2027物理步步高 大一輪復習第九章　第48課時　實驗十：觀察電容器的充、放電現象

第九章

靜電場實驗十：觀察電容器的充、放電現象第48課時1.理解電容器充、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.理解電容器的儲能特性及其在電路中能量的轉換規律。目標要求原理及裝置圖當開關S接1時，電容器接通電源，在靜電力作用下自由電子從正極板經過電源向負極板移動，正負極板帶等量正、負電荷，電荷移動過程中形成電流。當開關S接2時，電容器對電阻R放電，正、負電荷中和，形成放電電流實驗步驟(1)按圖接好電路(2)把單刀雙擲開關S打在上面，使觸點1和開關連通，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2和開關連通，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，關閉電源數據處理(1)在I-t圖像中，圖線與時間軸圍成的面積表示電荷量的變化，故整個圖線與橫軸所圍的面積就是整個充電或放電時間內通過靈敏電流表的電荷量，也等于電容器的充電電荷量或放電電荷量(2)估算電容器的充電電荷量或放電電荷量的方法：先算出一個小方格代表的電荷量，然后數出整個圖線與橫軸所圍的面積中的方格數(大于半格的按一個方格計算，小于半格的舍棄)。電容器的充電電荷量或放電電荷量等于一個小方格代表的電荷量乘以方格數注意事項(1)電流表要選用小量程的靈敏電流表(2)要選擇大容量的電容器(3)實驗過程要在干燥的環境中進行(4)在做放電實驗時在電路中串聯一個電阻，避免燒壞電流表

(2025·福建福州市檢測)許多中學實驗室逐漸普及了傳感器使用，某中學有個學習小組的同學用電流傳感器做“觀察電容器的充、放電現象”，設計了如圖甲所示電路。(1)K斷開，使開關S與2相連，電源對電容器充電，這個過程可在極短時間內完成，充滿電的電容器左極板帶

電(填“正”或“負”)。

負

電容器左極板與電源負極相連，充滿電的電容器左極板帶負電。(2)然后把開關S擲向1端，電容器通過電阻R1放電，傳感器將電流傳入計算機，屏幕上顯示出電容器充放電過程電流隨時間變化的I-t圖像如圖乙所示，充放電過程I-t曲線與橫軸所圍成的面積表示的物理量是____________________。

電容器存儲的電荷量

充電時I-t曲線與橫軸所圍成的面積表示的物理量是電容存儲的電荷量。(3)根據I-t圖像可估算電容器在全部放電過程釋放的電荷量為________C。(結果保留兩位有效數字)

9.5×10-4

I-t圖像與橫軸所圍的面積表示電容器存儲的電荷量，一小格的面積為ΔQ=0.1×10-3×0.5

C=5×10-5

C，總共約19格，故電容器在全部放電過程中釋放的電荷量為Q=19×ΔQ=9.5×10-4

C。(4)已知直流電源的電動勢為10V，內阻忽略不計，則電容器的電容為__________F。(結果保留兩位有效數字)

9.5×10-5

(5)如果不改變電路其他參數，閉合開關K，重復上述實驗，則放電時I-t曲線與橫軸所圍成的面積將______(填“變大”“不變”或“變小”)；放電時間將______(填“變長”“不變”或“變短”)。

不變變短

由于電容存儲的電荷量不變，如果不改變電路其他參數，閉合開關K，重復上述實驗，則放電時I-t曲線與橫軸所圍成的面積將不變，閉合開關K，電容器串聯的電阻值減小，放電電流變大，放電時間將變短。

(2024·廣西卷·12)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6V，內阻不計)，電阻R1=400.0Ω，電阻R2=200.0Ω，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5000Hz，則采樣周期為

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)；

由題圖乙可知開關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；

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0.0188C，則電容器的電容C為

μF。圖丙中I-t曲線與橫坐標、直線t=1s所圍面積對應電容器釋放的電荷量為0.0038C，則t=1s時電容器兩極板間電壓為

V(結果保留2位有效數字)。

4.7×1035.2

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。

(2024·海南卷·16)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12.3V。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B

電容器充電過程中，當電路剛接通后，電流表示數從0增大到某一最大值，后隨著電容器的不斷充電，電路中的充電電流在減小，當充電結束電路穩定后，此時電路相當于開路，電流為0。故選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

(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=2s時I=1.10mA，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→b5.2

