第九章靜電場實驗十觀察電容器的充、放電現象Contents教材幫讀透教材融會貫通高考幫研透高考明確方向03練習幫練透好題精準分層01Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicingelit.目錄觀察電容器的充、放電現象是課標新增實驗，在高考中已經出現了對該實驗的考

查，如2023年新課標卷T22、山東卷T14、福建卷T13.本實驗可以形象地將電容器

充、放電過程中電流隨時間變化的規律呈現出來，更重要的是處理數據時由“i－

t”圖像求電容器充、放電的電荷量所用的方法，這對學生領會“微元”“化歸”等

思想方法有著積極意義.預計2025年高考中仍會出現該實驗的考查.1.實驗目的(1)理解電容器的儲能特性及其在電路中能量的轉換規律.(2)電容器充、放電過程中，電路中的電流和電容器兩端電壓的變化規律.2.實驗原理電容器的充電過程

如圖，在充電開始時電流比較[1]

(填“大”或

“小”)，以后隨著極板上電荷的增多，電流逐漸[2]

?

(填“增大”或“減小”)，當電容器兩極板間電壓等

于電源電壓時電荷停止定向移動，電流I＝0.電容器的放電過程

如圖，放電開始電流較[3]

(填“大”或“小”)，隨

著兩極板上的電荷量逐漸減小，電路中的電流逐漸[4]

?

(填“增大”或“減小”)，兩極板間的電壓也逐漸減

小到零.大減

小大減

小3.實驗器材直流電源、導線、單刀雙擲開關、電容器、定值電阻、電流表(電流傳感器)、電壓

表(電壓傳感器).4.實驗步驟(1)按圖連接好電路.(2)把單刀雙擲開關S打在上面，使觸點1和觸點2連通，觀察電容器的充電現象，并將結果記錄在表格中.(3)將單刀雙擲開關S打在下面，使觸點3和觸點2連通，觀察電容器的放電現象，并

將結果記錄在表格中.(4)記錄好實驗結果，關閉電源.5.數據處理在I－t圖中畫出如圖所示的豎立的狹長矩形(Δt很小)，它的面積的物理意義是在Δt時

間內通過電流表的電荷量.6.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)在做放電實驗時，電路中要串聯一個電阻，避免燒壞電流表.(4)實驗要在干燥的環境中進行.命題點1教材基礎實驗1.在“用傳感器觀察電容器的充、放電過程”實驗中，按圖(a)所示連接電路.電源電

動勢為8.0V，內阻可以忽略.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.實驗中使用電流傳感器來采集電流隨時間的變化信息，并將

結果輸入計算機.(1)為觀察電容器C充電時的現象，應將單刀雙擲開關S接

(填“1”或“2”).[解析]

充電時必須將電容器接電源，故將單刀雙擲開關撥向1.1

(2)在充電過程中，測繪的充電電流i隨時間t變化的圖像可能正確的是

?.A

[解析]

電容器充電時，隨著電荷量的增加，電容器兩極板間電壓升高，電阻R兩

端分得的電壓減小，電路中電流逐漸減小，電容器兩極板間電壓增大到等于電源電

壓之后，電流減小為零，A正確.(3)用圖(a)所示電路來觀察電容器C的放電現象：使用電流傳感器測量放電過程中電

路的電流，并將結果輸入計算機，得到了圖(b)所示的電流i與時間t的關系圖像.①通過i－t圖像可以發現：電容器放電時，電路中的電流減小得越來越

(填“快”或“慢”).慢[解析]

從圖(b)中可以看出放電時電流減小得越來越慢(斜率的絕對值表示電流的變化快慢)；

②已知圖(b)中圖線與坐標軸所圍成圖形的面積表示電容器放電過程中所釋放的電荷量，根據圖像可估計電容器放電前所帶電荷量Q約為

C，電容器的電容C約為

F.(結果均保留2位有效數字)3.2×10－3

4.0×10－4

(4)關于電容器在整個充、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).AD

(5)圖(c)中實線是實驗得到的放電時的i－t圖像，如果不改變電路的其他參數，只減

小電阻R的阻值，則得到的i－t圖線可能是圖(c)中的

(填“①”“②”或

“③”).[解析]

