2025年物理新高考備考2025年（版）物理《三維設(shè)計(jì)》一輪總復(fù)習(xí)（提升版）實(shí)驗(yàn)十　觀察電容器的充、放電現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)十觀察電容器的充、放電現(xiàn)象考情調(diào)研命題特征高考已經(jīng)將觀察電容器的充、放電

現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)變?yōu)楸乜紝?shí)驗(yàn)，在2023年

山東卷和新課標(biāo)卷高考中都對(duì)本實(shí)

驗(yàn)進(jìn)行了考查。

預(yù)計(jì)在2025年的高

考中，觀察電容器的充、放電現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)作為電學(xué)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的幾率很大1.考裝置：電路連接、器材裝

配以及其他器材替代。2.考圖像：通過(guò)I－t圖像求解充

電或放電電荷量。3.考變化：

實(shí)驗(yàn)原理創(chuàng)新

電容器作為儲(chǔ)能器件，在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用。某同學(xué)利用如圖

甲所示的電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。（1）當(dāng)開關(guān)撥到位置“1”時(shí)，電容器接通電源，電容器開始

?

（選填“充電”或“放電”），以后隨著極板上電荷量的

增多，電流逐漸

（選填“增大”或“減小”），當(dāng)電

容器兩極板間電壓等于電源電壓時(shí)電路中的電荷停止定向移

動(dòng)，電流I＝0；當(dāng)開關(guān)撥到位置“2”時(shí)，電容器開始

?

（選填“充電”或“放電”），隨著兩極板上電荷量逐漸減

小，電路中電流逐漸減小直至減小到零。充

電減小放電【實(shí)驗(yàn)原理】解析：當(dāng)開關(guān)撥到位置“1”時(shí)，電源給電容器充電，該

過(guò)程中電流逐漸減小，直至電容器兩端電壓等于電源電壓；同

理，當(dāng)開關(guān)撥到位置“2”時(shí)，電容器放電，電流逐漸減小?！緦?shí)驗(yàn)步驟】（2）根據(jù)圖甲所示電路，請(qǐng)?jiān)趫D乙中用筆畫線代替導(dǎo)線，完成實(shí)物

電路的連接。答案：如圖1所示（3）撥動(dòng)開關(guān)使電源給電容器充電，一段時(shí)間后，撥動(dòng)開關(guān)到另一

位置，使電容器放電，每隔5秒讀一次微安表的示數(shù)。記錄好實(shí)

驗(yàn)結(jié)果后，關(guān)閉電源。（4）在充電過(guò)程中充電電流I隨時(shí)間t變化的圖像可能正確的

是

?。A

解析：充電過(guò)程中，開始時(shí)電容器不帶電，充電電流較大；充電

接近完成時(shí)，充電電流趨于零，對(duì)比圖像可知，A正確?！緮?shù)據(jù)處理】（5）電容器放電過(guò)程中記錄的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表中所示。時(shí)間t/s0510152025303540455055電流i/μA5003922702091581017549302393請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖丙中作出電流i隨時(shí)間t變化的圖像。答案：如圖2所示1.觀察電容器充電現(xiàn)象（1）按照“觀察電容器充電的電路圖”（如圖所示）連接好電路（2）閉合開關(guān)，給電容器充電。（3）根據(jù)傳感器傳遞給電子計(jì)算機(jī)的電流信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)中的

軟件將傳感器收集的信息擬合成I－t圖像，仔細(xì)觀察I－t圖

像，可以分析出電容器充電時(shí)電流隨時(shí)間變化的規(guī)律（如圖

所示）。2.觀察電容器放電現(xiàn)象（1）按照“觀察電容器放電的電路圖”（如圖所示）連接好電

路。（2）先將開關(guān)S扳向1，給電容器充電完畢后，將開關(guān)扳向2，電容

器將通過(guò)電阻R放電。（3）根據(jù)傳感器傳遞給電子計(jì)算機(jī)的電流信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)中的

軟件將傳感器收集的信息擬合成I－t圖像，仔細(xì)觀察I－t圖

像，可以分析出電容器放電時(shí)電流隨時(shí)間變化的規(guī)律（如圖

所示）。3.數(shù)據(jù)處理若實(shí)驗(yàn)電路中直流電源電壓為8V。（1）在圖中畫出一個(gè)如圖所示豎立的狹長(zhǎng)矩形（Δt很小），它的面積的物理意義表示在Δt時(shí)間內(nèi)通過(guò)電流傳感器的電荷量。整個(gè)圖像與橫軸所圍的面積的物理意義是整個(gè)充電或放電時(shí)

