2024-2025學年高二物理 同步學與練（ 人教版2019必修第三冊）10.7 實驗：觀察電容器的充放電現(xiàn)象 （解析版）

10.7實驗：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象

學習目標

課程標準物理素養(yǎng)

物理觀念：了解電容器的類型、特性及作用。了解影響平行板電容器電容大

小的因素。

科學思維：分析電容器在充、放電過程中電流與電壓的變化、電荷量的變化

3.1.6觀察電容器的充、

及能量轉(zhuǎn)化情況。

放電現(xiàn)象。

科學探究：通過實驗，觀察電容器在充、放電過程中電流與電壓的變化，分

析電荷量變化及能量轉(zhuǎn)化情況。

科學態(tài)度與責任：培養(yǎng)學生的實驗觀察能力和科學探究能力。

02思維導(dǎo)圖

電容器充、放電現(xiàn)象中的三點注意

(1)電容器充電時電流流向正極板，電容器放電時電流從正極板流出，且充放電電流均逐漸減小至零。

(2)電容器充、放電過程，電容器的電容不變，極板上所帶電荷量和電壓按正比關(guān)系變化。

(3)電容器充、放電過程，I－t圖中曲線與坐標軸圍成的面積表示電容器儲存的電荷量。

03知識梳理

（一）課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識：

一、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(dǎo)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。

二、實驗操作

1．按圖連接好電路。

2．把單刀雙擲開關(guān)S接1，觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。

3．將單刀雙擲開關(guān)S接2，觀察電容器的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。

4．記錄好實驗結(jié)果，關(guān)閉電源。

三、分析與論證

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

Δq

不變時，則電路中就沒有電流流過。電路中的平均電流為I＝。

Δt

四、注意事項

1．電流表要選用小量程的靈敏電流計．

2．要選擇大容量的電容器．

3．實驗要在干燥的環(huán)境中進行．

04題型精講

【題型一】電流方向的判斷

【典型例題1】（多選）如圖所示，電源電動勢E=1.5V，內(nèi)電阻r=0.5Ω，滑動變阻器R1的最大電阻R1m5.0Ω，

定值電阻R?2.0Ω，C為平行板電容器，其電容為3μF。將開關(guān)S與a接觸，則（）

A.當R1的阻值增大時，R2兩端的電壓增大

B.穩(wěn)定時R1消耗的最大功率為0.225W

C.將開關(guān)從a接向b，流過R3的電流流向為c→d

3

D.將滑動變阻器R1的接入最大電阻，則開關(guān)從a接向b，待電路穩(wěn)定，流過R3的電荷量為910C

【答案】BC

【解析】A．當R1的阻值增大時，總電阻增大，總電流減小，則R2兩端的電壓減小，選項A錯誤；

B．將R2看做是電源的等效內(nèi)阻則

'

rrR22.5

當外電阻等于等效內(nèi)阻時輸出功率最大，即R1功率最大，則穩(wěn)定時R1消耗的最大功率為

E21.52

PW=0.225W

m4r'42.5

選項B正確；

C．開關(guān)接a時電容器右極板帶正電，接b時右極板帶負電，則將開關(guān)從a接向b，電容器先放電再反向充

電，則流過R3的電流流向為c→d，選項C正確；

D．回路電流

E

I0.2A

R1mrR2

開關(guān)接a時電容器帶電量

6

Q1CIR1m310C

右極板帶正電；接b時電容器帶電量

6

Q2CIR21.210C

右極板帶負電，

將開關(guān)從a接向b，待電路穩(wěn)定，流過R3的電荷量為

6

QQ1Q24.210C

選項D錯誤。

故選BC。

【典型例題2】如圖所示是電容式話筒示意圖，振動膜片涂有薄薄的金屬層，膜后幾十微米處是固定的金屬

片，兩者構(gòu)成了電容器的兩極。當聲音傳至振動膜片時，帶動膜片振動，引起兩極板間距變化。則（）

A.膜片振動過程中電容器兩極間電壓恒定

B.膜片向右振動時通過電阻R的電流向左

C.聲音頻率越高時話筒的輸出信號越強

D.膜片振動頻率與聲音頻率無關(guān)

