第33讲 实验：观察电容器的充放电现象（复习讲义）（江苏专用）2026年高考物理一轮复习讲练测

第33讲 实验：观察电容器的充放电现象 目录 01考情解码 2 02 3 03 4 考点一 电容器的充放电过程 4 知识点1 充放电实验 4 考向1 实验原理与过程 6 考向2 实验计算 8 考向3 实验创新与误差分析 11 04 15 常考考点 真题举例 电容器的充放电过程 2025·重庆·高考 2025·北京·高考 2025·江苏·高考 2025·上海·高考 2024·全国乙卷·高考 2024·湖南·高考 2024·广东·高考 考情分析： 1. 电容器的充放电过程是高考物理的高频考点，主要出现在选择题、实验题中，常结合电容器的特性、电荷量、电势差与电场强度的关系等知识综合考查。 2．从命题思路上看，考查方向为 基本知识考查：电容器充放电过程中的I、Q、U变化 创新情景考查：实验时绘图，以图象斜率来计算结果。 与科技相结合：传感器，照相机闪光灯等。 3．从命题思路上看，试题情景为 基础实验类：课本原型实验； 拓展探究类：将电容器充放电过程与电压电流相结合，考察综合计算 复习目标： 目标一：掌握电容器充放电过程中的变化规律 目标二：会分析实验创新情景 考点一 电容器的充放电现象 知识点1 充放电实验 1.实验原理 (1)电容器的充电过程 如图所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在静电力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因 电子而带 电，负极板因 电子而带 电。正、负极板带 的正、负电荷，电荷在移动的过程中形成电流。 在充电开始时电流比较大(填“大”或“小”)，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐 ，当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止定向移动，电流I＝0。 (2)电容器的放电过程 如图所示，当开关S接2时，相当于将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷发生 ，在电子移动过程中，形成电流。 放电开始电流较 ，随着两极板上的电荷量逐渐减少，电路中的电流逐渐 ，两极板间的电压也逐渐减小到零。 2.实验过程 （1）电容器的充电：开关S合向1,电容器充电。 现象: ①白炽灯开始较亮,逐步变暗。 ②的读数由大变小。 ③的读数变大。 ④最后的大小等于0,的大小等于电源电压。 ⑤解释:电源正极向极板供给正电荷,负极向极板供给负电荷。电荷在电路中定向移动形成电流,两极板间有电压。S刚合上时,电源与电容器之间存在较大的电压,使大量电荷从电源移向电容器极板,产生较大电流,随着极板电荷的增加,极板间电压增大,电流减小。当电容器两极板间电压等于电源电压时,电荷不再定向移动,电流为0,灯不亮。 （2）电容器的放电：开关S合向2,电容放电。 现象: ①开始灯较亮,逐渐变暗,直至熄灭。 ②开始较大,逐渐变小,电流方向与充电方向相反,直至指示为0。 ③开始指示为电源电压,逐渐减小,直至为0。 ④解释:放电过程中,由于电容器两极板间的电压使回路中有电流产生。开始这个电压较大,因此电流较大,随着电容器极板上的正、负电荷的中和,极板间的电压逐渐减小,电流也减小,最后放电结束,极板间不存在电压,电流为0。 ⑤结论:当电容器极板上所储存的电荷量发生变化时,电路中就有电流流过;若电容器极板上所储存的电荷量恒定不变时,则电路中就没有电流流过。 3.实验计算 电容计算方法 （1）定义式：，通过I-t曲线面积求电荷量Q。 （2）平行板电容公式：，分析介电常数、极板面积和间距对电容的影响。 4.误差分析 (1)电压表内阻会分流，尽量选择内阻较大的电压表 (2)要选择大容量的电容器。 (3)温度湿度都会影响电容器的电容，实验应尽量在在干燥、恒温条件下进行。 得分速记 （1）充电阶段： 电流表读数由大到小趋近于零，电压表读数由零逐渐增大至电源电动势。 公式推导：，充电电流。 （2）放电阶段： 电流表读数反向且逐渐减小，电压表读数由电源电动势逐渐降至零。 能量转化：电场能转化为电阻的内能。 考向1 实验原理与过程 例1 （24-25高二上·甘肃武威·阶段练习）超级电容器作为一种新型储能装置，具有快速充放电、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。关于电容器，下列说法正确的是（　　） A．电容表征电容器容纳电荷的本领大小，不同的电容器容纳电荷的本领一般不同 B．当电容C不变时，由可知，只要Q不断增加，则U可无限制地增大 C．电容越大的电容器带电荷量也一定越多，电容器不带电时其电容为零 D．电容器在充电过程中电流恒定，在放电过程中电容减小 思维建模 充放电时可以把电容器当作电路中的普通元件。连接电源时电容器充电，此时电容器相当于用电器，电流流向电容器正板。连接用电器时电容器放电，此时电容器相当于电源，电流流向电容器负板。不论充电还是放电，电容器的电容始终不变。 【变式训练1·变考法（图像应用）】（24-25高一下·江苏苏州·阶段练习）某同学利用如图甲所示的电路观察电容器的充、放电现象，其中E为电源，S为单刀双掷开关，R为定值电阻，C为电容器，A为理想电流表（测量电路中的电流），V为理想电压表（测量两极板间的电压）。 (1)当开关S接 （填“1”或“2”）时，电容器处于充电过程，达到稳定后，电容器上极板带 （选填“正”或“负”）电。 (2)此过程中电压表的示数U随时间t变化的图像为___________。 A． B． C． D． (3)用电流传感器替代电流表，串联在电路中，改接开关，使电容器放电，与电流传感器连接的计算机描绘出电路中的电流I随时间t变化的图像如图乙所示，已知放电前电容器两极板间的电压为，则电容器的电容为 。