若只減小電阻R的阻值，則開始時刻的電流將增大，i－t圖像的縱截距增

大，由于總的電荷量一定，則圖像與坐標軸圍成的面積相同，故曲線②符合要求.②

(6)改變電源電動勢，重復多次上述實驗，得到電容器在不同電壓U下充滿電時所帶

的電荷量Q，并作出Q－U圖像，則圖像應是

?.[解析]

對一個特定的電容器，由Q＝CU可知其帶電荷量與電壓成正比，B正確.B

命題點2創新設計實驗2.[2023山東]電容儲能已經在電動汽車，風、光發電，脈沖電源等方面得到廣泛應

用.某同學設計圖甲所示電路，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E(電動勢12V，內阻不計)；電阻箱R1(阻值0～99999.9Ω)；滑動變阻器R2(最大阻值20Ω，額定電流2A)；電壓表V(量程15V，內阻很大)；發光二極管D1、D2，開關S1、S2，電流傳感器，計算機，導線若干.回答以下問題：(1)按照圖甲連接電路，閉合開關S1，若要升高電容器充電電壓，滑動變阻器滑片應

向

端滑動(填“a”或“b”).[解析]

滑動變阻器采用分壓式接法，根據電路圖可知，滑片向b端滑動時，充電

電壓升高.b

(2)調節滑動變阻器滑片位置，電壓表表盤如圖乙所示，示數為

V(保留1位小

數).圖乙[解析]

電壓表的量程為15V，每個小格表示0.5V，即電壓表的分度值為0.5V，

即在本位估讀，讀得示數為6.5V.6.5

(3)繼續調節滑動變阻器滑片位置，電壓表示數為8.0V時，開關S2擲向1，得到電容

器充電過程的I－t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位有效數字).3.8×10－3

圖丙

(4)本電路中所使用電容器的電容約為

F(結果保留2位有效數字).

(5)電容器充電后，將開關S2擲向2，發光二極管

(填“D1”或“D2”)閃光.[解析]

電容器左側極板為正極板，開關S2擲向2時電容器放電，電流從電容器左

側流出，結合二極管的單向導電性，易知D1導通并閃光，D2截止不亮.4.8×10－4

D1

1.[2022北京]利用如圖所示電路觀察電容器的充、放電現象，其中E為電源，R為定

值電阻，C為電容器，

為電流表，

為電壓表.下列說法正確的是(

B

)A.充電過程中，電流表的示數逐漸增大后趨于穩定B.充電過程中，電壓表的示數迅速增大后趨于穩定C.放電過程中，電流表的示數均勻減小至零D.放電過程中，電壓表的示數均勻減小至零B123456[解析]

電容器充電→

電容器放電→

1234562.電流傳感器可以捕捉到瞬間的電流變化，它與計算機相連，可以顯示出電流隨時

間變化的I－t圖像.按圖甲所示連接電路.直流電源電動勢為9V，內阻可忽略，電容

器選用電容較大的電解電容器.先使開關S與1端相連，電源向電容器充電；然后把開

關S擲向2端，電容器通過電阻R放電，傳感器將電流信息傳入計算機.屏幕上顯示出

電流隨時間變化的I－t圖像如圖乙所示.123456(1)在圖乙所示的I－t圖像中用陰影標記面積的物理意義是

?

?.[解析]

題圖乙中1～3.4s的I－t圖線是充電電流隨時間變化的規律圖線，又I－t圖線與t軸所圍成的面積表示電荷量，則題圖乙中陰影面積的物理意義是通電0.2s電容器增加(或流過電阻R)的電荷量.通電0.2s電容器增加的電荷量(或流過

電阻R的電荷量)

123456(2)根據I－t圖像估算當電容器開始放電時所帶的電荷量q0＝

?