【答案】B

【解析】A．膜片振動過程中，電容器的電容變化會引起電路中的電流變化，電阻R兩端的電壓也隨之變化，

根據(jù)閉合電路的歐姆定律可知電容器兩端的電壓也會變化，故A錯誤；

B．膜片向右振動時極板間距減小，根據(jù)公式

S

C

4kd

可知電容增大，則電容器被充電，所以通過電阻R的電流向左，故B正確；

C．聲音響度越大時，膜片的振幅越大，話筒的輸出信號越強，故C錯誤；

D．膜片作受迫振動，振動頻率與聲音頻率相同，故D錯誤。

故選B。

【對點訓練1】如圖所示，C1、C2是完全相同的兩個電容器，P是電容器C1兩極板間的一點，在電容器C2

兩極板間插入一塊云母板。閉合開關(guān)，電路穩(wěn)定后斷開開關(guān)。將云母板從C2極板間抽出的過程，下列說法

正確的是()

A．P點電勢升高

B．電容器C2的電容增大

C．靈敏電流計中有向右的電流

D．電容器C1兩極板間的電場強度變小

εrS

解析：選A閉合開關(guān)，電路穩(wěn)定后再將開關(guān)斷開，兩電容器極板上的帶電荷量不變，根據(jù)C＝，電容

4πkd

器C2極板間云母板抽出的過程，相對介電常數(shù)εr減小，其他條件不變，則電容器C2的電容減小，B錯誤；

Q

由U＝可知，電容器C2極板間的電勢差變大，電容器C2處于放電狀態(tài)，電容器C1處于充電狀態(tài)，靈敏電

C

U

流計中有向左的電流，C錯誤；C1充電，則電容器C1極板間的電勢差變大，由E＝可知，電容器C1極板

d

間的電場強度變大，D錯誤；由于電容器C1極板間的電場強度變大，P點與電容器C1的下極板間的電勢差

變大，因下極板接地，電勢為零，則P點電勢升高，A正確。

【對點訓練2】微信運動步數(shù)的測量是通過手機內(nèi)電容式加速度傳感器實現(xiàn)的。其工作原理可簡化為如圖所

示，M極板固定，當手機的加速度變化時，N極板能上下左右運動，進而改變電容器的電容。將運動信號

轉(zhuǎn)化為電信號，圖中R為定值電阻。下列說法正確的是（）

A.手機靜止時，電流表示數(shù)為零、電容器兩極板不帶電

B.N極板向上運動時，兩極板間的電場強度不發(fā)生變化

C.N極板向上運動時，電容器的電容減小

D.N極板向下運動時，電流由b向a流過電流表

【答案】D

【解析】A．靜止時，電流表示數(shù)為零，但兩極板與電源連接，帶正、負電荷，故A錯誤；

B．N極板向上運動時，U不變，間距減小，根據(jù)

U

E

d

可知兩極板間的電場強度增大，故B錯誤；

C．N極板向上運動時，間距減小，根據(jù)

S

C

4kd

可知電容器的電容增加，故C錯誤；

D．由C選項分析可知，N極板向下運動時，間距增大，電容器電容減小，由于電勢差U不變，根據(jù)

Q=CU

可知電荷量減小，電容器放電，由圖可知，帶負電的自由電荷由a向b流過，電流由b向a流過電流表，

故D正確。

故選D。

【題型二】i-t圖像面積的應(yīng)用

【典型例題3】如圖甲所示是一種觀察電容器充、放電的實驗電路圖。某同學在一次實驗時的情況如下：接

通開關(guān)S，調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值，使小量程電流表的指針偏轉(zhuǎn)接近滿刻度，記下此時電流表的示數(shù)是I0＝490

μA，電壓表的示數(shù)U0＝6.0V，I0、U0分別是電容器放電時的初始電壓和電流。斷開開關(guān)S，同時開始計時，

每隔5s測一次電流I的值，將測得數(shù)據(jù)填入表格，并標在圖乙坐標紙上(時間t為橫坐標、電流i為縱坐標)，

結(jié)果如圖中小黑點“·”所示。

(1)在圖乙中畫出i－t圖線，圖線與坐標軸所圍成面積的物理意義是________________________________。

(2)該電容器電容為________F(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。

(3)若某同學實驗時把電壓表接在F、D兩端，則電容的測量值比它的真實值________(填“大”“小”或“相

等”)。

答案(1)見解析圖電容器在開始放電時所帶的電荷量(2)1.5×10－3(3)小

解析(1)如圖所示，由ΔQ＝IΔt知，i－t圖像與坐標軸所圍的面積為電容器在開始放電時所帶的電荷量。

(2)查出格子數(shù)，由總格子數(shù)乘以每個格子的“面積”值求得Q＝8.75×10－3C

Q－

則C＝＝1.5×103F。

U

(3)電容的測量值比它的真實值偏小，原因是若把電壓表接在F、D兩端，則電容器在放電時，有電流

會從電壓表中流過，通過電流表中的電荷量小于電容器的帶電荷量，從而使電容的測量值比它的真實值偏

小。

【典型例題4】電容器是一種重要的電學元件，在電工、電子技術(shù)中應(yīng)用廣泛．使用圖甲所示電路觀察電容

器的充、放電過程．電路中的電流傳感器與計算機相連，可以顯示電路中電流隨時間的變化關(guān)系．圖甲中

直流電源電動勢E＝8V，實驗前電容器不帶電．先使S與“1”端相連給電容器充電，充電結(jié)束后，使S

與“2”端相連，直至放電完畢．計算機記錄的電流隨時間變化的i－t曲線如圖乙所示．

(1)乙圖中陰影部分的面積S1________S2；(選填“>”“<”或“＝”)

