資源簡介

實驗十　觀察電容器的充、放電現象
1.（2025·河北邯鄲模擬）用高值電阻放電法測電容的實驗電路圖如圖甲所示。其原理是測出電容器在充電電壓為U時所帶的電荷量Q，從而求出其電容C。該實驗的操作步驟如下：
（1）按電路圖接好實驗電路；
（2）接通開關S，調節電阻箱R的阻值，使微安表的指針接近滿刻度。記下這時的電壓表讀數U0＝6.2 V和微安表讀數I0＝490 μA；
（3）斷開開關S并同時開始計時，每隔5 s或10 s讀一次微安表的讀數I，將讀數記錄在預先設計的表格中；
（4）以t為橫坐標，I為縱坐標，建立坐標系。若由實驗得到的數據，在圖乙中描出了12個點（用“×”表示），可以估算出當電容器兩端電壓為U0時，該電容器所帶的電荷量Q0約為　　　　C，從而算出該電容器的電容約為　　　　F。（結果均保留2位有效數字）
2.（2024·浙江1月選考16－Ⅱ題）在“觀察電容器的充、放電現象”實驗中，把電阻箱R（0～9 999 Ω）、一節干電池、微安表（量程0～300 μA，零刻度在中間位置）、電容器C（2 200 μF、16 V）、單刀雙擲開關組裝成如圖1所示的實驗電路。
（1）把開關S接1，微安表指針迅速向右偏轉后示數逐漸減小到零；然后把開關S接2，微安表指針偏轉情況是　　　　。
A.迅速向右偏轉后示數逐漸減小
B.向右偏轉示數逐漸增大
C.迅速向左偏轉后示數逐漸減小
D.向左偏轉示數逐漸增大
（2）再把電壓表并聯在電容器兩端，同時觀察電容器充電時電流和電壓變化情況。把開關S接1，微安表指針迅速向右偏轉后示數逐漸減小到160 μA時保持不變；電壓表示數由零逐漸增大，指針偏轉到如圖2所示位置時保持不變，則電壓表示數為　　　　V，電壓表的阻值為　　　　 kΩ（計算結果保留2位有效數字）。
3.（2023·新課標卷22題）在“觀察電容器的充、放電現象”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、單刀雙擲開關以及導線若干。
（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應該與電池的　　　　（填“正極”或“負極”）接觸。
（2）某同學設計的實驗電路如圖（a）所示。先將電阻箱的阻值調為R1，將單刀雙擲開關S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后，開關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，然后亮度趨于穩定
B.亮度逐漸增大，然后趨于穩定
C.迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅
（3）將電阻箱的阻值調為R2（R2＞R1），再次將開關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”）。
4.（2025·山東濰坊二模）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。按如圖甲所示的電路圖連接電路。直流電源電動勢為9 V，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。
（1）在如圖乙所示的I-t圖像中用陰影標記面積的物理意義是　　　　　　　　　　　　。
（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）
（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：　　　　　　　　。
5.如圖為“觀察電容器的充、放電現象”的實驗。實驗器材：電源E（電動勢9.50 V，內阻可忽略）、電容器C（標稱電容值為470 μF，擊穿電壓為10 V）、電阻箱R、微安表G、單刀雙擲開關S和導線若干。完成下列實驗的相關內容：
（1）按照如圖甲所示的電路圖，把圖乙中的器材連接成完整的實驗電路。
（2）實驗步驟如下：
①將開關S打到1，給電容器C充電，觀察微安表G的示數變化直到讀數穩定；
②先打開手機視頻錄制軟件，再將開關S打到2位置，觀察并用視頻記錄電容器C的放電過程中微安表G的示數變化情況；
③斷開開關S，查閱視頻，記錄0～160 s內，微安表G的讀數隨時間變化的數據；
④在坐標紙上以時間t為橫軸，微安表G的讀數I為縱軸，描點作出I-t 圖像，如圖丙。
（3）分析圖丙可知：
