電容紙；3-引線

（1）為增加該電容器的電容，應當（填正確答案標號）。

A.增大電容器的充電電壓

B.減小電容器的充電電壓

C.錫箔紙面積盡可能大

D.錫箔紙卷繞得盡可能緊

（2）為了測量該電容器電容的大小，由于實驗室沒有電容計，該小組采用了如圖所示的電路進行測量。

其中電壓傳感器和電流傳感器可以在計算機上顯示出電壓和電流隨時間變化的U-t,/t圖像。

E

R

先將開關S置于。端，電壓和電流隨時間變化圖像分別如圖1、2所示，則該電容器充滿電后所帶的電荷

量約為0=C；電容大小約為C=F。（結果均保留兩位有效數(shù)字）

〃(xlO"s)

圖2

（3）在（2）問基礎上，電容器充滿電后，才。時刻再把開關S置于6端，則以下電流和電壓隨時間變化的

圖像符合實際的是（填正確答案標號）。

ABCD

考向2實驗思路的創(chuàng)新

典例引領

7.（1）觀察電容器的充、放電現(xiàn)象實驗裝置如圖所示。

①應選擇的電流表表頭為圖中的（選填"甲"或"乙"）。

②圖中①②兩條曲線不同是（選填"?；?R"）的改變造成的。

1

（2）如圖。所示為某品牌方塊電池，小文同學分別用電路圖b和電路圖c測量此方塊電池的電源電動勢和內(nèi)

阻。他選用的電壓表量程15V、內(nèi)阻未知，電流表量程0.6A、內(nèi)阻等于0.5。，滑動變阻器R（0~100C）。

規(guī)范實驗并根據(jù)測量數(shù)據(jù)描繪的U—/圖線分別得到如圖d中I、II所示。完成下列幾個問題。

①根據(jù)電路圖b測量數(shù)據(jù)描繪的。一/圖線應為圖d中（填"I"或"U"）

②根據(jù)題中條件，本次實驗應選擇實驗電路圖中（填"圖b"或"圖c"）。

③綜合分析可得該電源電動勢為V,內(nèi)阻為Q。（保留3位有效數(shù)字）

即B嫡測

8.電流傳感器可以在電腦端記錄電流隨時間變化的圖線，探究實驗小組設計了如圖甲所示的實驗電路,

探究電容器在不同電路中的充放電現(xiàn)象。

電流

傳感器

⑴第一次探究中先將開關接1,待電路穩(wěn)定后再接2。探究電容器充電及通過電阻放電的電流規(guī)律。

①已知電流從右向左流過電流傳感器時，電流為正，則與本次實驗相符的圖像是o

②從/一圖像的面積可以計算得出電容器電荷量的大小。關于本次實驗探究，下列判斷正確的

是O

A.若只增大電阻箱尺的阻值，電容器放電的時間將變短

B.若只增大電阻箱7?的阻值，/T圖像的面積將增大

C.在誤差允許的范圍內(nèi)，放電和充電圖像的面積應大致相等

（2）第二次探究中，該同學先將開關接1給電容器充電，待電路穩(wěn)定后再接3,探究LC振蕩電路的電流變

化規(guī)律。

③探究實驗小組得到的振蕩電路電流波形圖像，選取了開關接3之后的LC振蕩電流的部分圖像，如圖乙

所示，根據(jù)圖像中記錄的坐標信息可知，振蕩電路的周期「=s（結果保留兩位有效數(shù)字）。

中-

寸-

-

，-

-

9-

--

-

°?-

0-

一-

-

二-

-

一-

-

二-

-

T-

g-

-

T-

g-

-

-

-T-

④已知電源電動勢E,測得充電過程/-/圖像的面積為S,以及振蕩電路的周期7,可以得到電感線圈的

電感表達式/=。（以上物理量的單位均為國際單位制單位）

I'.好即沖關，

，基礎過關

1.電流傳感器不僅可以和電流表一樣測電流，而且還具有反應快、能捕捉到瞬間電流變化等優(yōu)點。某學

習小組用傳感器觀察電容器的充放電現(xiàn)象并測量該電容器的電容。實驗操作如下:

電流

傳感器

甲

①小組成員按照圖甲所示的電路進行實物連接；

②先將開關S撥至工端，電源向電容器充電，電壓傳感器記錄這一過程中電壓隨時間變化的圖線，如

圖乙所示；

③然后將開關S撥至2端，電容器放電，電流傳感器記錄這一過程中電流隨時間變化的圖線，如圖丙

乙丙

（1）電容器放電時，流過電阻R的電流方向為；（選填好6"或?玲a"）；

（2）已知圖線與/軸所圍成的面積表示電荷量，若圖丙中，―圖線與/軸所圍的小格數(shù)約為60個，則該

電容器充電完畢后所帶的電荷量約為C,電容大小約為F。（結果均保留兩位有效數(shù)字）

2.圖甲所示電路為"用傳感器觀察電容器的放電過程"實驗電路圖。開關未閉合時，電源的電壓

U=6.0V。實驗操作時，單刀雙擲開關S先跟2相接。某時刻開關改接1,一段時間后，把開關再改接

2。實驗中使用了電流傳感器來采集電流隨時間的變化情況。開關再改接2后得到的/-1圖像如圖乙所

O

乙

⑴開關S改接1后流經(jīng)電阻&上的電流方向為（填"自上而下"或"自下而上"）。

（2）已知電容器的電容為4x103四,則圖乙中圖線與坐標軸所圍“面積”為.Co

⑶電容器充電后就儲存了能量，某同學研究電容器儲存的能量￡與電容器的電容。、電荷量0及電容器兩

極板間電壓U之間的關系。他從等效的思想出發(fā)，認為電容器儲存的能量等于把電荷從一個極板搬運到另

一個極板過程中克服電場力所做的功。為此他還做出電容器兩極板間的電壓u隨電荷量Q變化的圖像如圖

所示。按照他的想法，下列說法正確的是（）

A.。-。圖線的斜率越大，電容C越小

B.對同一電容器，電容器儲存的能量E與電荷量。成正比

C.對同一電容器，電容器儲存的能量E與電容器兩極板間電壓。的平方成正比

3.某同學用如圖所示的電路觀察電容器的充電放電現(xiàn)象。所用器材有：電源￡、電流表A、電壓表V、電

容器C、定值電阻尺、單刀雙擲開關S、導線若干。

⑴將圖中的電流表換成電流傳感器，可以在電腦端記錄電流隨時間變化的圖線。先將開關接1,待電路穩(wěn)

定后再接2。已知電流從左向右流過電阻R時為正，則與本次實驗相符的N圖像是。

(2)將圖中的電壓表換成電壓傳感器，可以在電腦端記錄放電過程中電壓隨時間變化的圖線，如圖所示。己

知開關接2瞬間開始計時，此時電壓傳感器記錄數(shù)據(jù)為Um,利用數(shù)據(jù)處理軟件得到U-t圖線與坐標軸圍成

的面積為義。根據(jù)該實驗數(shù)據(jù)曲線可以粗測實驗中電容器的電容C==(用題中已知物理量為,、R

和表示)

4.利用如圖甲所示電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，連接計算機的電流傳感器可以捕捉并記錄到電流變

化，當電流從上向下流過電流傳感器時，電流計為正值，已知直流電源電動勢為9V,內(nèi)阻可忽略，實驗過

程中顯示出電流隨時間變化的/Y圖像如圖乙所示。

⑴在4~7s時間內(nèi)，開關S接（填"甘或"2"）。

（2）關于電容器充電過程中兩極板所帶電荷量0隨時間f變化的圖像，下列正確的是（）

⑶如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R,充電時力曲線與橫軸所圍成的面積將（填"增大""不