(2)計算機測得S1＝1203mA·s，則該電容器的電容為________F；(保留兩位有效數(shù)字)

(3)由甲、乙兩圖可判斷阻值R1________R2.(選填“>”“<”或“＝”)

答案(1)＝(2)0.15(3)<

解析(1)題圖乙中陰影面積S1和S2分別表示充電和放電中電容器上的總電荷量，所以兩者相等．

q1.203

(2)由陰影面積代表電容器上的電荷量得q＝S1＝1.203C，U＝E＝8V，則C＝＝F≈0.15F.

U8

(3)由題圖乙可知充電瞬間電流大于放電瞬間電流，且充電瞬間電源電壓與放電瞬間電容器兩極板電壓相等，

EE

由＞，解得R1＜R2.

R0＋R1R0＋R2

q

【對點訓練3】電荷的定向移動形成電流，電流表示單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，即I。圖甲

t

是研究電容器充、放電過程中電壓和電流隨時間變化規(guī)律的實驗電路圖，按圖甲連接好實驗器材，根據(jù)實

驗步驟，回答下列問題：

（1）先接通開關(guān)K1，給電容器充電，然后斷開開關(guān)K1，再閉合開關(guān)K2，電容器放電，電阻R中電流的方

向為___________（選填“a到b”或“b到a”）；

（2）閉合開關(guān)K2的同時開始計時，通過計算機在同一坐標系中描繪出電壓U和電流I隨放電時間t的變化

圖線，如圖乙所示。圖中電流I隨時間t的變化圖線與坐標軸圍成的陰影面積的物理意義是___________，

圖中陰影面積S1與陰影面積S2的比值是___________；

（3）若用計算機測得圖中陰影面積S1=916.13mA?s，則該電容器的電容為___________F。（結(jié)果保留兩位

有效數(shù)字）

3

【答案】①.a到b②.電容器釋放的電荷量③.1.5或者④.0.15

2

【解析】（1）[1]接通開關(guān)K1時，電容器上極板與正極相連，帶正電荷，斷開開關(guān)K2后，電容器放電，電

流從上極板經(jīng)過R流向下極板，即從a到b。

（2）[2]由電容器放電過程電流計算公式可知

Q

I

t

QIt

即圖線與坐標軸圍成的陰影面積表示電容器的電荷量。

【對點訓練4】在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中，所用器材如下：電池、電容器、電阻箱、定值

電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關(guān)以及導(dǎo)線若干。

（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應(yīng)該與電池的___________（填“正極”或“負

極”）接觸。

（）某同學設(shè)計的實驗電路如圖（）所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為，將單刀雙擲開關(guān)與“”端相接，

2aR1S1

記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后，開關(guān)S再與“2”端相接，相接后小燈泡亮度變化情況可能是

___________。（填正確答案標號）

A．迅速變亮，然后亮度趨于穩(wěn)定

B．亮度逐漸增大，然后趨于穩(wěn)定

C．迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅

（3）將電阻箱的阻值調(diào)為R2(R2R1)，再次將開關(guān)S與“1”端相接，再次記錄電流隨時間的變化情況。

兩次得到的電流I隨時間t變化如圖（b）中曲線所示，其中實線是電阻箱阻值為___________（填“R1”或

“R2”）時的結(jié)果，曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的___________（填“電壓”或“電

荷量”）。

【答案】①.正極②.C③.R2④.電荷量

【解析】（1）[1]多用電表紅表筆流入電流，黑表筆流出電流，故電流表紅表筆應(yīng)該與電池的正極接觸；

（2）[2]電容器充電完成后，開始時兩極板電量較多，電勢差較大，當閉合“2”接入小燈泡，回路立即形成

電流，燈泡的迅速變亮；隨著時間的積累，兩極板電量變少，電勢差變小，流過燈泡的電流減小，直至兩

極板電荷量為零不帶電，則無電流流過小燈泡即熄滅，故選C。

（3）[3]開始充電時兩極板的不帶電，兩極板電勢差為零，設(shè)電源內(nèi)阻為r，則開始充電時有

EIRr

由圖像可知開始充電時實線的電流較小，故電路中的電阻較大，因此電阻箱阻值為R2；

[4]圖像的物理意義為充電過程中電流隨時間的變化圖線，故曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電