①電容器放電過程電流的變化規律為：放電電流逐漸　　　　（選填“增大”“減小”或“不變”），放電電流隨時間的變化率逐漸　　　　（選填“增大”“減小”或“不變”）；
②圖丙中，I-t圖像與橫軸所包圍的面積為82格，則可求得該電容器的電容為　　　　μF 。（保留2位有效數字）
（4）步驟①中，微安表G的讀數穩定時，并不為0，始終保持在12 μA，出現這種現象的原因是電容器　　　　（選填“短路”或“漏電”）。
6.（2025·安徽蚌埠模擬）在“用傳感器觀察電容器的充放電過程”的實驗中，按圖1所示連接電路。電源電動勢為6.0 V，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　　　　（選填“充電”或“放電”）過程。此過程得到的I-t圖像如圖2所示。如果不改變電路其他參數，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＝3.45×10－3 C，則該電容器的電容為　　　　 μF。
實驗十　觀察電容器的充、放電現象
1.（4）8.0×10－3（7.8×10－3～8.3×10－3均可）　1.3×10－3
解析：（4）用平滑曲線將各點連接，然后數此曲線與坐標軸圍成的格子數，超過半格的算一格，不足半格的舍棄。
每格代表的電荷量為q＝50×10－6×5 C＝2.5×10－4 C
數出的格子數為n＝32格，則Q0＝nq＝8.0×10－3 C
電容為C＝≈1.3×10－3 F。
2.（1）C　（2）0.50　3.1
解析：（1）把開關S接1，電容器充電，電流從右向左流過微安表，微安表指針迅速向右偏轉后示數逐漸減小到零；把開關S接2，電容器放電，電流從左向右流過微安表，則微安表指針迅速向左偏轉后示數逐漸減小。故選C。
（2）由題意可知電壓表應選用0～3 V量程，由圖2可知此時分度值為0.1 V，需要估讀到0.01 V，則讀數為0.50 V。
當微安表示數穩定時，電容器中不再有電流通過，此時干電池、電阻箱、微安表和電壓表構成回路，可知RV＝＝ Ω≈3.1 kΩ。
3.（1）正極　（2）C　（3）R2　電荷量
解析：（1）在使用多用電表時，應保證電流從紅表筆流入，從黑表筆流出，即“紅進黑出”，因此紅表筆應該與電池的正極接觸。
（2）S與“1”端相接時，小燈泡不發光，電容器充電；S與“2”端相接時，電容器放電，且放電過程電流逐漸變小，直至為0，故C正確，A、B錯誤。
（3）開關S與“1”端相接的瞬間，實線的電流小于虛線的電流，說明電路中實線對應的電阻箱的阻值較大，此時電阻箱阻值為R2；根據電流的定義式I＝可知q＝It，則I-t圖像與坐標軸圍成的面積等于電容器上的電荷量。
4.（1）通電0.2 s電容器增加的電荷量（或流過電阻R的電荷量）　（2）1.8×10－3 C（1.7×10－3 C也正確）　2.0×10－4 F（1.9×10－4 F也正確）　（3）不變　變短　充電電流增大
解析：（1）題圖乙中1～3.4 s的I-t圖線是充電電流隨時間變化的規律，又I-t圖線與t軸所圍的面積表示電荷量，則題圖乙中陰影部分面積的物理意義是通電0.2 s充入電容器（或流過電阻R）的電荷量。
（2）電容器在全部放電過程中釋放的電荷量在數值上等于放電過程I-t圖線與橫軸所包圍的面積；首先以坐標紙上的一個小正方形作為一個面積計量單位，數出圖線與橫軸所圍的圖形中有多少個完整的小正方形，對于超過該格一半面積的記為一個，不足一半的舍去不計，這樣即可以得到小正方形的個數為44個（43～45個都正確）；其次確定每個小方格所對應的電荷量，縱坐標的每個小格為0.2 mA，橫坐標的每個小格為0.2 s，則每個小正方形所代表的電荷量為q＝0.2×10－3×0.2 C＝4×10－5 C，則電容器開始放電時所帶的電荷量q0＝nq＝44×4×10－5 C≈1.8×10－3 C；電容器的電容C＝＝ F＝2.0×10－4 F。
（3）如果不改變電路其他參數，只減小電阻R，將開關擲向1，充電完畢時電容器兩端的電壓不變，由于電容器的電容不變，根據Q＝CU可知充入電容器的電荷量不變，即充電時I-t曲線與橫軸所圍成的面積將不變。將開關擲向1，電容器開始時所帶電荷量為0，可知電容器兩端的電壓UC＝0，則電阻R兩端的電壓UR＝E，此時通過R的電流即電容器開始充電時的電流，即Imax＝；只減小電阻R，則Imax增大，而充電時I-t圖線與橫軸所圍成的面積將不變，所以充電時間將變短。
5.（1）見解析圖　（3）①減小　減小　②4.3×102　（4）漏電