變"或"變小”充電時間將（填“變長""不變"或"變短"）。

⑷某同學研究電容器充電后儲存的能量E與電容C、電荷量0及兩極板間電壓U之間的關系.他從等效

的思想出發(fā)，認為電容器儲存的能量等于把電荷從一個極板搬運到另一個極板過程中克服電場力所做的

功。為此他作出電容器兩極間的電壓U隨電荷量。變化的圖像如圖丙所示，下列說法正確的是（）

A.對同一電容器，電容器儲存的能量￡與電荷量0成正比

B.搬運Aq的電量，克服電場力所做的功近似等于％上方小矩形的面積

TTF

C.若電容器兩極板間電壓為。時儲存的能量為E,則電壓為■時儲存的能量為彳

!能力提升I

5.某實驗小組利用a圖所示電路測量一電容器的電容，實驗器材有:待測電容器，電池組，定值電阻R,

電壓傳感器，電流傳感器，計算機，單刀雙擲開關S,導線若干。

請回答下列問題：

(a)(b)

(c)

⑴按a圖連接實物電路。先將開關S從2端撥至1端，電源對電容器充電;再將開關S撥至2端，電容器放

電。傳感器將信息即時輸入計算機，屏幕上顯示出圖（b）所示的電流/、電壓U隨時間，變化的/T圖線、

UT圖線，則曲線表示電容器充電過程的UT圖線，曲線表示電容器放電過程的/T圖

線。（選填①、②、③、④）

（2）根據(jù)圖b估算當電容器充電完畢時所帶的電荷量是C,計算電容器的電容C=四。（結果均保

留2位有效數(shù)字）

⑶圖c中實線表示上述實驗中得到的圖線，若串聯(lián)接入電路的干電池個數(shù)保持不變，增加電阻尺則

得到圖線可能是圖丙中的虛線（選填"％"、"）。

6.用圖（a）的電路研究電容器的充放電，電源電動勢為12V（內(nèi)阻忽略不計）；Ri、七、必為定值電阻，

其中七=160。；電流傳感器（內(nèi)阻忽略不計）將電流信息傳入計算機，顯示出電流隨時間變化的乙圖像。

（1）①閉合開關G，開關K1與1接通，待充電完成后，再與2接通，電容器放電的4圖像如圖（b）中的

圖線/,圖線/與時間軸圍成的“面積"為用,其物理意義是；

②斷開開關K2,開關K1與1接通，待充電完成后，再與2接通，電容器放電的/Y圖像如圖（b）中的圖

線II,圖線II與時間軸圍成的“面積”為S2，理論上應該有S/________邑（選填"＞或"="）；

（2）測得S/為2.64mA?s,由此可知電容器的電容。=pF,定值電阻舄=Q；開關G閉合時，電

容器放電過程中通過舄的電量為C?

7.電容儲能已經(jīng)在電動汽車，風光發(fā)電、脈沖電源等方面得到廣泛應用。某物理興趣小組設計圖甲所示

電路，探究不同電壓下電容器的充放電過程。器材如下：

電容器C（額定電壓10V,電容標識不清）；

電源（電動勢12V,內(nèi)阻不計）；

電阻箱氏/（阻值0~99999.9Q）；

滑動變阻器（最大阻值20Q,額定電流2A）；

電壓表V（量程15V,內(nèi)阻很大）

024丙68

（1）電容器充電過程，若要提高電容兩端電壓，應將滑片向（選填"左"，"右"）移動。

（2）某次實驗中，完成充電后電壓表讀數(shù)如圖乙所示，電容器兩端的電壓為0

⑶繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片位置，電壓表示數(shù)為8.0V時，開關S2擲向1,得到電容器充電過程的口圖

像，如圖丙所示。借鑒"用油膜法估測油酸分子的大小"實驗中估算油膜面積的方法，根據(jù)圖像可估算出充

電結束后，電容器存儲的電荷量為C（結果保留2位有效數(shù)字），電容器的電容為F。

⑷電容器充電后，將開關S2擲向2,發(fā)光二極管（選填"DJ,"D2"）發(fā)光。

8.電荷的定向移動形成電流，電流表示單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量