容器上的電荷量。

【題型三】其它圖像問題

【典型例題5】電容器作為儲能器件，在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用。對給定電容值為C的電容器充電，無論

采用何種充電方式，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。

(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(nèi)阻)。通過改變電路中元件的參數(shù)對同一電

容器進行兩次充電，對應(yīng)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(jù)a中的結(jié)論，說明實現(xiàn)這兩種充電方式的途徑。

(3)設(shè)想使用理想的“恒流源”替換(2)中電源對電容器充電，可實現(xiàn)電容器電荷量隨時間均勻增加。請思考

使用“恒流源”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”)。

“恒流源”(2)中電源

電源兩端電壓

通過電源的電流

解析：(1)u-q圖像如圖所示。電壓為U時，電容器帶電Q，圖線和橫軸圍成的面積表示所儲存的電能Ep，

112

Ep＝QU，又Q＝CU，故Ep＝CU。

22

(2)a.由圖像知，電容器充完電后，①②兩次電荷量相等，由Q＝CU＝CE知，兩次電源電動勢相等。故①②

兩條曲線不同不是E的改變造成的，只能是R的改變造成的。b.剛開始充電瞬間，電容器兩端的電壓為零，

E

電路的瞬時電流為I＝，故減小電阻R，剛開始充電瞬間電流I大，曲線上該點切線斜率大，即為曲線①。

R

這樣能在較短時間內(nèi)使電荷量達到最大，故可以實現(xiàn)對電容器快速充電。增大電阻R，剛開始充電瞬間電流

I小，即為曲線②，該曲線接近線性，可以實現(xiàn)均勻充電。

E－U

(3)接(2)中電源時，由于忽略電源E的內(nèi)阻，故電源兩端電壓不變。通過電源的電流I＝，隨著電容器

R

兩端電壓U不斷變大，通過電源的電流減小?！昂懔髟础笔侵鸽娫摧敵龅碾娏骱愣ú蛔?。接“恒流源”時，

隨著電容器兩端電壓的增大，“恒流源”兩端電壓增大。

12

答案：(1)u-q圖像見解析圖Ep＝CU

2

(2)a.Rb．減小電阻R，可以實現(xiàn)對電容器快速充電；增大電阻R，可以實現(xiàn)均勻充電。

(3)

“恒流源”(2)中電源

電源兩端電壓增大不變

通過電源的電流不變減小

【典型例題6】在測定電容器電容的實驗中，將電容器、電壓傳感器、阻值為3kΩ的電阻R、電源、單刀雙

擲開關(guān)按圖甲所示電路圖進行連接。先使開關(guān)S與1端相連，電源向電容器充電，充電完畢后把開關(guān)S擲

向2端，電容器放電，直至放電完畢。實驗得到的與電壓傳感器相連接的計算機所記錄的電壓隨時間變化

的u-t曲線，如圖乙所示，圖丙為由計算機對圖乙進行數(shù)據(jù)處理后記錄的“峰值”及曲線與時間軸所圍“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________(選填“相同”或“相反”)，大

小都隨時間________(選填“增大”或“減小”)。

(2)該電容器的電容值為________F。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(3)某同學認為：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，也可以測出電容器的電

容值。請你分析并說明該同學的說法是否正確。

解析：(1)由題圖甲、乙可知，充電和放電時R兩端的電勢相反，說明流過R的電流方向相反；電壓均隨時

間減小，說明電流均隨時間減小。

U

(2)根據(jù)歐姆定律I＝，圖像的面積表示Ut，可知圖像面積與R的比值表示電荷量。故極板所帶最大電荷量

R

182.7Q0.0609－

q＝C＝0.0609C，該電容器的電容值C＝＝F≈1.0×102F。

3000U6

(3)該同學的說法正確。因為當開關(guān)S與2連接，電容器放電的過程中，電容器C與電阻R上的電壓大小相

等，因此通過對放電曲線進行數(shù)據(jù)處理后記錄的“峰值Um”及曲線與時間軸所圍“面積S”，仍可應(yīng)用C

＝Q＝S計算電容值。

URUm

答案：(1)相反減小(2)1.0×10－2(3)見解析

【對點訓練5】電容器儲能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電動汽車，風光發(fā)電儲能，電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量調(diào)節(jié)。電容器儲