（结果保留两位有效数字），不改变电路其他参数，只增大电阻R的阻值，则此过程的曲线与横轴围成的面积将 （选填“减小”、“不变”或“增大”）。 【变式训练2·与科技应用相结合】（24-25高三模拟·江苏常州）如图甲所示为空气介质单联可变电容器的结构，它是利用正对面积的变化改变电容器的电容大小，某同学想要研究这种电容器充、放电的特性，于是将之接到如图乙所示的实验电路中，实验开始时电容器不带电，微电流传感器G可以记录电流随时间变化的I−t图像。 (1)要观察电容器的充电现象时，应把开关打到 （填“1”或“2”），充电过程中电容器的电容C （填“变大”“变小”或“不变”）充电过程中电流 （填“变大”“变小”或“不变”） (2)充电稳定后，断开单刀双掷开关，用电压表接在电容器两端测量电压，发现读数缓慢减小，原因是 。 (3)首先将开关S打向1，这时观察到G有短暂的示数，稳定后，旋转旋钮，使电容器正对面积迅速变大，从开始到最终稳定，微电流传感器G记录的I−t图像可能是______。 A．B． C． D． 考向2 实验数据计算 例1 （2025·江苏·二模）小明将电源、电阻箱、电容器、电流表、数字电压表以及开关组装成图1所示的电路进行实验，观察电容器充电过程。实验仪器如下：电源（电压为4.5V，内阻不计）；电容器（额定电压为16V）；电流表（量程为0~500μA，内阻500Ω）；数字电压表（量程为0~10V）；电阻箱（阻值0~9999Ω）。 (1)电路连接完毕后如图2所示，为保证电表使用安全，在开关闭合前必须要完成的实验步骤是 。 (2)将开关S闭合，观察到某时刻电流表示数如图3所示，其读数为 μA。 (3)记录开关闭合后电流随时间变化的图线如图4所示，小明数出曲线下围成的格子数有225格，则电容C大小为 μF。 (4)由于数字式电压表内阻并不是无穷大，考虑到此因素的影响，（3）问中电容的测量结果与真实值相比是 （选填“偏大”、“偏小”或“相等”），请简要说明理由。 (5)开关闭合过程中，分别记录电流表和数字电压表的读数I和U，利用数据绘制I-U关系如图5所示，由图像可得出电阻箱接入电路的阻值为 Ω。 【变式训练1变考法】（24-25高一下·江苏苏州·阶段练习）某同学利用图甲所示电路观察电容器的充、放电现象，连接计算机的电流传感器可以捕捉并记录电流变化。 (1)下列关于电容器充电过程中两极板所带电荷量Q随时间t变化的图像，可能正确的是______。 A． B． C． D． (2)利用图乙电路对充满电的电容器进行放电实验。闭合开关K，将电阻箱R分别拨到两个不同的数值，分别得到电容器放电的I－t图像如图丙的图线Ⅰ、图丁的图线Ⅱ（两图像所用的标度相同）。图线Ⅰ与时间轴围成的面积为（，其物理意义是 ；若图丁中的图线Ⅱ与时间轴围成的面积为，则理论上应该有 （选填“>”“<”或“＝”）、；图丙和图丁中电容器放电的I－t图像对应的电阻箱R接入电路的阻值之比 。 【与二极管相结合】【变式训练2】（24-25高三下·江苏南通·开学考试）利用DIS电流传感器可以测量电容器的电容。让充电后的电容器通过大电阻R放电，电流传感器A与计算机连接，记录放电电流I随时间t变化的图像如图甲所示，图像与坐标轴围成的面积，数值上等于电容器的带电量Q（可用DIS系统软件计算），Q与充电电压U的比值即为电容器的电容C。 (1)小明同学按照图乙电路进行实验，先使开关S与1端相连，充电结束后，读出电压表的示数。然后把开关掷向2端，记录图像，测量出电容器的带电量Q。获得数据如下表所示： 1 2 3 4 5 6 U/V 10.8 13.7 16.8 20.0 23.8 27.0 0.92 1.20 1.22 1.70 2.08 2.41 请根据以上数据，在丁图中作出图像 ，由图像可得该电容器的电容是 （结果保留两位有效数字）。 (2)该同学是通过滑动变阻器来改变电容器的充电电压的，请用笔画线代替导线将图戊的实物电路连接完整 。 (3)小华同学用图丙所示电路测量电容。他认为小明同学的测量方法误差大，会使电容测量值 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”），原因是 。 考向3 实验创新与误差分析 例1 （23-24高三模拟·湖南长沙）电容储能已经在电动汽车、风力发电等方面得到广泛应用。某同学设计了图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程和测定电容器的电容。器材如下： 电容器C（额定电压，电容标识不清）； 电源E（电动势，内阻不计）；滑动变阻器（最大阻值）； 电阻箱（阻值）；电压表V（量程，内阻较大）； 开关，电流传感器，计算机，导线若干。 (1)按照图甲连接电路，闭合开关、断开开关，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器的滑片应向 端滑动（选填“a”或“b”）。 (2)当电压表的示数为时，调节的阻值，闭合开关，通过计算机得到电容器充电过程电流随时间变化的图像；保持的阻值不变，断开开关，得到电容器放电过程电流随时间变化的图像，图像如图乙所示。测得，则 。 (3)重复上述实验，得到不同电压下电容器的充、放电过程的电流和时间的图像，利用面积法可以得到电容器电荷量的大小，测出不同电压下电容器所带的电荷量如下表： 实验次数 1 2 3 4 5 6 3 4 5 6 7 8 0.14 0.19 0.24 0.30 0.33 0.38 请在图丙中画出图像 ，并利用图像求出电容器的电容为 F。（结果保留两位有效数字） (4)实验发现，相同电压下电容器充、放电过程的电流和时间的图像中的总是略大于，其原因是 。 【变式训练1·变考法】（23-24高三模拟·江苏南京）用图甲所示电路观察电容器的充、放电现象，现提供如下实验器材：电源A（输出电压恒为5V）、电源B（输出电压恒为15V）、电容器C（标称电容、击穿电压为10V）、电阻箱R、微安表G、单刀双掷开关S和导线若干。 (1)该实验应选择电源 （填A或者B）进行实验； (2)根据图甲电路在图乙中用笔画线代替导线将实物电路连接完整 ； (3)实验过程中，下列说法正确的是（　　） A．电容器充电的过程中，电子由电源的正极移动到电容器的上极板 B．电容器充电的过程中，电路中的电流不断减小直至为0 C．电容器充、放电的过程中，微安表G指针偏转方向不变 D．电阻箱R值调大会使放电时间变短 (4)由图丙可估算出电容器开始放电时所带的电荷量q= C（保留2位有效数字） (5)图丁所示的电路中，左图K与L间接一智能电源，用以控制电容器C两端的电压UC，如果UC随时间的变化如右图所示，则下列描述定值电阻R两端电压UR随时间变化的图像中，正确的是（　　） A． B． C． D． 【变式训练2·与传感器结合】（24-25高三·湖南·期中）电容电池具有无污染、寿命长、充电速度快等诸多优点而广泛应用。某同学想要用电流传感器探究电容电池特性，探究电路如图甲。 (1)第一次探究中，先将开关接1，待电路稳定后再接2.已知电流从上向下流过电流传感器时，电流为正，则电容器充放电过程中的和图像是_____________。 A． B． C． D． (2)第二次探究，该同学先将开关接1给电容器充电，待电路稳定后再接3，探究LC振荡电路的电流变化规律。 ①实验小组得到的振荡电路电流波形图像，选取了开关接3之后的LC振荡电流的部分图像，如图乙，根据图像中A、B点坐标可知，振荡电路的周期 s（结果保留两位有效数字）。 ②如果使用电动势更小的电源给电容器充电，则LC振荡电路的频率将 （填“增大”“减小”或“不变”）。 ③已知电源电动势，测得充电过程图像的面积为，以及振荡电路的周期，可以得到电感线圈的电感表达式 。（用测得的已知量表示） 【变式训练3】（23-24高三上·江苏无锡·期末）某校学习小组要测定一个电容器的电容，选用器材如下： 待测电容器；电流传感器（内阻不计）；电压表；干电池（1.5V，内阻忽略不计）；定值电阻；单刀双掷开关；导线若干； 实验过程如下： ①按图甲所示的电路图正确连接电路； ②将开关S与“1”端连接，电源向电容器充电； ③将开关S掷向“2”端，测得电流随时间变化的图线如图丙中的实线所示。 请回答下列问题：    （1）充电完成时，电压表示数如图乙所示，则其大小为 V。 （2）开关与“2”端相连，电压表示数将 （填“逐渐变大”“逐渐变小”或“不变”）。 （3）电容器的电容 F（保留二位有效数字）。 （4）若将定值电阻换为，重复③。则电流随时间变化的图线应该是图丁中的曲线 （选填“b”或“c”）。 （5）实验中开关与“1”端相连后，电流表的示数始终不为0，小明同学认为等待时间不够长，你是否同意他的观点？请简要说明理由。 1．（2024·重庆·高考真题）探究电容器充放电规律，实验装置如图甲所示，有电源E，定值电阻R0，电容器C，单刀双置开关S。    (1)为测量电容器充放电过程电压U和电流I变化，需在①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测 （电流、电压）仪器。 (2)接通电路并接通开关使电容器充电，当电压表示数最大时，电流表示数为 。 (3)根据测到数据，某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示。该过程为 （充电，放电）。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示。0.2s时R0消耗的功率 W。 2．（2024·海南·高考真题）用如图a所示的电路观察电容器的充放电现象，实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关、开关、导线若干 (1)闭合开关，将接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3V。在此过程中，电流表的示数_____（填选项标号） A．一直稳定在某一数值 B．先增大，后逐渐减小为零 C．先增大，后稳定在某一非零数值 (2)先后断开开关、，将电流表更换成电流传感器，再将接2，此时通过定值电阻R的电流方向 （选填“”或“”），通过传感器将电流信息传入计算机，画出电流随时间变化的图像，如图b，时，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出 （保留2位有效数字）。 3．（2024·浙江·高考真题）在“观察电容器的充、放电现象”实验中，把电阻箱（）、一节干电池、微安表（量程，零刻度在中间位置）、电容器（、）、单刀双掷开关组装成如图1所示的实验电路。 （1）把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零：然后把开关S接2，微安表指针偏转情况是 ； A．迅速向右偏转后示数逐渐减小                            B．向右偏转示数逐渐增大 C．迅速向左偏转后示数逐渐减小                            D．向左偏转示数逐渐增大 （2）再把电压表并联在电容器两端，同时观察电容器充电时电流和电压变化情况。把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到时保持不变；电压表示数由零逐渐增大，指针偏转到如图2所示位置时保持不变，则电压表示数为 V，电压表的阻值为 （计算结果保留两位有效数字）。 4．（2023·福建·高考真题）某同学用图（a）所示的电路观察矩形波频率对电容器充放电的影响。所用器材有：电源、电压传感器、电解电容器C（，），定值电阻R（阻值）、开关S、导线若干。 （1）电解电容器有正、负电极的区别。