課時精練精練高頻考點提升關鍵能力對一對答案12345題號

1答案(1)充電后電容器的帶電荷量(2)6

5.7×10-4

(3)>

=題號

2答案(1)正極(2)C

(3)R2電荷量題號

3答案(1)B

(2)上3.2

3.2

(3)4.0×10-4對一對答案12345題號

4答案題號

5答案(1)b

(2)6.5

(3)3.5×10-3

(4)4.4×10-4

(5)D11.(2025·河南省十校聯考)某同學用如圖甲所示電路研究電容器的充放電規律，直流電源的電動勢為6V。(1)將單刀雙擲開關合向“1”，電流傳感器記錄電容器充電電流隨時間變化12345答案規律如圖乙所示，則圖乙中圖線與橫坐標軸所圍的面積的物理意義為________________________。充電后電容器的帶電荷量

根據Q=It可知，I-t圖線與橫坐標軸所圍的面積的物理意義為充電后電容器的帶電荷量。(2)充電結束時電容器兩端的電壓為U=

V，結合圖像面積可知，電容器的電容為C=

F(最后一空結果保留兩位有效數字)。

6

12345答案5.7×10-4(3)將單刀雙擲開關合向“2”，得到放電電流隨時間變化的圖像，從圖像上得到放電電流的最大值為I1，圖線與橫坐標軸所圍的面積為S1；將R調大，將開關合向“1”后再合向“2”，再次得到的放電電流隨時間變化的圖像，從圖像上得到放電電流的最大值為I2，圖線與橫坐標軸所圍的面積為S2。則I1

I2，S1

S2(均選填“>”“<”或“=”)。

12345答案>=12345答案

2.(2023·新課標卷·22)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。12345答案(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。

正極

多用電表應滿足電流“紅進黑出”，因此紅表筆與電池的正極相連；(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12345答案C12345答案

電容器放電過程中，電流由大逐漸變小，則小燈泡迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅，故C正確；(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，曲線與橫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”)。

12345答案R2電荷量12345答案

3.(2025·湖北武漢市模擬)某同學用如圖(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V(可視為理想電壓表)，定值電阻R，電流傳感器(不考慮內阻)，計算機，單刀雙擲開關S，導線若干。(1)將S接1，電壓表示數逐漸增大，最后穩定在8V。在此過程中，電流傳感器的示數

；

A.一直穩定在某一數值B.先迅速升至某一數值后逐漸減小為零C.先逐漸增大，后逐漸減小為零D.先逐漸增大，后逐漸減小至某一非零數值12345答案B12345答案

電容器充電過程中，當電路剛接通后，電流表示數從0迅速增大到某一最大值，后隨著電容器的不斷充電，電路中的充電電流在減小，當充電結束電路穩定后，此時電路相當于開路，電流為0。故選B。(2)電容器充電完成后，電容器

極板帶正電(選填“上”或“下”)，再將S接2，通過電流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=1.2s時，I=1.0mA，圖中兩陰影部分的面積之比為S1∶S2=3∶2，則t=1.2s時，電容器兩極板間電壓UC=

V，電阻R=

kΩ；(結果均保留2位有效數字)

12345答案上3.23.212345答案

(3)圖(b)中t=1.2s時刻，圖線切線的斜率大小k=0.781mA/s，由此可計算電容器的電容C=

F(結果保留2位有效數字)。12345答案4.0×10-4

4.(2025·遼寧省部分學校聯考)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。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。其中C表示電容器的電容，R表示電阻的阻值，E表示電源的電動勢(電源內阻可忽略)。12345答案(1)開關S改接2后，電容器進行的是

(填“充電”或“放電”)過程。此過程得到的I-t圖像如圖乙所示。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曲線與橫軸所圍成的面積將

(填“增大”“不變”或“減小”)；

12345答案放電不變12345答案

開關S改接2后，電容器進行的是放電過程。只減小電阻R的阻值，不改變電容的帶電荷量，則此過程，電容的放電量不變，則I-t曲線與橫坐標軸所圍成的面積不變；(2)若R=500Ω，結合放電過程獲取的I-t圖像，則加在電容器兩極板的最大電壓約為

V；

12345答案1.2

若R=500

Ω，由題圖乙可知，放電過程的最大電流為2.4

mA，則加在電容器兩極板的最大電壓約為U=IR=1.2

V。(3)改變電路中某一元件的參數對同一電容器進行兩次充電，兩次充電對應的電容器電荷量Q隨時間t變化的圖像分別如圖丙中a、b所示。根據圖像分析：a、b兩條曲線不同是

(填“R”或“E”)不同造成的；

12345答案E

a、b兩條曲線分別趨近于不同最大值，則電容器帶的最大電荷量不同，根據Q=CU可知，兩次不同是電源的電動勢E不同造成的；(4)電容器充電過程實際是克服極板上電荷的靜電力做功，使電勢能增加的過程(即極板間儲存電場能的過程)，若某次充電過程的兩極板間電壓U與電荷量Q的關系圖像如圖丁所示，請類比v-t圖像求位移的方法，計算該充電過程電容器儲存的電場能為

(用U0、Q0表示)。12345答案

5.(2023·山東卷·14)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