能的原理是，當電容器充電后，所帶電荷量為Q，兩極板間的電勢差為U，則板間儲存了電能。如圖是電

容為C的電容器兩極板間電勢差u和所帶電荷量q的uq圖像，則（）

A.該電容器的電容C隨電荷量q增大而增大

B.圖像中直線的斜率等于該電容器電容C

C.電源對該電容器充電為Q時，電源對該電容器做的功為QU

Q2

D.電源對該電容器充電為Q時，該電容器儲存的電能為

2C

【答案】D

【解析】A．電容器的電容由電容器本身來決定，與所帶電荷量及兩端所加電壓無關(guān)，故A錯誤；

B．根據(jù)電容的定義式可得

1

UQ

C

即圖像的斜率為電容器電容的倒數(shù)，故B錯誤；

CD．根據(jù)電功的計算公式

WUItUQ

圖像的面積表示電功，即儲存的電能

QU

EW

p2

Q

C

U

解得

Q2

EW

p2C

故C錯誤，D正確。

故選D。

【對點訓練6】某同學利用圖(a)所示電路測量電容器充電時兩極板間的電壓隨時間的變化。實驗中使用的器

材為：電池E(內(nèi)阻很小)、開關(guān)S1和S2、電容器C(約100μF)、電阻R1(約200kΩ)、電阻R2(1kΩ)、電壓表

V(量程6V)、停表、導(dǎo)線若干。

(1)按圖(a)所示的電路原理圖將圖(b)中實物圖連接起來。

(2)先閉合開關(guān)S2，再斷開開關(guān)S2；閉合開關(guān)S1，同時按下停表開始計時。若某時刻電壓表的示數(shù)如圖(c)

所示，電壓表的讀數(shù)為______V(保留2位小數(shù))。

(3)該同學每隔10s記錄一次電壓表的讀數(shù)U，記錄的數(shù)據(jù)如下表所示。在給出的坐標紙上繪出U-t圖線。

已知只有一個數(shù)據(jù)點誤差較大，該數(shù)據(jù)點對應(yīng)的時間是________s。

時間t/s10.020.030.040.050.060.0

電壓U/V2.143.454.234.515.005.18

(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0.1V，且讀數(shù)要求保留兩位小數(shù)，其讀數(shù)為3.60V。

(3)繪出U-t圖線，偏離圖線最遠的點誤差最大，由此確定t＝40.0s時對應(yīng)的數(shù)據(jù)誤差最大。

(4)測量電容器充電時兩極板間的電壓隨時間的變化，必須保證開始(t＝0)時，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驗開始前，通過閉合S2，使電容器放電，特別是當實驗需要重復(fù)多次時，在

重復(fù)實驗前必須先對電容器放電。

答案：(1)如圖1所示(2)3.60(3)如圖2所示40.0

(4)對電容器進行放電，方便實驗多次測量

05強化訓練

01

【基礎(chǔ)強化】

1．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8.0V，內(nèi)阻可

以忽略。單刀雙擲開關(guān)S先跟2相接，某時刻開關(guān)改接1，一段時間后，把開關(guān)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。

甲

乙

(1)開關(guān)S改接2后，電容器進行的是______(選填“充電”或“放電”)過程。此過程得到的I－t圖像如圖

乙所示，圖中用陰影標記的狹長矩形的面積的物理意義是____________________。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I－t曲線與坐標軸所圍成的面積將________(選填“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Q＝3.44×10－3C，則該電容器的電容為

________μF。

(3)關(guān)于電容器在整個充、放電過程中的q－t圖像和UAB－t圖像的大致形狀，可能正確的有________(q為電

容器極板所帶的電荷量，UAB為A、B兩板的電勢差)。

答案(1)放電0.2s內(nèi)電容器放出的電荷量不變(2)430(3)AD

解析(1)將開關(guān)S接通1，電容器與電源相連，所以電容器充電；再將S改接2，電容器通過電阻R放電。

圖中橫坐標分成許多很小的時間間隔，在這些很小的時間間隔里，放電電流可以視為不變，則IΔt為這段時

間內(nèi)的電荷量，所以題圖中用陰影標記的狹長矩形的面積的物理意義是0.2s內(nèi)電容器放出的電荷量。根據(jù)