根据图（a），将图（b）中的实物连线补充完整 ；    （2）设置电源，让电源输出图（c）所示的矩形波，该矩形波的频率为 ；    （3）闭合开关S，一段时间后，通过电压传感器可观测到电容器两端的电压随时间周期性变化，结果如图（d）所示，A、B为实验图线上的两个点。在B点时，电容器处于 状态（填“充电”或“放电”）在 点时（填“A”或“B”），通过电阻R的电流更大； （4）保持矩形波的峰值电压不变，调节其频率，测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的情况，并在坐标纸上作出电容器上最大电压与频率f关系图像，如图（e）所示。当时电容器所带电荷量的最大值 C（结果保留两位有效数字）；    （5）根据实验结果可知，电容器在充放电过程中，其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变，而后随着频率的增大逐渐减小。 3 / 26 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第33讲 实验：观察电容器的充放电现象 目录 01考情解码 2 02 3 03 4 考点一 电容器的充放电过程 4 知识点1 充放电实验 4 考向1 实验原理与过程 6 考向2 实验计算 9 考向3 实验创新与误差分析 14 04 21 常考考点 真题举例 电容器的充放电过程 2025·重庆·高考 2025·北京·高考 2025·江苏·高考 2025·上海·高考 2024·全国乙卷·高考 2024·湖南·高考 2024·广东·高考 考情分析： 1. 电容器的充放电过程是高考物理的高频考点，主要出现在选择题、实验题中，常结合电容器的特性、电荷量、电势差与电场强度的关系等知识综合考查。 2．从命题思路上看，考查方向为 基本知识考查：电容器充放电过程中的I、Q、U变化 创新情景考查：实验时绘图，以图象斜率来计算结果。 与科技相结合：传感器，照相机闪光灯等。 3．从命题思路上看，试题情景为 基础实验类：课本原型实验； 拓展探究类：将电容器充放电过程与电压电流相结合，考察综合计算 复习目标： 目标一：掌握电容器充放电过程中的变化规律 目标二：会分析实验创新情景 考点一 电容器的充放电现象 知识点1 充放电实验 1.实验原理 (1)电容器的充电过程 如图所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在静电力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因失去电子而带正电，负极板因获得电子而带负电。正、负极板带等量的正、负电荷，电荷在移动的过程中形成电流。 在充电开始时电流比较大(填“大”或“小”)，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐减小(填“增大”或“减小”)，当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止定向移动，电流I＝0。 (2)电容器的放电过程 如图所示，当开关S接2时，相当于将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷发生中和，在电子移动过程中，形成电流。 放电开始电流较大(填“大”或“小”)，随着两极板上的电荷量逐渐减少，电路中的电流逐渐减小(填“增大”或“减小”)，两极板间的电压也逐渐减小到零。 2.实验过程 （1）电容器的充电：开关S合向1,电容器充电。 现象: ①白炽灯开始较亮,逐步变暗。 ②的读数由大变小。 ③的读数变大。 ④最后的大小等于0,的大小等于电源电压。 ⑤解释:电源正极向极板供给正电荷,负极向极板供给负电荷。电荷在电路中定向移动形成电流,两极板间有电压。S刚合上时,电源与电容器之间存在较大的电压,使大量电荷从电源移向电容器极板,产生较大电流,随着极板电荷的增加,极板间电压增大,电流减小。当电容器两极板间电压等于电源电压时,电荷不再定向移动,电流为0,灯不亮。 （2）电容器的放电：开关S合向2,电容放电。 现象: ①开始灯较亮,逐渐变暗,直至熄灭。 ②开始较大,逐渐变小,电流方向与充电方向相反,直至指示为0。 ③开始指示为电源电压,逐渐减小,直至为0。 ④解释:放电过程中,由于电容器两极板间的电压使回路中有电流产生。开始这个电压较大,因此电流较大,随着电容器极板上的正、负电荷的中和,极板间的电压逐渐减小,电流也减小,最后放电结束,极板间不存在电压,电流为0。 ⑤结论:当电容器极板上所储存的电荷量发生变化时,电路中就有电流流过;若电容器极板上所储存的电荷量恒定不变时,则电路中就没有电流流过。 3.实验计算 电容计算方法 （1）定义式：，通过I-t曲线面积求电荷量Q。 （2）平行板电容公式：，分析介电常数、极板面积和间距对电容的影响。 4.误差分析 (1)电压表内阻会分流，尽量选择内阻较大的电压表 (2)要选择大容量的电容器。 (3)温度湿度都会影响电容器的电容，实验应尽量在在干燥、恒温条件下进行。 得分速记 （1）充电阶段： 电流表读数由大到小趋近于零，电压表读数由零逐渐增大至电源电动势。 公式推导：，充电电流。 （2）放电阶段： 电流表读数反向且逐渐减小，电压表读数由电源电动势逐渐降至零。 能量转化：电场能转化为电阻的内能。 考向1 实验原理与过程 例1 （24-25高二上·甘肃武威·阶段练习）超级电容器作为一种新型储能装置，具有快速充放电、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。关于电容器，下列说法正确的是（　　） A．电容表征电容器容纳电荷的本领大小，不同的电容器容纳电荷的本领一般不同 B．当电容C不变时，由可知，只要Q不断增加，则U可无限制地增大 C．电容越大的电容器带电荷量也一定越多，电容器不带电时其电容为零 D．电容器在充电过程中电流恒定，在放电过程中电容减小 【答案】A 【详解】A．