，并計算電容器的電容C＝

.(均保留2

位有效數字)1.8×10－3C(1.7×10－3

C也正確)

2.0×10－4F(1.9×10－4F也正確)

123456

123456(3)如果不改變電路其他參數，只減小電阻R，充電時I－t曲線與橫軸所圍成的面積

將

(選填“增大”“不變”或“變小”)；充電時間將

(選填“變

長”“不變”或“變短”)，簡要說明原因：

?.

不變變短充電電流增大1234563.某同學通過實驗觀察電容器的放電現象，采用的實驗電路如圖甲所示，已知所用

電解電容器的長引線是其正極，短引線是其負極.(1)按圖甲連接好實驗電路，開關S應先接到

，再接到

(均選填“1”或

“2”)，觀察電容器的放電現象.[解析]

連接好電路圖，開關S應先接到1對電容器進行充電，再接到2使電容器放

電，觀察電容器的放電現象.1

2

123456(2)根據圖甲電路，請在圖乙中用筆畫線代替導線，完成實物電路的連接.[答案]

如圖1所示圖1[解析]

根據題圖甲所示電路圖連接實物電路圖，注意電容器正極接電流表正接線

柱，實物電路圖如圖1所示.123456(3)電容器開始放電的同時開始計時，每隔5s讀一次電流表的值i，記錄數據如下表.時間t/s0510152025電流i/μA500392270209158101時間t/s303540455055電流i/μA7549302393請根據表中的數據，在圖丙中作出電流i隨時間t變化的圖線.123456[答案]

如圖2所示[解析]

根據表中實驗數據在題圖丙中描出對應點，然后畫一條平滑曲線，讓盡可

能多的點過曲線，不能過曲線的點大致均勻分布在曲線兩側，作出圖像如圖2所示.圖21234564.在“用傳感器觀察電容器的充電”實驗中，電路圖如圖甲所示.一位同學使用的電

源電壓為8.0V，測得充滿電的電容器放電的I－t圖像如圖乙所示.(1)I－t圖線與兩坐標軸圍成的面積表示的物理意義是

?

；若按“數格子”(等于或多于半格算一格，小于半格舍去)法計算，則電容器

在全部放電過程中釋放的電荷量約為

C(結果保留2位有效數字).[解析]

電容器的放電圖像是一條逐漸下降的曲線，而q＝It，由微元法可知，I－

t圖線與坐標軸圍成的面積表示放電過程中放出的總的電荷量.圖線下約有30格，所

以電容器在全部放電過程中釋放的電荷量約為Q＝30×0.0002×0.4C＝2.4×10－3C.放電過程中放出的總的電荷

量2.4×10－3

123456(2)根據以上數據估算電容器的電容為

F(結果保留2位有效數字).

3.0×10－4

(3)如果將電阻R換成一個阻值更大的電阻，則放電過程釋放的電荷量

(填

“變多”“不變”或“變少”).[解析]

由于電容器充滿電后所帶的電荷量一定，所有電荷量將通過電阻釋放，

若將電阻R換成一個阻值更大的電阻，對應的I－t圖像更加平緩些，但釋放電荷的總

量不變.不變123456

5.如圖甲所示是利用電流傳感器系統研究電容器充電情況的電路圖.將電容器C1接入

電路檢查無誤后進行了如下操作：圖甲圖乙123456①將S撥至1，并接通足夠長的時間；②將S撥至2；③觀察并保存計算機屏幕上的I－t圖，得到圖線Ⅰ(圖乙Ⅰ)；④換上電容器C2重復前面的操作，得到圖線Ⅱ(圖乙Ⅱ).(1)操作①的作用是

?.[解析]

由題圖甲可知，將S撥至1，電容器與電阻R串聯，所以電容器放電，最

終電容器不帶電.使電容器不帶電圖乙123456(2)兩個電容器相比較，C1的電容

(填“較大”“較小”或“與C2的電容相

等”).

較大圖乙123456(3)由I－t圖線可以分析出，兩個電容器都充電2s時，C1的電壓

(填“大

于”“小于”或“等于”)C2的電壓.

小于圖乙1234566.[2023新課標]在“觀