Q＝CU可知，電荷量與電阻值R無關(guān)，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I－t

曲線與坐標軸所圍成的面積將不變。

－

Q3.44×103

(2)根據(jù)C＝＝F＝430μF。

U8

(3)電容器在充電過程中，電流由最大逐漸減小，放電過程電流也是由最大逐漸減小，根據(jù)q＝It，圖像的傾

斜程度表示電流的大小，B錯誤，A正確；電容器在充電過程中，電流由最大逐漸減小，放電過程電流也是

QI

由最大逐漸減小，根據(jù)U＝＝t，電容器的電容不變，C錯誤，D正確。

CC

2.（多選）如圖所示，電源E對電容器C充電，當C兩端電壓達到80V時，閃光燈瞬間導(dǎo)通并發(fā)光，C放

電．放電后，閃光燈斷開并熄滅，電源再次對C充電．這樣不斷地充電和放電，閃光燈就周期性地發(fā)光．該

電路（）

A．充電時，通過R的電流不變

B．若R增大，則充電時間變長

C．若C增大，則閃光燈閃光一次通過的電荷量增大

D．若E減小為85V，閃光燈閃光一次通過的電荷量不變

【答案】BCD

【解析】

本題考查電容器的充放電，意在考查考生的分析能力．電容器充電時兩端電壓不斷增大，所以電源與電容

器極板間的電勢差不斷減小，因此充電電流變小，選項A錯誤；當電阻R增大時，充電電流變小，電容器

所充電荷量不變的情況下，充電時間變長，選項B正確；若C增大，根據(jù)Q=CU，電容器的帶電荷量增大，

選項C正確；當電源電動勢為85V時，電源給電容器充電仍能達到閃光燈擊穿電壓80V時，所以閃光燈仍

然發(fā)光，閃光一次通過的電荷量不變，選項D正確．

點睛：本題源自于2009年江蘇高考物理卷的第5題，以閃光燈發(fā)光問題為背景考查電容器的充放電問題，

解題的關(guān)鍵是要弄清電路的工作原理和電容器

3.利用如圖所示電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，其中E為電源，R為定值電阻，C為電容器，A為電流表，

V為電壓表．下列說法正確的是()

A．充電過程中，電流表的示數(shù)逐漸增大后趨于穩(wěn)定

B．充電過程中，電壓表的示數(shù)迅速增大后趨于穩(wěn)定

C．放電過程中，電流表的示數(shù)均勻減小至零

D．放電過程中，電壓表的示數(shù)均勻減小至零

答案B

解析充電過程中，隨著電容器C兩極板電荷量的積累，電路中的電流逐漸減小，電容器充電結(jié)束后，電

流表示數(shù)為零，A錯誤；充電過程中，隨著電容器C兩極板電荷量的積累，電壓表測量電容器兩端的電壓，

電容器兩端的電壓迅速增大，電容器充電結(jié)束后，最后趨于穩(wěn)定，B正確；電容器放電過程的I－t圖像如

圖所示，可知電流表和電壓表的示數(shù)不是均勻減小至0的，C、D錯誤．

4.如圖為研究電容器充、放電現(xiàn)象的實驗電路圖，開始電容器不帶電。實驗開始時，首先將開關(guān)S合向1，

這時觀察到靈敏電流計G有短暫的示數(shù)，這說明電路中有電流流過，這個過程叫作________，經(jīng)過這一過

程，電容器的兩極板就會帶上等量的異號電荷，其上極板帶________電荷(選填“正”或“負”)，電路穩(wěn)定

后靈敏電流計G的示數(shù)為零。當把開關(guān)S由1合向2時，有________(選填“自左向右”或“自右向左”)

流過靈敏電流計G的短暫電流，這個過程叫

________________________________________________________________________。

解析：將開關(guān)S合向1，電源與電容器連通，電路中有電流流過，說明電源在給電容器儲存電荷，這過程叫

作充電；經(jīng)過這一過程，電容器的兩極板就會帶上等量的異號電荷，其上極板帶正電荷；當把開關(guān)S由1

合向2時，從電勢高的正極板能形成電流到電勢低的負極板，則有自右向左流過靈敏電流計G的短暫電流，

這個過程叫放電。

答案：充電正自右向左放電

5.如圖甲所示，實驗器材主要有電源、理想電壓表V、兩個理想電流表A1和A2、被測電解電容器C、滑動

變阻器R、兩個開關(guān)S1和S2以及導(dǎo)線若干．

實驗主要步驟如下：

①按圖甲連接好電路．

②斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1，讓電池組給電容器充電，當電容器充滿電后，讀出并記錄電壓表的示數(shù)U，

然后斷開開關(guān)S1.