解析：（1）按照如圖甲所示的電路圖，連接實物圖如圖。
（3）①由圖丙可知，電容器放電過程電流的變化規律為：放電電流逐漸減小，放電電流隨時間的變化率逐漸減小。②由電容定義式可知C＝＝ F≈4.3×102 μF。
（4）步驟①中，微安表G的讀數穩定時，并不為0，始終保持在12 μA，出現這種現象的原因是電容器漏電。
6.（1）放電　不變　（2）575
解析：（1）開關S改接2后，電容器進行的是放電過程；因I-t圖像與坐標軸所圍成的面積等于電容器的帶電荷量，則如果不改變電路其他參數，只減小電阻R的阻值，此過程的I-t曲線與坐標軸所圍成的面積將不變。
（2）該電容器的電容為C＝＝ F＝575 μF。
4 / 4實驗十　觀察電容器的充、放電現象
1.實驗原理
（1）電容器的充電過程
如圖所示，當開關S接1時，電容器接通電源，在靜電力的作用下自由電子從正極板經過電源向負極板移動，正極板因失去電子而帶正電，負極板因獲得電子而帶負電。正、負極板帶等量的正、負電荷，電荷在移動的過程中形成電流。
在充電開始時電流比較　　　（選填“大”或“小”），以后隨著極板上電荷的增多，電流逐漸　　　　（選填“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。
（2）電容器的放電過程
如圖所示，當開關S接2時，相當于將電容器的兩極板直接用導線連接起來，電容器正、負極板上電荷發生中和，在電子移動過程中，形成電流。
放電開始電流較　　　（選填“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　　　　（選填“增大”或“減小”），兩極板間的電壓也逐漸減小到零。
2.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。
3.實驗數據處理
（1）在I-t圖像中，圖線與時間軸圍成的　　　　表示整個充電或放電時間內通過電流表的電荷量，也等于充滿電后或放電開始時電容器極板上的　　　　。
（2）估算電容器充電或放電過程中電荷量的方法：先算出一個小方格代表的　　　，然后數出整個圖像與橫軸所圍的面積中的方格數（大于半個的按一個方格計算，小于半個的舍棄）。電容器　　　　　　　過程中電荷量為一個小方格代表的電荷量乘以方格數。
4.注意事項
（1）電流表要選用小量程的　　　　　　　。
（2）要選擇大容量的電容器。
（3）實驗過程要在　　　　的環境中進行。
（4）在做放電實驗時，在電路中應　　　　　一個電阻，避免燒壞電流表。
考點一　教材原型實驗
（2024·海南高考15題）用如圖（a）所示的電路觀察電容器的充放電現象，實驗器材有電源E、電容器C、電壓表、電流表、電流傳感器、計算機、定值電阻R、單刀雙擲開關S1、開關S2、導線若干。
（1）閉合開關S2，將S1接1，電壓表示數增大，最后穩定在12.3 V。在此過程中，電流表的示數　　　　。（填選項標號）
A.一直穩定在某一數值
B.先增大，后逐漸減小為零
C.先增大，后穩定在某一非零數值
（2）先后斷開開關S2、S1，將電流表更換成電流傳感器，再將S1接2，此時通過定值電阻R的電流方向為　　　　（選填“a→b”或“b→a”），通過傳感器將電流信息傳入計算機，畫出電流隨時間變化的I-t圖像，如圖（b），t＝2 s時，I＝1.10 mA，圖中M、N區域面積比為8∶7，可求出R＝　　　　 kΩ（保留2位有效數字）。
嘗試解答
（2024·廣西高考12題）某同學為探究電容器充、放電過程，設計了圖甲實驗電路。器材如下：電容器，電源E（電動勢6 V ，內阻不計），電阻R1＝400.0 Ω，電阻R2＝200.0 Ω，電流傳感器，開關S1、S2，導線若干。實驗步驟如下：
（1）斷開S1、S2，將電流傳感器正極與a節點相連，其數據采樣頻率為5 000 Hz，則采樣周期為　　　　 s；
（2）閉合S1，電容器開始充電，直至充電結束，得到充電過程的I-t曲線如圖乙，由圖乙可知開關S1閉合瞬間流經電阻R1的電流為　　　　 mA（結果保留3位有效數字）；
（3）保持S1閉合，再閉合S2，電容器開始放電，直至放電結束，則放電結束后電容器兩極板間電壓為　　　　 V；
（4）實驗得到放電過程的I-t曲線如圖丙，I-t曲線與坐標軸所圍面積對應電容器釋放的電荷量為0.018 8 C，則電容器的電容C為　　　　μF。圖丙中I-t曲線與橫坐標、直線t＝1 s所圍面積對應電容器釋放的電荷量為0.003 8 C，則t＝1 s時電容器兩極板間電壓為　　　　V（結果保留2位有效數字）。