电容表征电容器容纳电荷的本领大小，不同的电容器容纳电荷的本领不同，故A正确； B．如果加在电容器两端电压过大，电容器会被击穿，故B错误； C．由电容器的带电量知，电压相等的条件下，电容越大的电容器，带电荷量也一定越多，根据知，电容器的电容与电容器所带电荷量无关，故C错误； D．电容器的充电电流随着电量的增加而减小，电容器的电容与带电量无关，由电容器自身的因素决定，故D错误。 故选A。 思维建模 充放电时可以把电容器当作电路中的普通元件。连接电源时电容器充电，此时电容器相当于用电器，电流流向电容器正板。连接用电器时电容器放电，此时电容器相当于电源，电流流向电容器负板。不论充电还是放电，电容器的电容始终不变。 【变式训练1·变考法（图像应用）】（24-25高一下·江苏苏州·阶段练习）某同学利用如图甲所示的电路观察电容器的充、放电现象，其中E为电源，S为单刀双掷开关，R为定值电阻，C为电容器，A为理想电流表（测量电路中的电流），V为理想电压表（测量两极板间的电压）。 (1)当开关S接 （填“1”或“2”）时，电容器处于充电过程，达到稳定后，电容器上极板带 （选填“正”或“负”）电。 (2)此过程中电压表的示数U随时间t变化的图像为___________。 A． B． C． D． (3)用电流传感器替代电流表，串联在电路中，改接开关，使电容器放电，与电流传感器连接的计算机描绘出电路中的电流I随时间t变化的图像如图乙所示，已知放电前电容器两极板间的电压为，则电容器的电容为 。（结果保留两位有效数字），不改变电路其他参数，只增大电阻R的阻值，则此过程的曲线与横轴围成的面积将 （选填“减小”、“不变”或“增大”）。 【答案】(1) 1 负 (2)B (3) 4.7×10-4C 不变 【详解】（1）[1][2]当开关S接1时，电容器处于充电过程，达到稳定后，电容器上极板带负电。 （2）此过程中电容器两板间电压逐渐变大，且增加的越来越慢，最终趋近于等于电源的电动势E，则电压表的示数U随时间t变化的图像为B。 （3）[1]根据Q=It可知，图像与坐标轴围成的面积等于电容器的电量，根据超过半格算一个，不满半格即忽略不计，其电荷量约为Q=70×0.2×0.4×10-3C=5.6×10-3C 则电容器的电容为 [2]不改变电路其他参数，电容器带电量不变，则只增大电阻R的阻值，则此过程的I-t曲线与横轴围成的面积将不变。 【变式训练2·与科技应用相结合】（24-25高三模拟·江苏常州·）如图甲所示为空气介质单联可变电容器的结构，它是利用正对面积的变化改变电容器的电容大小，某同学想要研究这种电容器充、放电的特性，于是将之接到如图乙所示的实验电路中，实验开始时电容器不带电，微电流传感器G可以记录电流随时间变化的I−t图像。 (1)要观察电容器的充电现象时，应把开关打到 （填“1”或“2”），充电过程中电容器的电容C （填“变大”“变小”或“不变”）充电过程中电流 （填“变大”“变小”或“不变”） (2)充电稳定后，断开单刀双掷开关，用电压表接在电容器两端测量电压，发现读数缓慢减小，原因是 。 (3)首先将开关S打向1，这时观察到G有短暂的示数，稳定后，旋转旋钮，使电容器正对面积迅速变大，从开始到最终稳定，微电流传感器G记录的I−t图像可能是______。 A．B． C． D． 【答案】(1) 1 不变 变小 (2)电压表不是理想电压表 (3)A 【详解】（1）[1]当电容器与电源相连时，电容器处于充电状态，即要观察电容器的充电现象时，应把开关打到“1”； [2]根据可知，充电过程中，ε、S、d都不变，故电容不变； [3]在充电过程中，电容器所带电荷量不断增大，则电容器两端电压逐渐增大，而电源电压不变，故电容器两端与电源两端的电势差越来越小，故电流在变小。 （2）用电压表接在电容器两端测量电压，发现读数缓慢减小，说明电容器在缓慢放电，电路中有电流，电压表不是理想电压表。 （3）电容器充电时，电流从左到右，刚开始电流比较大，充电结束后，电流为0，根据 可知，当电容器正对面积迅速变大，电容迅速增大，又由 可得电容器的带电量Q增加，故电容器再次充电，电流方向从左到右，充电结束后电流为0。 故选A。 考向2 实验数据计算 例1 （2025·江苏·二模）小明将电源、电阻箱、电容器、电流表、数字电压表以及开关组装成图1所示的电路进行实验，观察电容器充电过程。实验仪器如下：电源（电压为4.5V，内阻不计）；电容器（额定电压为16V）；电流表（量程为0~500μA，内阻500Ω）；数字电压表（量程为0~10V）；电阻箱（阻值0~9999Ω）。 (1)电路连接完毕后如图2所示，为保证电表使用安全，在开关闭合前必须要完成的实验步骤是 。 (2)将开关S闭合，观察到某时刻电流表示数如图3所示，其读数为 μA。 (3)记录开关闭合后电流随时间变化的图线如图4所示，小明数出曲线下围成的格子数有225格，则电容C大小为 μF。 (4)由于数字式电压表内阻并不是无穷大，考虑到此因素的影响，（3）问中电容的测量结果与真实值相比是 （选填“偏大”、“偏小”或“相等”），请简要说明理由。 (5)开关闭合过程中，分别记录电流表和数字电压表的读数I和U，利用数据绘制I-U关系如图5所示，由图像可得出电阻箱接入电路的阻值为 Ω。 【答案】(1)将电阻箱阻值调至较大值（或最大值） (2)175 (3)2500 (4)偏大，由于电压表的分流，实际充电电流小于电流表上记录的数值，因此电量计算偏大，电容测量结果偏大。 (5)9645（9200~9800均可） 【详解】（1）电路连接好后，为保护电路，在开关闭合前，应将将电阻箱阻值调至较大值（或最大值）； （2）根据量程及刻度，可以读出电流表的分度值为10μA，根据估读原则，电流需估读到个位，电流表指针指在170μA到180μA之间，故电流表读数为175μA。 （3）根据I-t图像的物理意义可以知道图像的面积为电容器两端的电荷量，图中每一格代表的电荷量 故当充满电后电容器的电荷量为 故电容器的电容为 （4）由于电压表的分流，实际充电电流小于电流表上记录的数值，因此电量计算偏大，电容测量结果偏大 （5）根据闭合回路的欧姆定律可以得出 可得 故图像斜率 解得 【变式训练1变考法】（24-25高一下·江苏苏州·阶段练习）某同学利用图甲所示电路观察电容器的充、放电现象，连接计算机的电流传感器可以捕捉并记录电流变化。 (1)下列关于电容器充电过程中两极板所带电荷量Q随时间t变化的图像，可能正确的是______。 A． B． C． D． (2)利用图乙电路对充满电的电容器进行放电实验。闭合开关K，将电阻箱R分别拨到两个不同的数值，分别得到电容器放电的I－t图像如图丙的图线Ⅰ、图丁的图线Ⅱ（两图像所用的标度相同）。图线Ⅰ与时间轴围成的面积为（，其物理意义是 ；若图丁中的图线Ⅱ与时间轴围成的面积为，则理论上应该有 （选填“>”“<”或“＝”）、；图丙和图丁中电容器放电的I－t图像对应的电阻箱R接入电路的阻值之比 。 【答案】(1)B (2) 电容器放电过程中，通过电流传感器的电荷量 ＝ 【详解】（1）电容器充电过程中，电容器两端电压逐渐增大，最后与电源电动势相等，因此斜率会逐渐减小，最后与横轴平行，根据可知，电容C为定值，可知电容器所带的电荷量逐渐增大，最后保持不变，图像的斜率也逐渐减小，最后为零。故B正确。 （2）【答题空2-1】根据可知，图像与对应时间轴所围成的面积所表示的物理意义是电荷量，即电容器放电过程中，通过电流传感器的电荷量。 【答题空2-2】和均表示电容器放电的电荷量，所以 【答题空2-3】 根据欧姆定律，两次放电过程的最大电流为 两次放电过程电容器两点初始电压相等，可知两次放电过程的最大电流与电阻成反比，即 【与科学技术相结合】【变式训练2】（24-25高三下·江苏南通·开学考试）利用DIS电流传感器可以测量电容器的电容。让充电后的电容器通过大电阻R放电，电流传感器A与计算机连接，记录放电电流I随时间t变化的图像如图甲所示，图像与坐标轴围成的面积，数值上等于电容器的带电量Q（可用DIS系统软件计算），Q与充电电压U的比值即为电容器的电容C。 (1)小明同学按照图乙电路进行实验，先使开关S与1端相连，充电结束后，读出电压表的示数。然后把开关掷向2端，记录图像，测量出电容器的带电量Q。获得数据如下表所示： 1 2 3 4 5 6 U/V 10.8 13.7 16.8 20.0 23.8 27.0 0.92 1.20 1.22 1.70 2.08 2.41 请根据以上数据，在丁图中作出图像 ，由图像可得该电容器的电容是 （结果保留两位有效数字）。 (2)该同学是通过滑动变阻器来改变电容器的充电电压的，请用笔画线代替导线将图戊的实物电路连接完整 。 (3)小华同学用图丙所示电路测量电容。他认为小明同学的测量方法误差大，会使电容测量值 （选填“偏大”、“偏小”或“不变”），原因是 。 【答案】(1) 8.5/8.6/8.7/8.8/8.9/9.0 (2) (3) 偏小 电压表的分流导致放电时测得的电容器带电量偏小 【详解】（1）[1]在图中作出图像如图； [2]根据Q=CU可知，由图像的斜率即为电容器的电容，可得该电容器的电容是 （2）为了改变电容器两极板间的电压且多测量几组数据，则滑动变阻器用分压电路，则电路连接如图 （3）[1][2]偏小；电压表的分流导致放电时测得的电容器带电量偏小，则由，得到的电容器的电容测量值偏小。 考向3 实验创新与误差分析 例1 （23-24高三模拟·湖南长沙）电容储能已经在电动汽车、风力发电等方面得到广泛应用。某同学设计了图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程和测定电容器的电容。器材如下： 电容器C（额定电压，电容标识不清）； 电源E（电动势，内阻不计）；滑动变阻器（最大阻值）； 电阻箱（阻值）；电压表V（量程，内阻较大）； 开关，电流传感器，计算机，导线若干。 (1)按照图甲连接电路，闭合开关、断开开关，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器的滑片应向 端滑动（选填“a”或“b”）。 (2)当电压表的示数为时，调节的阻值，闭合开关，通过计算机得到电容器充电过程电流随时间变化的图像；保持的阻值不变，断开开关，得到电容器放电过程电流随时间变化的图像，图像如图乙所示。测得，则 。 (3)重复上述实验，得到不同电压下电容器的充、放电过程的电流和时间的图像，利用面积法可以得到电容器电荷量的大小，测出不同电压下电容器所带的电荷量如下表： 实验次数 1 2 3 4 5 6 3 4 5 6 7 8 0.14 0.19 0.24 0.30 0.33 0.38 请在图丙中画出图像 ，并利用图像求出电容器的电容为 F。（结果保留两位有效数字） (4)实验发现，相同电压下电容器充、放电过程的电流和时间的图像中的总是略大于，其原因是 。 【答案】(1)b(2)500(3) 见解析 (4)见解析 【详解】（1）由电路可知，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器的滑片应向b端滑动。 （2）由图乙可知，充电的最大电流值为I1，根据欧姆定律可得 （3）[1] 图像如图所示 [2]根据结合图像可得图线的斜率倒数表示电容器电容，即 （4）充电过程，R2会把一部分电能转化为内能，导致充电电流的最大值略大于放电电流的最大值。 【变式训练1·变考法】（23-24高三模拟·江苏南京）用图甲所示电路观察电容器的充、放电现象，现提供如下实验器材：电源A（输出电压恒为5V）、电源B（输出电压恒为15V）、电容器C（标称电容、击穿电压为10V）、电阻箱R、微安表G、单刀双掷开关S和导线若干。 (1)该实验应选择电源 （填A或者B）进行实验； (2)根据图甲电路在图乙中用笔画线代替导线将实物电路连接完整 ； (3)实验过程中，下列说法正确的是（　　） A．