間內(nèi)通過(guò)電流傳感器的電荷量，也等于充滿電后或放電開始時(shí)電容器極板上的電荷量。

4.注意事項(xiàng)（1）要選擇大容量的電容器。（2）實(shí)驗(yàn)要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行。5.誤差分析本實(shí)驗(yàn)中的誤差來(lái)源主要取決于電流傳感器的靈敏度與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)

收集處理軟件的準(zhǔn)確性。

（2023·新課標(biāo)卷22題）在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)

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(cè)電池的電壓。檢測(cè)時(shí)，紅表筆應(yīng)該與

電池的

（選填“正極”或“負(fù)極”）接觸。解析：在使用多用電表時(shí)，應(yīng)保證電流從紅表筆流入，從黑表筆流出，即“紅進(jìn)黑出”，因此紅表筆應(yīng)該與電池的正極接觸。正極（2）某同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路如圖（a）所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為

R1，將單刀雙擲開關(guān)S與“1”端相接，記錄電流隨時(shí)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(biāo)號(hào)）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C

解析：S與“1”端相接時(shí)，小燈泡不發(fā)光，電容器充電；

S與“2”端相接時(shí)，電容器放電，且放電過(guò)程電流逐漸變小，

直至為0，故C正確，A、B錯(cuò)誤。（3）將電阻箱的阻值調(diào)為R2（R2＞R1），再次將開關(guān)S與“1”端相

接，再次記錄電流隨時(shí)間的變化情況。兩次得到的電流I隨時(shí)間t

變化如圖（b）中曲線所示，其中實(shí)線是電阻箱阻值為

?

（選填“R1”或“R2”）時(shí)的結(jié)果，曲線與坐標(biāo)軸所圍面積等

于該次充電完成后電容器上的

（選填“電壓”或

“電荷量”）。R2

電荷量

【典例】

（2023·山東高考14題）電容儲(chǔ)能已經(jīng)在電動(dòng)汽車，風(fēng)、

光發(fā)電，脈沖電源等方面得到廣泛應(yīng)用。某同學(xué)設(shè)計(jì)圖甲所示電路，

探究不同電壓下電容器的充、放電過(guò)程，器材如下：電容器C（額定電壓10V，電容標(biāo)識(shí)不清）；電源E（電動(dòng)勢(shì)12V，內(nèi)阻不計(jì)）；電阻箱R1（阻值0～99999.9Ω）；滑動(dòng)變阻器R2（最大阻值20Ω，額定電流2A）；電壓表V（量程15V，內(nèi)阻很大）；發(fā)光二極管D1、D2，開關(guān)S1、S2，電流傳感器，計(jì)算機(jī)，導(dǎo)線若干。

（1）按照?qǐng)D甲連接電路，閉合開關(guān)S1，若要升高電容器充電電壓，

滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)向

端滑動(dòng)（選填“a”或“b”）。（2）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片位置，電壓表表盤如圖乙所示，示數(shù)

為

V（保留1位小數(shù)）。（3）繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片位置，電壓表示數(shù)為8.0V時(shí)，開關(guān)S2

擲向1，得到電容器充電過(guò)程的I－t圖像，如圖丙所示。借鑒

“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)驗(yàn)中估算油膜面積的方

法，根據(jù)圖像可估算出充電結(jié)束后，電容器存儲(chǔ)的電荷量

為

C（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。回答以下問(wèn)題：（4）本電路中所使用電容器的電容約為

F（結(jié)果保留2位有效數(shù)

字）。（5）電容器充電后，將開關(guān)S2擲向2，發(fā)光二極管

（選填“D1”

或“D2”）閃光。三步穩(wěn)解題（1）分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄坎煌妷合码娙萜鞯某洹⒎烹娺^(guò)程。（2）確定實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)滑動(dòng)變阻器分壓式接法對(duì)用電器供電，調(diào)

節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片位置，電容器可獲得不同電壓。（3）制定數(shù)據(jù)處理方案：借鑒“用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”實(shí)

驗(yàn)中估算油膜面積的方法，根據(jù)I－t圖像估算出電容器存儲(chǔ)的電

荷量。答案：（1）b

（2）6.5

（3）3.7×10－3

（4）4.6×10－4

（5）D1

解析：（1）題圖甲中滑動(dòng)變阻器為分壓式接法，滑動(dòng)變阻器滑

片左端的部分與電容器并聯(lián)，要升高電容器兩端的電壓，滑動(dòng)

變阻器的滑片應(yīng)向b端移動(dòng)。（2）電壓表量程為15V，分度值為0.5V，則電壓表示數(shù)為

6.5V。

（5）電容器充電后，左板電勢(shì)高，電容器放電時(shí)電流由左板經(jīng)