嘗試解答
考點二　創新拓展實驗
（2023·山東高考14題）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10 V，電容標識不清）；
電源E（電動勢12 V，內阻不計）；
電阻箱R1（阻值0～99 999.9 Ω）；
滑動變阻器R2（最大阻值20 Ω，額定電流2 A）；
電壓表V（量程15 V，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”）。
（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）。
（3）繼續調節滑動變阻器滑片位置，電壓表示數為8.0 V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）。
（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。
嘗試解答
創新分析
1.實驗目的創新：以“電容儲能”為情境探究不同電壓下電容器的充、放電過程的特點。
2.實驗原理創新
（1）利用分壓式控制電路控制電容器的充電電壓。
（2）利用了二極管的單向導電性。
3.數據處理創新：根據I-t圖像中圖線與坐標軸所圍圖形的面積計算電容器存儲的電荷量。
實驗十　觀察電容器的充、放電現象
【立足“四層”·夯基礎】
1.（1）大　減小　（2）大　減小　3.（1）面積　電荷量
（2）電荷量　充電或放電　4.（1）靈敏電流表　（3）干燥
（4）串聯
【著眼“四翼”·探考點】
考點一
【典例1】 （1）B　（2）a→b　5.2
解析：（1）閉合開關S2，S1接1后，電路中的電流瞬間達到最大值，然后電源給電容器充電，電壓表的示數逐漸增大，電路中的電流逐漸減小，當電壓表示數穩定后，電路中的電流減為0，即電流表的示數先增大，后逐漸減小為0，B正確。
（2）閉合開關S2，S1接1時，電源正極與電容器上極板相連，則電容器上極板帶正電，因此S1接2時，電容器放電過程通過R的電流方向為a→b，根據I-t圖像與坐標軸圍成圖形的面積表示電荷量可知，0～2 s過程電容器放出的電荷量Q1與2 s后至放電結束過程電容器放出的電荷量Q2之比為8∶7，根據電容的定義式可知，Q1＝CΔU1，Q2＝CΔU2，由電路圖可知ΔU1＝U0－IR，ΔU2＝IR，代入數據解得R≈5.2 kΩ。
【典例2】 （1）2×10－4　（2）15.0　（3）2　（4）4.7×103　5.2
解析：（1）采樣周期為T＝＝ s＝2×10－4 s。
（2）由圖乙可知開關S1閉合瞬間流經電阻R1的電流為15.0 mA。
（3）放電結束后電容器兩極板間電壓等于R2兩端電壓，根據閉合電路歐姆定律得電容器兩極板間電壓為UC＝·R2＝2 V。
（4）充電結束后電容器兩端電壓為UC'＝E＝6 V，故可得ΔQ＝（UC'－UC）C＝0.018 8 C
解得C＝4.7×103 μF
設t＝1 s時電容器兩極板間電壓為UC″，得（UC'－UC″）C＝0.003 8 C
代入數值解得UC″≈5.2 V。
考點二
【典例3】 （1）b　（2）6.5　（3）3.7×10－3　（4）4.6×10－4　（5）D1
解析：（1）題圖甲中滑動變阻器為分壓式接法，滑動變阻器滑片左端的部分與電容器并聯，要升高電容器兩端的電壓，滑動變阻器的滑片應向b端移動。
（2）電壓表量程為15 V，分度值為0.5 V，則電壓表示數為6.5 V。
（3）題圖丙中圖線與坐標軸所圍圖形的面積有37個小方格的面積，則電容器存儲的電荷量Q＝37×× C＝3.7×10－3 C。
（4）由Q＝CU，得C＝ F≈4.6×10－4 F。
（5）電容器充電后，左板電勢高，電容器放電時電流由左板經導線流出，故D1閃光。
3 / 3(共55張PPT)
實驗十　觀察電容器的充、放電現象
高中總復習·物理
目 錄
01
立足”四層”·夯基礎
02
著眼“四翼”·探考點
03
培養“思維”·重落實
概念 公式 定理
立足“四層”·夯基礎
1. 實驗原理
（1）電容器的充電過程
如圖所示，當開關S接1時，電容器接通電源，在靜電力的作用下自由電子
從正極板經過電源向負極板移動，正極板因失去電子而帶正電，負極板因
獲得電子而帶負電。正、負極板帶等量的正、負電荷，電荷在移動的過程
中形成電流。
在充電開始時電流比較 （選填“大”或“小”），以后隨著極板上