③斷開開關(guān)S1后，閉合開關(guān)S2，每間隔5s讀取并記錄一次電流表A2的電流值I2，直到電流消失．

④以放電電流I2為縱坐標，放電時間t為橫坐標，在坐標紙上作出I2－t圖像．

(1)在電容器的充電過程中，電容器兩極板上的電荷量逐漸____________(選填“增大”或“減小”)，電流表

A1的示數(shù)逐漸____________(選填“增大”或“減小”)．

(2)由I2－t圖像可知，充電結(jié)束時電容器儲存的電荷量Q＝________C．(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

(3)若步驟②中電壓表的示數(shù)U＝2.95V，則滑動變阻器接入電路部分的阻值R＝________Ω.(結(jié)果保留2位

有效數(shù)字)

(4)類比直線運動中由v－t圖像求位移的方法，當電容為C的電容器兩板間電壓為U時，電容器所儲存的電

能Ep＝________(請用帶有U、C的表達式表示)．

－1

答案(1)增大減小(2)3.3×103(3)9.8×103(4)CU2

2

解析(1)在電容器的充電過程中，電容器兩極板上的電荷量逐漸增大；隨著時間的推移充電電流越來越小，

即電流表A1的示數(shù)逐漸減小．

(2)根據(jù)q＝It可得圖像與橫軸所圍的面積表示電荷量，每一個小格表示電荷量為q＝25×10－6×5C＝

1.25×10－4C，可知電容器儲存的電荷量為Q＝26×1.25×10－4C≈3.3×10－3C.

(3)電壓表的示數(shù)U＝2.95V，根據(jù)圖像可知放電最大電流為300μA，可知滑動變阻器接入電路部分的阻值

U

為R＝≈9.8×103Ω.

I

112

(4)電容器所儲存的電能Ep＝QU＝CU.

22

6.(多選)如圖所示，平行板電容器A、B間有一帶電油滴P正好靜止在極板正中間，現(xiàn)將B極板勻速向下移

動到虛線位置，其他條件不變。則在B極板移動的過程中()

A．油滴將向下做勻加速運動

B．電流計中電流由b流向a

C．油滴運動的加速度逐漸變大

D．極板帶的電荷量減少

εrS

解析：選CD由C＝可知，d增大，電容器電容C減小，由Q＝CU可知，電容器的電荷量減少，電

4πkd

U

容器放電，電流由a流向b，B錯誤，D正確；由E＝可知，在B板下移過程中，兩板間場強逐漸減小，

d

由mg－Eq＝ma可知油滴運動的加速度逐漸變大，A錯誤，C正確。

【素養(yǎng)提升】

7.利用如圖所示電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，其中E為電源，R為定值電阻，C為電容器，A為電流表，

V為電壓表．下列說法正確的是()

A．充電過程中，電流表的示數(shù)逐漸增大后趨于穩(wěn)定

B．充電過程中，電壓表的示數(shù)迅速增大后趨于穩(wěn)定

C．放電過程中，電流表的示數(shù)均勻減小至零

D．放電過程中，電壓表的示數(shù)均勻減小至零

答案B

解析充電過程中，隨著電容器C兩極板電荷量的積累，電路中的電流逐漸減小，電容器充電結(jié)束后，電

流表示數(shù)為零，A錯誤；充電過程中，隨著電容器C兩極板電荷量的積累，電壓表測量電容器兩端的電壓，

電容器兩端的電壓迅速增大，電容器充電結(jié)束后，最后趨于穩(wěn)定，B正確；電容器放電過程的I－t圖像如

圖所示，可知電流表和電壓表的示數(shù)不是均勻減小至0的，C、D錯誤．

．如圖所示，電源的電動勢為、內(nèi)阻為，的電阻為，電容器的電容為，所有電壓表和

83V2ΩR18Ω600μF

電流表均視為理想電表。在將滑動變阻器R2（最大阻值為8Ω）的滑片由上端緩慢地滑到下端的過程中，下

列說法正確的是（）

A.V1示數(shù)增大，V2示數(shù)減小B.R2消耗的電功率先增大后減小

兩端的最大電壓為電容器極板上增加的電荷量為4

C.R12VD.810C

【答案】D

【解析】A．將滑動變阻器的滑片由上端緩慢地滑到下端的過程中，滑動變阻器接入電路阻值變大，則總電

阻變大，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，電路總電流減小，路端電壓增大，則示數(shù)增大，兩端電壓減小，

V1R1

則滑動變阻器R2兩端電壓增大，即V2示數(shù)增大，故A錯誤；

B．R2消耗的電功率為

2

2E2E

P2IR2()R22

R2R1r(R1r)

R22(R1r)