導(dǎo)線流出，故D1閃光。電流傳感器可以在電腦端記錄電流隨時(shí)間變化的圖像。探究實(shí)驗(yàn)小

組設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，來(lái)探究電容器在不同電路中的充放

電現(xiàn)象。（1）第一次探究中先將開關(guān)接1，待電路穩(wěn)定后再接2。探究電容器

充電及通過(guò)電阻放電的電流規(guī)律。①已知電流從右向左流過(guò)電流傳感器時(shí)，電流為正，則與本次

實(shí)驗(yàn)相符的I－t圖像是

（填正確答案標(biāo)號(hào)）。A②從I－t圖像的面積可以計(jì)算得出電容器電荷量的大小。關(guān)于本

次實(shí)驗(yàn)探究，下列判斷正確的是

（填正確答案標(biāo)號(hào)）。A.若只增大電阻箱R的阻值，電容器放電的時(shí)間將變短B.若只增大電阻箱R的阻值，I－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(yīng)大致相等C

解析：①第一次探究過(guò)程為先給電容器充電，后電容器通

過(guò)R放電，給電容器充電過(guò)程中電流從右向左流過(guò)傳感器，即為

正，由于充電后電容器上極板帶正電，電容器通過(guò)R放電時(shí)，電

流從左向右流過(guò)傳感器，即為負(fù)，故選A。②I－t圖像的面積可以表示電容器電荷量的大小，則放電和充電

圖像的面積應(yīng)大致相等，若只增大電阻箱R的阻值，電容器的電

荷量不變，I－t圖像的面積不變，若只增大電阻箱R的阻值，對(duì)

電流的阻礙作用變大，電容器放電的時(shí)間將變長(zhǎng)，故選C。（2）第二次探究中，該同學(xué)先將開關(guān)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。①探究實(shí)驗(yàn)小組得到了振蕩電路電流波形圖像，選取了開關(guān)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(biāo)信息可知，振蕩電路的周期T＝

s（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。9.2×10－3②如果使用電動(dòng)勢(shì)更大的電源給電容器充電，則LC振蕩電路的

頻率將

（選填“增大”“減小”或“不變”）。不變③已知電源電動(dòng)勢(shì)E，測(cè)得充電過(guò)程I－t圖像的面積為S，以及振

蕩電路的周期T，可以得到電感線圈的電感表達(dá)式為L(zhǎng)＝

。

（以上物理量的單位均為國(guó)際單位制單位）

跟蹤訓(xùn)練·鞏固提升1.（2024·重慶沙坪壩模擬）某研究性學(xué)習(xí)小組做“用傳感器觀察

電容器的充電和放電”的實(shí)驗(yàn)，把一個(gè)電容器、電流傳感器、

電阻、電源、單刀雙擲開關(guān)按圖甲所示連接。先將開關(guān)S撥至1

端，電源向電容器充電，然后將開關(guān)S撥至2端，電容器放電，

與電流傳感器相連接的計(jì)算機(jī)記錄這一過(guò)程中電流隨時(shí)間變化

的I－t像，如圖乙所示。12345（1）關(guān)于電容器的充、放電，下列說(shuō)法中正確的是

。（填

正確答案標(biāo)號(hào)）A.電容器充、放電過(guò)程中，外電路有電流B.電容器充、放電過(guò)程中，外電路有恒定電流C.電容器充電過(guò)程中，電源提供的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D.電容器放電過(guò)程中，電容器中的電場(chǎng)能逐漸減小AD

12345解析：由I－t圖像可知，電容器充、放電過(guò)程中，外電

路中有電流，電流不斷變化，A正確，B錯(cuò)誤；電容器充電過(guò)

程中，電源提供的電能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，一部分轉(zhuǎn)化為電

容器的電場(chǎng)能，C錯(cuò)誤；電容器放電過(guò)程中，電容器中的電場(chǎng)

能逐漸減小，D正確。12345（2）在形成電流曲線1的過(guò)程中，電容器兩極板間的電壓

?

，在形成電流曲線2的過(guò)程中，電容器的電容

?。

（均選填“逐漸增大”“不變”或“逐漸減小”）解析：在形成電流曲線1的過(guò)程中，電容器充電，電容器兩極板間的電壓逐漸增大；電容器的電容不隨電壓及電荷量的變化而變化，在形成電流曲線2的過(guò)程中，電容器的電容不變。逐漸增

大不變12345（3）曲線1與橫軸所圍面積

（選填“大于”“等于”或

“小于”）曲線2與橫軸所圍面積。解析：根據(jù)q＝It可知I－t圖像與坐標(biāo)軸圍成的面積等于電容器充電或放電電荷量，電容器充電的電荷量等于放電的電荷量，故曲線1與橫軸所圍面積等于曲線2與橫軸所圍面積。等于123452.（2024·山西太原模擬）某同學(xué)用如圖甲所示的電路研究電容器的