電荷的增多，電流逐漸 （選填“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。
大　
減小　
（2）電容器的放電過程
如圖所示，當開關S接2時，相當于將電容器的兩極板直接用導線連接起
來，電容器正、負極板上電荷發生中和，在電子移動過程中，形成電流。
放電開始電流較 （選填“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 （選填“增大”或“減小”），兩
極板間的電壓也逐漸減小到零。
大　
減小　
2. 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。
3. 實驗數據處理
（1）在I-t圖像中，圖線與時間軸圍成的 表示整個充電或放電時間
內通過電流表的電荷量，也等于充滿電后或放電開始時電容器極板上
的 。
面積　
電荷量　
（2）估算電容器充電或放電過程中電荷量的方法：先算出一個小方格代
表的 ，然后數出整個圖像與橫軸所圍的面積中的方格數（大于
半個的按一個方格計算，小于半個的舍棄）。電容器 過程
中電荷量為一個小方格代表的電荷量乘以方格數。
電荷量　
充電或放電　
4. 注意事項
（1）電流表要選用小量程的 。
（2）要選擇大容量的電容器。
（3）實驗過程要在 的環境中進行。
（4）在做放電實驗時，在電路中應 一個電阻，避免燒壞電流
表。
靈敏電流表　
干燥　
串聯　
題型 規律 方法
著眼“四翼”·探考點
考點一　教材原型實驗
（2024·海南高考15題）用如圖（a）所示的電路觀察電容器的充放
電現象，實驗器材有電源E、電容器C、電壓表、電流表、電流傳感器、計
算機、定值電阻R、單刀雙擲開關S1、開關S2、導線若干。
（1）閉合開關S2，將S1接1，電壓表示數增大，最后穩定在12.3 V。在此
過程中，電流表的示數 。（填選項標號）
A. 一直穩定在某一數值
B. 先增大，后逐漸減小為零
C. 先增大，后穩定在某一非零數值
解析： 閉合開關S2，S1接1后，電路中的電流瞬間達到最大值，然后
電源給電容器充電，電壓表的示數逐漸增大，電路中的電流逐漸減小，當
電壓表示數穩定后，電路中的電流減為0，即電流表的示數先增大，后逐
漸減小為0，B正確。
B　
（2）先后斷開開關S2、S1，將電流表更換成電流傳感器，再將S1接2，此
時通過定值電阻R的電流方向為 （選填“a→b”或“b→a”），
通過傳感器將電流信息傳入計算機，畫出電流隨時間變化的I-t圖像，如圖
（b），t＝2 s時，I＝1.10 mA，圖中M、N區域面積比為8∶7，可求出R
＝ kΩ（保留2位有效數字）。
a→b　
5.2　
解析： 閉合開關S2，S1接1時，電源正極與電容器上極板相連，則電
容器上極板帶正電，因此S1接2時，電容器放電過程通過R的電流方向為
a→b，根據I-t圖像與坐標軸圍成圖形的面積表示電荷量可知，0～2 s過程
電容器放出的電荷量Q1與2 s后至放電結束過程電容器放出的電荷量Q2之比
為8∶7，根據電容的定義式可知，Q1＝CΔU1，Q2＝CΔU2，由電路圖可知
ΔU1＝U0－IR，ΔU2＝IR，代入數據解得R≈5.2 kΩ。
（2024·廣西高考12題）某同學為探究電容器充、放電過程，設計
了圖甲實驗電路。器材如下：電容器，電源E（電動勢6 V ，內阻不計），
電阻R1＝400.0 Ω，電阻R2＝200.0 Ω，電流傳感器，開關S1、S2，導線若
干。實驗步驟如下：
（1）斷開S1、S2，將電流傳感器正極與a節點相連，其數據采樣頻率為5
000 Hz，則采樣周期為 s；
解析： 采樣周期為T＝＝ s＝2×10－4 s。
2×10－4　
（2）閉合S1，電容器開始充電，直至充電結束，得到充電過程的I-t曲線如
圖乙，由圖乙可知開關S1閉合瞬間流經電阻R1的電流為 mA（結
果保留3位有效數字）；
解析： 由圖乙可知開關S1閉合瞬間流經電阻R1的電流為15.0 mA。
15.0　
（3）保持S1閉合，再閉合S2，電容器開始放電，直至放電結束，則放電結
束后電容器兩極板間電壓為 V；
解析： 放電結束后電容器兩極板間電壓等于R2兩端電壓，根據閉合電
路歐姆定律得電容器兩極板間電壓為UC＝·R2＝2 V。
2　
（4）實驗得到放電過程的I-t曲線如圖丙，I-t曲線與坐標軸所圍面積對應電
容器釋放的電荷量為0.018 8 C，則電容器的電容C為 μF。圖
丙中I-t曲線與橫坐標、直線t＝1 s所圍面積對應電容器釋放的電荷量為