电容器充电的过程中，电子由电源的正极移动到电容器的上极板 B．电容器充电的过程中，电路中的电流不断减小直至为0 C．电容器充、放电的过程中，微安表G指针偏转方向不变 D．电阻箱R值调大会使放电时间变短 (4)由图丙可估算出电容器开始放电时所带的电荷量q= C（保留2位有效数字） (5)图丁所示的电路中，左图K与L间接一智能电源，用以控制电容器C两端的电压UC，如果UC随时间的变化如右图所示，则下列描述定值电阻R两端电压UR随时间变化的图像中，正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】(1)A (2) (3)B (4) (5)A 【详解】（1）电容器击穿电压为10V，该实验应选择输出电压恒为5V的电源进行实验。 故选A。 （2）实物电路如图所示。 （3）A．电容器充电的过程中，电子由电容器的上极板移动到电容器的下极板，故A错误； B．电容器充电的过程中，电路中的电流不断减小直至为0，故B正确； C．电容器充、放电的过程中，电流方向相反，微安表G指针偏转方向发生变化，故C错误； D．电阻箱R值调大，放电电流减小，会使放电时间变长，故D错误。 故选B。 （4）图像与坐标轴围成的面积表示电容器放电量，由图可知图像与坐标轴围成的面积约为40格，电容器开始放电时所带的电荷量为 （5）电容器的电容为 电路中电流为 定值电阻R两端电压为 由图像可知，和时间内，电容器电压恒定，即 则和时间内，定值电阻R两端电压为零，设电容器末两端电压为，时间内，定值电阻R两端电压为 时间内，定值电阻R两端电压为 负号表示电流方向与原电流方向相反，则在和时间内，定值电阻R两端电压大小之比为。 故选A。 【变式训练2·与传感器结合】（24-25高三·湖南·期中）电容电池具有无污染、寿命长、充电速度快等诸多优点而广泛应用。某同学想要用电流传感器探究电容电池特性，探究电路如图甲。 (1)第一次探究中，先将开关接1，待电路稳定后再接2.已知电流从上向下流过电流传感器时，电流为正，则电容器充放电过程中的和图像是_____________。 A． B． C． D． (2)第二次探究，该同学先将开关接1给电容器充电，待电路稳定后再接3，探究LC振荡电路的电流变化规律。 ①实验小组得到的振荡电路电流波形图像，选取了开关接3之后的LC振荡电流的部分图像，如图乙，根据图像中A、B点坐标可知，振荡电路的周期 s（结果保留两位有效数字）。 ②如果使用电动势更小的电源给电容器充电，则LC振荡电路的频率将 （填“增大”“减小”或“不变”）。 ③已知电源电动势，测得充电过程图像的面积为，以及振荡电路的周期，可以得到电感线圈的电感表达式 。（用测得的已知量表示） 【答案】(1)BD (2) 0.0092 不变 【详解】（1）AB．第一次探究过程为先给电容器充电，后电容器通过R放电，给电容器充电过程中电流从上向下流过传感器，即为正，由于充电后电容器右极板带正电，电容器通过R放电时，电流从下向上流过传感器，即为负，故A错误，B正确； CD．给电容器充电和电容器放电，通过电压传感器的电流方向均为从右向左，都为正，故C错误，D正确。 故选BD。 （2）①[1]由图乙可知 ②[2]由振荡周期可知，如果使用电动势更大的电源给电容器充电，则LC振荡电路的周期不变，则频率也不变。 ③[3]充电过程图像的面积为，则有可得振荡周期可得。 【变式训练3】（23-24高三上·江苏无锡·期末）某校学习小组要测定一个电容器的电容，选用器材如下： 待测电容器；电流传感器（内阻不计）；电压表；干电池（1.5V，内阻忽略不计）；定值电阻；单刀双掷开关；导线若干； 实验过程如下： ①按图甲所示的电路图正确连接电路； ②将开关S与“1”端连接，电源向电容器充电； ③将开关S掷向“2”端，测得电流随时间变化的图线如图丙中的实线所示。 请回答下列问题：    （1）充电完成时，电压表示数如图乙所示，则其大小为 V。 （2）开关与“2”端相连，电压表示数将 （填“逐渐变大”“逐渐变小”或“不变”）。 （3）电容器的电容 F（保留二位有效数字）。 （4）若将定值电阻换为，重复③。则电流随时间变化的图线应该是图丁中的曲线 （选填“b”或“c”）。 （5）实验中开关与“1”端相连后，电流表的示数始终不为0，小明同学认为等待时间不够长，你是否同意他的观点？请简要说明理由。 【答案】 1.50 逐渐变小 c 不同意。充电结束后灵敏电流表依然可以测得通过电压表的电流，故读数不为0 【详解】（1）[1]由图可知，电压表的分度值为0.1V，需要估读到分度值下一位，读数为1.50V； （2）[2]开关与“2”端相连，电容器放电，所带的电荷量减少，根据可知电容器两端的电压减小，根据可知电流逐渐减小； （3）[3]由图像得到开始时电流为 故电容器两端的初始电压为 根据可知图像所围成的面积表示电荷量，每一小格表示的电荷量为 不足半格舍去，大于半格算一格，由图可知有30个小格，则电容器初始所带电荷量为 电容器的电容 （4）[4]若将定值电阻换为，电阻变大，则放电的电流变小，根据可知放电时间边长，故为曲线c； （5）[5]不同意，理由为充电结束后灵敏电流表依然可以测得通过电压表的电流，故读数不为0。 1．（2024·重庆·高考真题）探究电容器充放电规律，实验装置如图甲所示，有电源E，定值电阻R0，电容器C，单刀双置开关S。    (1)为测量电容器充放电过程电压U和电流I变化，需在①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测 （电流、电压）仪器。 (2)接通电路并接通开关使电容器充电，当电压表示数最大时，电流表示数为 。 (3)根据测到数据，某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示。该过程为 （充电，放电）。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示。