R2

根據(jù)數(shù)學知識可知，當

R2R1r10

R2消耗的電功率最大，由于R2的最大值為8，則R2消耗的電功率一直增大，故B錯誤；

C．當R2接入電路阻值為0時，電路電流最大，則有

E3

ImaxA0.3A

R1r82

則兩端的最大電壓為

R1

U1maxImaxR10.38V2.4V

故C錯誤；

D．滑動變阻器的滑片在上端時，接入電路阻值為0，則電容器兩端電壓為0；當滑動變阻器的滑片在下端

時，根據(jù)閉合電路歐姆定律可得

E31

IAA

R2R1r8826

則電容器兩端電壓為

14

UIR8VV

263

則電容器極板上增加的電荷量為

4

QCU600106(0)C8104C

3

故D正確。

故選D。

9.如圖所示的電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻忽略不計，定值電阻R24Ω,R32Ω,R41Ω。閉合開關(guān)S，

當電阻箱接入電路的阻值為時，一帶電微粒恰好懸浮于電容器兩板的正中間位置。已知帶電微粒

R12ΩC

的質(zhì)量為m，電容器C兩極板間的距離為d，重力加速度為g，電源負極接地，則下列說法正確的是（）

A.帶電微粒帶負電荷

mgd

B.帶電微粒的電荷量大小為

E

C.帶電微粒的電勢能為mgd

減小電阻箱接入電路的阻值，懸浮的帶電微粒會向上移動

D.R1

【答案】D

【解析】A．由于

RR

13

R2R4

可知電容器下極板為高電勢，電容器內(nèi)的電場強度向上，一帶電微粒恰好懸浮于電容器C兩板的正中間位

置，則帶電微粒受到的電場力與重力平衡，帶電微粒帶正電荷，故A錯誤；

B．電容器兩極板間的電壓為

EEE

UR3R1

R3R4R1R23

帶電微粒恰好懸浮，有

U

mgq

d

解得帶電微粒的電荷量大小為

3mgd

q

E

故B錯誤；

C．帶電微粒的電勢為

1EEE

(R3R1)

2R3R4R1R22

帶電微粒的電勢能為

3mgd

Eq

p2

故C錯誤；

．減小電阻箱接入電路的阻值，電容器上極板電勢減小，電容器下極板電勢不變，電容器兩極板間的

DR1

電壓增大，電容器內(nèi)的電場強度增大，帶電微粒受到電場力大于重力，懸浮的帶電微粒會向上移動，故D

正確。

故選D。

10．隨著傳感器技術(shù)的不斷進步，傳感器在中學實驗室逐漸普及．某同學用電流傳感器和電壓傳感器做“觀

察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗，電路如圖甲所示．

(1)先使開關(guān)K與1端相連，電源對電容器充電，這個過程很快完成，充滿電的電容器上極板帶________電；

(2)然后把開關(guān)K擲向2端，電容器通過電阻R放電，傳感器將電流、電壓信息傳入計算機，經(jīng)處理后得到

電流和電壓隨時間變化的I－t、U－t曲線，如圖乙所示；

(3)由圖乙可知，電容器充滿電的電荷量為________C，電容器的電容為________F；(保留兩位有效數(shù)字)

(4)若將電路中的電阻換成一阻值更大的電阻，把開關(guān)K擲向2端電容器放電，請在圖乙的左圖中定性地畫

出I－t曲線．

答案(1)正(3)3.5×10－3(3.3×10－3～3.7×10－3均可)4.4×10－4(4.1×10－4～4.6×10－4均可)(4)見解析

圖

解析(1)電容器上極板與電源正極相連，充滿電后上極板帶正電；

(3)I－t圖像與坐標軸圍成的面積表示電荷量，一小格代表的電荷量為q＝0.25mA×1s＝2.5×10－4C

題圖中總共約14小格，所以電容器充滿電的電荷量為Q＝14q＝3.5×10－3C

電容器充滿電后電壓為8V，

Q－

則電容器的電容為C＝≈4.4×104F

U

(4)將電路中的電阻換成一阻值更大的電阻，放電電流會減小，總電荷量不變，時間會延長，圖像如下圖所

示．

q

11．電荷的定向移動形成電流，電流表示單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，即I＝。電流傳感器可以

t

像電流表一樣測量電流，并且可以和計算機相連，畫出電流與時間的變化圖像。圖甲是用電流傳感器觀察

充、放電過程的實驗電路圖，圖中電源的電壓為6V。

先使開關(guān)S與1接通，待充電完成后，再使開關(guān)S與2接通，電容器通過電阻放電，電流傳感器將電流信

息傳入計算機，顯示出電流隨時間變化的i－t圖像，如圖乙所示。

(1)下列說法正確的是________。

A.電容器充電的過程中，負電荷由電源的正極移動到電容器的正極板

B.電容器充電的過程中，電路中的電流不斷