充、放電。12345（1）把開關(guān)S擲向a，對(duì)電容器充電，充電完畢后把開關(guān)S擲向b，

讓電容器放電，直至放電完畢，電流傳感器將電流信息傳入

計(jì)算機(jī)，屏幕上顯示出電流隨時(shí)間變化的I－t圖像如圖乙所

示。圖乙中，陰影部分的面積S1

S2（選填“＞”“＜”

或“＝”）；若將電阻箱電阻調(diào)大些重新實(shí)驗(yàn)，得到I－t圖像

中，充電過(guò)程陰影部分的面積S1'

S1（選填

“＞”“＜”或“＝”）。＝

＝

12345解析：I－t圖像與橫軸所圍面積為電容器的充、放電電荷量，因此有S1＝S2。將電阻箱接入電路的電阻變大，不改變充、放電電荷量的大

小，但改變充、放電時(shí)間及充、放、電的最大電流，若將電

阻箱電阻調(diào)大些重新實(shí)驗(yàn)，依然存在S1'＝S1。12345（2）某次放電過(guò)程中，電流和電壓傳感器分別將電流、電壓信息

傳入計(jì)算機(jī)，經(jīng)處理后得到電流和電壓隨時(shí)間變化的I－t、U

－t圖像分別如圖丙、丁所示。由圖像可知，電容器充滿電時(shí)

的電荷量為

C，電容器的電容為

?

F。（保留2位有效數(shù)字）3.5×10－3

4.4×10－

4

12345

123453.（2024·遼寧沈陽(yáng)模擬）某實(shí)驗(yàn)小組利用如下器材測(cè)量電容器的電

容：直流穩(wěn)壓電源、待測(cè)電容器（額定電壓12V）、定值電阻R1＝

130Ω、定值電阻R2＝80Ω、電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)、

單刀雙擲開關(guān)S、導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：①將定值電阻R1等器材按圖甲連接電路后，將開關(guān)S與1端連接，電源向電容器充電；12345②將開關(guān)S與2端連接，測(cè)得電流隨時(shí)間變化的I－t圖像如圖乙所

示；③用R2替換R1后，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟①②，測(cè)得電流隨時(shí)間變化的I

－t圖像如圖丙中的某條虛線所示。12345兩次實(shí)驗(yàn)中電源的輸出電壓相同，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）電源的輸出電壓為

V，利用計(jì)算機(jī)軟件測(cè)得圖乙中I－

t圖像與兩坐標(biāo)軸所圍的面積為60mA·s，則電容器的電容

為

F。（結(jié)果均保留3位有效數(shù)字）

11.7

5.13×10－3

12345（2）用R2替換R1后，電流隨時(shí)間變化的I－t圖像應(yīng)該是圖丙中

的

（填“b”“c”或“d”），判斷的依據(jù)是

?

?

?

?。解析：用R2替換R1后，電流隨時(shí)間變化的I－t圖像應(yīng)該

是題圖丙中的c，因?yàn)镽2的阻值小于R1，電容器放電的電流增

大，放電的時(shí)間減少。c

R2的阻

值小于R1，電容器放電的電流增大，放電的時(shí)間減少（或兩

次放電的電荷量相同，即I－t圖像與橫軸所圍“面積”相同）

123454.（2024·江蘇南通模擬）用如圖甲所示電路觀察電容器的充、放電

現(xiàn)象，現(xiàn)提供如下實(shí)驗(yàn)器材：電源E（電動(dòng)勢(shì)3V，內(nèi)阻不計(jì)）、電

容器C（標(biāo)稱電容1000μF、電阻箱R（0～9999Ω）、微安表G

（量程500μA，內(nèi)阻為2kΩ）、單刀雙擲開關(guān)S和導(dǎo)線若干。12345答案：圖見解析（1）根據(jù)圖甲電路在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線將實(shí)物電路連接

完整。解析：實(shí)物電路如圖所示。12345（2）將開關(guān)S撥至位置1，電容器上極板帶

（選填“正”或

“負(fù)”）電。解析：將開關(guān)S撥至位置1，電容器上極板與電源負(fù)極相

連，故上極板帶負(fù)電。（3）充電完畢，將開關(guān)S撥至位置2，根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)作出電路中

的電流I隨時(shí)間t變化的圖像如圖丙所示，則電阻箱接入電路的

阻值為

kΩ。

負(fù)8

12345（4）圖丙中曲線與橫軸圍成的區(qū)域共有148個(gè)小格，則電容器電容

的測(cè)量值為

μF（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。987

12345（5）根據(jù)圖丙可作出電容器所帶電荷量q隨時(shí)間t變化的圖像。某小

組兩次實(shí)驗(yàn)中電阻箱接入電路的阻值分別為Ra和Rb，Ra＞Rb，

對(duì)應(yīng)的q－t圖像為曲線a