0.003 8 C，則t＝1 s時電容器兩極板間電壓為 V（結果保留2位有效
數字）。
4.7×103　
5.2　
解析： 充電結束后電容器兩端電壓為UC'＝E＝6 V，故可得ΔQ＝
（UC'－UC）C＝0.018 8 C
解得C＝4.7×103 μF
設t＝1 s時電容器兩極板間電壓為UC″，得（UC'－UC″）C＝0.003 8 C
代入數值解得UC″≈5.2 V。
考點二　創新拓展實驗
（2023·山東高考14題）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10 V，電容標識不清）；
電源E（電動勢12 V，內阻不計）；
電阻箱R1（阻值0～99 999.9 Ω）；
滑動變阻器R2（最大阻值20 Ω，額定電流2 A）；
電壓表V（量程15 V，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。
（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： 題圖甲中滑動變阻器為分壓式接
法，滑動變阻器滑片左端的部分與電容器并聯，要升高電容器兩端的電壓，滑動變阻器的滑片應向b端移動。
b　
回答以下問題：
（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）。
解析： 電壓表量程為15 V，分度值為0.5 V，則電壓表示數為6.5 V。
6.5　
（3）繼續調節滑動變阻器滑片位置，電壓表示數為8.0 V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）。
解析： 題圖丙中圖線與坐標軸所圍圖形的面積有37個小方格的面積，則電容器存儲的電荷量Q＝37×× C＝3.7×10－3 C。
3.7×10－3　
（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）。
解析： 由Q＝CU，得C＝ F≈4.6×10－4 F。
4.6×10－4　
（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： 電容器充電后，左板電勢高，電容器放電時電流由左板經導
線流出，故D1閃光。
D1　
創新分析
1. 實驗目的創新：以“電容儲能”為情境探究不同電壓下電容器的充、放
電過程的特點。
2. 實驗原理創新
（1）利用分壓式控制電路控制電容器的充電電壓。
（2）利用了二極管的單向導電性。
3. 數據處理創新：根據I-t圖像中圖線與坐標軸所圍圖形的面積計算電容器
存儲的電荷量。
培養“思維”·重落實
夯基 提能 升華
1. （2025·河北邯鄲模擬）用高值電阻放電法測電容的實驗電路圖如圖甲
所示。其原理是測出電容器在充電電壓為U時所帶的電荷量Q，從而求出其
電容C。該實驗的操作步驟如下：
（1）按電路圖接好實驗電路；
1
2
3
4
5
6
（2）接通開關S，調節電阻箱R的阻值，使微安表的指針接近滿刻度。記
下這時的電壓表讀數U0＝6.2 V和微安表讀數I0＝490 μA；
（3）斷開開關S并同時開始計時，每隔5 s或10 s讀一次微安表的讀數I，將
讀數記錄在預先設計的表格中；
1
2
3
4
5
6
（4）以t為橫坐標，I為縱坐標，建立坐標系。若由實驗得到的數據，在圖
乙中描出了12個點（用“×”表示），可以估算出當電容器兩端電壓為U0
時，該電容器所帶的電荷量Q0約為
C，從而算出該電容器的電容約為 F。（結果均保
留2位有效數字）
8.0×10－3（7.8×10－3～8.3×10－3
均可）　
1.3×10－3　
解析： 用平滑曲線將各點連接，然后數此曲線與
坐標軸圍成的格子數，超過半格的算一格，不足半
格的舍棄。
每格代表的電荷量為q＝50×10－6×5 C＝2.5×10－4 C
數出的格子數為n＝32格，則Q0＝nq＝8.0×10－3 C
電容為C＝≈1.3×10－3 F。
1
2
3
4
5
6
2. （2024·浙江1月選考16－Ⅱ題）在“觀察電容器的充、放電現象”實驗
中，把電阻箱R（0～9 999 Ω）、一節干電池、微安表（量程0～300 μA，
零刻度在中間位置）、電容器C（2 200 μF、16 V）、單刀雙擲開關組裝成
如圖1所示的實驗電路。
（1）把開關S接1，微安表指針迅速向右偏轉后示數逐漸減小到零；然后
把開關S接2，微安表指針偏轉情況是 。