0.2s时R0消耗的功率 W。 【答案】(1)电压 (2)0 (3) 放电 0.32 【详解】（1）位置②与电容器并联，为测电压仪器。 （2）电压表示数最大时，电容器充电完毕，电流表示数为零。 （3）[1]电容器放电时电压和电流都减小，图像逆向分析，该过程为电容器放电过程。 [2]电容器充电完毕后的电压等于电源电动势，大小为12V，由题图丙可知t = 0.2s时电容器两端电压为U = 8V，由题图乙可知当U = 8V时，电流I = 40mA，则电阻R0消耗的功率为 P = 8 × 4 0× 10－3W = 0.32W 2．（2024·海南·高考真题）用如图a所示的电路观察电容器的充放电现象，实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻R、单刀双掷开关、开关、导线若干 (1)闭合开关，将接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3V。在此过程中，电流表的示数_____（填选项标号） A．一直稳定在某一数值 B．先增大，后逐渐减小为零 C．先增大，后稳定在某一非零数值 (2)先后断开开关、，将电流表更换成电流传感器，再将接2，此时通过定值电阻R的电流方向 （选填“”或“”），通过传感器将电流信息传入计算机，画出电流随时间变化的图像，如图b，时，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出 （保留2位有效数字）。 【答案】(1)B (2) 【详解】（1）电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从0增大某一最大值，后随着电容器的不断充电，电路中的充电电流在减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于开路，电流为0。 故选B。 （2）[1]根据电路图可知充电结束后电容器上极板带正电，将接2，电容器放电，此时通过定值电阻R的电流方向； [2]时可知此时电容器两端的电压为 电容器开始放电前两端电压为，根据图像与横轴围成的面积表示放电量可得间的放电量为 后到放电结束间放电量为 根据题意，解得 3．（2024·浙江·高考真题）在“观察电容器的充、放电现象”实验中，把电阻箱（）、一节干电池、微安表（量程，零刻度在中间位置）、电容器（、）、单刀双掷开关组装成如图1所示的实验电路。 （1）把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零：然后把开关S接2，微安表指针偏转情况是 ； A．迅速向右偏转后示数逐渐减小                            B．向右偏转示数逐渐增大 C．迅速向左偏转后示数逐渐减小                            D．向左偏转示数逐渐增大 （2）再把电压表并联在电容器两端，同时观察电容器充电时电流和电压变化情况。把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到时保持不变；电压表示数由零逐渐增大，指针偏转到如图2所示位置时保持不变，则电压表示数为 V，电压表的阻值为 （计算结果保留两位有效数字）。 【答案】 C 0.50 3.1 【详解】（1）[1]把开关S接1，电容器充电，电流从右向左流过微安表，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零；把开关S接2，电容器放电，电流从左向右流过微安表，则微安表指针迅速向左偏转后示数逐渐减小。 故选C。 （2）[2]由题意可知电压表应选用0~3V量程，由图2可知此时分度值为0.1V，需要估读到0.01V，则读数为0.50V。 [3]当微安表示数稳定时，电容器中不再有电流通过，此时干电池、电阻箱、微安表和电压表构成回路，根据闭合电路欧姆定律有 根据串联电路规律有 联立可得 4．（2023·福建·高考真题）某同学用图（a）所示的电路观察矩形波频率对电容器充放电的影响。所用器材有：电源、电压传感器、电解电容器C（，），定值电阻R（阻值）、开关S、导线若干。 （1）电解电容器有正、负电极的区别。根据图（a），将图（b）中的实物连线补充完整 ；    （2）设置电源，让电源输出图（c）所示的矩形波，该矩形波的频率为 ；    （3）闭合开关S，一段时间后，通过电压传感器可观测到电容器两端的电压随时间周期性变化，结果如图（d）所示，A、B为实验图线上的两个点。在B点时，电容器处于 状态（填“充电”或“放电”）在 点时（填“A”或“B”），通过电阻R的电流更大； （4）保持矩形波的峰值电压不变，调节其频率，测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的情况，并在坐标纸上作出电容器上最大电压与频率f关系图像，如图（e）所示。当时电容器所带电荷量的最大值 C（结果保留两位有效数字）；    （5）根据实验结果可知，电容器在充放电过程中，其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变，而后随着频率的增大逐渐减小。 【答案】    充电 B 【详解】（1）[1]根据电路图连接实物图，如图所示 （2）[2]由图（c）可知周期，所以该矩形波的频率为 （3）[3][4]由图（d）可知，B点后电容器两端的电压慢慢增大，即电容器处于充电状态；从图中可得出，A点为放电快结束阶段，B点为充电开始阶段，所以在B点时通过电阻R的电流更大。 （4）[5]由图（e）可知当时，电容器此时两端的电压最大值约为 根据电容的定义式得此时电容器所带电荷量的最大值为 3 / 26 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$