A. 迅速向右偏轉后示數逐漸減小
B. 向右偏轉示數逐漸增大
C. 迅速向左偏轉后示數逐漸減小
D. 向左偏轉示數逐漸增大
C　
1
2
3
4
5
6
解析： 把開關S接1，電容器充電，電流從右向左流過微安表，微安
表指針迅速向右偏轉后示數逐漸減小到零；把開關S接2，電容器放電，電
流從左向右流過微安表，則微安表指針迅速向左偏轉后示數逐漸減小。故
選C。
1
2
3
4
5
6
（2）再把電壓表并聯在電容器兩端，同時觀察電容器充電時電流和電壓
變化情況。把開關S接1，微安表指針迅速向右偏轉后示數逐漸減小到160
μA時保持不變；電壓表示數由零逐漸增大，指針偏轉到如圖2所示位置時
保持不變，則電壓表示數為 V，電壓表的阻值為 kΩ（計
算結果保留2位有效數字）。
0.50　
3.1　
1
2
3
4
5
6
解析： 由題意可知電壓表應選用0～3 V量程，由圖2可知此時分度值
為0.1 V，需要估讀到0.01 V，則讀數為0.50 V。
當微安表示數穩定時，電容器中不再有電流通過，此時干電池、電阻箱、
微安表和電壓表構成回路，可知RV＝＝ Ω≈3.1 kΩ。
1
2
3
4
5
6
3. （2023·新課標卷22題）在“觀察電容器的充、放電現象”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、單刀雙擲開關以及導線若干。
（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應該與電池
的 （填“正極”或“負極”）接觸。
解析： 在使用多用電表時，應保證電流從紅表筆流入，從黑表筆流
出，即“紅進黑出”，因此紅表筆應該與電池的正極接觸。
正極　
1
2
3
4
5
6
（2）某同學設計的實驗電路如圖（a）所示。先將電阻箱的阻值調為R1，
將單刀雙擲開關S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化。電容器充電完
成后，開關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，然后亮度趨于穩定
B. 亮度逐漸增大，然后趨于穩定
C. 迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅
解析： S與“1”端相接時，小燈泡不發光，電容器充電；S與“2”
端相接時，電容器放電，且放電過程電流逐漸變小，直至為0，故C正確，
A、B錯誤。
C　
1
2
3
4
5
6
（3）將電阻箱的阻值調為R2（R2＞R1），再次將開關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
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”）。
R2　
電荷量　
1
2
3
4
5
6
解析： 開關S與“1”端相接的瞬間，實線的電流小于虛線的電流，
說明電路中實線對應的電阻箱的阻值較大，此時電阻箱阻值為R2；根據電
流的定義式I＝可知q＝It，則I-t圖像與坐標軸圍成的面積等于電容器上的
電荷量。
1
2
3
4
5
6
4. （2025·山東濰坊二模）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。按如圖甲所示的電路
圖連接電路。直流電源電動勢為9 V，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。
1
2
3
4
5
6
（1）在如圖乙所示的I-t圖像中用陰影標記面積的物理意義是
。
解析： 題圖乙中1～3.4 s的I-t圖線是充電電流隨時間變化的規律，又
I-t圖線與t軸所圍的面積表示電荷量，則題圖乙中陰影部分面積的物理意義
是通電0.2 s充入電容器（或流過電阻R）的電荷量。
通電0.2 s
電容器增加的電荷量（或流過電阻R的電荷量）　
1
2
3
4
5
6
（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）
1.8×10－3
C（1.7×10－3 C也正確）　
2.0×10－4 F
（1.9×10－4 F也正確）　
1
2
3
4
5
6
解析： 電容器在全部放電過程中釋放的電荷量在數值上等于放電過
程I-t圖線與橫軸所包圍的面積；首先以坐標紙上的一個小正方形作為一個
面積計量單位，數出圖線與橫軸所圍的圖形中有多少個完整的小正方形，
對于超過該格一半面積的記為一個，不足一半的舍去不計，這樣即可以得
到小正方形的個數為44個（43～45個都正確）；其次確定每個小方格所對
應的電荷量，縱坐標的每個小格為0.2 mA，橫坐標的每個小格為0.2 s，則
每個小正方形所代表的電荷量為q＝0.2×10－3×0.2 C＝4×10－5 C，則電
容器開始放電時所帶的電荷量q0＝nq＝44×4×10－5 C≈1.8×10－3 C；電
容器的電容C＝＝ F＝2.0×10－4 F。
1
2
3
4
5
6
（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　
1
2
3
4
5
6
解析： 如果不改變電路其他參數，只減小電阻R，將開關擲向1，充
電完畢時電容器兩端的電壓不變，由于電容器的電容不變，根據Q＝CU可
知充入電容器的電荷量不變，即充電時I-t曲線與橫軸所圍成的面積將不
變。將開關擲向1，電容器開始時所帶電荷量為0，可知電容器兩端的電壓
UC＝0，則電阻R兩端的電壓UR＝E，此時通過R的電流即電容器開始充電
時的電流，即Imax＝；只減小電阻R，則Imax增大，而充電時I-t圖線與橫
軸所圍成的面積將不變，所以充電時間將變短。
1
2
3
4
5
6
5. 如圖為“觀察電容器的充、放電現象”的實驗。實驗器材：電源E（電
動勢9.50 V，內阻可忽略）、電容器C（標稱電容值為470 μF，擊穿電壓
為10 V）、電阻箱R、微安表G、單刀
（1）按照如圖甲所示的電路圖，把圖乙中的器材連接成完整的實驗電路。
答案： 見解析圖　
雙擲開關S和導線若干。完成下列實
驗的相關內容：
解析： 按照如圖甲所示的電路圖，連接實物圖如圖。
1
2
3
4
5
6
（2）實驗步驟如下：
①將開關S打到1，給電容器C充電，觀察微安表G的示數變化直到讀數
穩定；
②先打開手機視頻錄制軟件，再將開關S打到2位置，觀察并用視頻記錄電
容器C的放電過程中微安表G的示數變化情況；
③斷開開關S，查閱視頻，記錄0～160 s內，微安表G的讀數隨時間變化的
數據；
④在坐標紙上以時間t為橫軸，微安
表G的讀數I為縱軸，描點作出I-t 圖
像，如圖丙。
1
2
3
4
5
6
（3）分析圖丙可知：
①電容器放電過程電流的變化規律為：放電電流逐漸 （選填“增
大”“減小”或“不變”），放電電流隨時間的變化率逐漸 （選
填“增大”“減小”或“不變”）；
②圖丙中，I-t圖像與橫軸所包圍的面積為82格，則可求得該電容器的電容
為 μF 。（保留2位有效數字）
減小　
減小　
4.3×102　
1
2
3
4
5
6
解析： ①由圖丙可知，電容器放電過程電流的變化規律為：放電電流逐漸減小，放電電流隨時間的變化率逐漸減小。②由電容定義式可知C＝＝
F≈4.3×102 μF。
1
2
3
4
5
6
（4）步驟①中，微安表G的讀數穩定時，并不為0，始終保持在12 μA，出現這種現象的原因是電容器 （選填“短路”或“漏電”）。
解析：步驟①中，微安表G的讀數穩定時，并不為0，始終保持在12 μA，出現這種現象的原因是電容器漏電。
漏電　
1
2
3
4
5
6
6. （2025·安徽蚌埠模擬）在“用傳感器觀
察電容器的充放電過程”的實驗中，按圖1
所示連接電路。電源電動勢為6.0 V，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。實驗中使用了電流傳感器來采集電流隨時間的變化情況。
解析： 開關S改接2后，電容器進行的是放電過程；因I-t圖像與坐標
軸所圍成的面積等于電容器的帶電荷量，則如果不改變電路其他參數，只
減小電阻R的阻值，此過程的I-t曲線與坐標軸所圍成的面積將不變。
1
2
3
4
5
6
（1）開關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2所示。如果不改變電路其他參數，
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”）。
放電　
不
變　
1
2
3
4
5
6
（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＝3.45×10
－3 C，則該電容器的電容為 μF。
解析： 該電容器的電容為C＝＝ F＝575 μF。
575　
1
2
3
4
5
6
THANKS
演示完畢 感謝觀看

展開更多......

收起↑