第33讲 观察电容器的充、放电现象（复习讲义）（山东专用）2026年高考物理一轮复习讲练测

第33讲 观察电容器的充、放电现象 目录 01考情解码•命题预警 2 02体系构建•思维可视 3 03核心突破•靶向攻坚 4 考点一 教材原型实验 4 知识点 实验原理、操作和误差分析 4 考向1 实验原理与操作 5 考向2 数据处理与误差分析 7 考点二 创新实验方案 9 知识点 实验方案的改进 9 考向1 实验装置的改进和创新 9 考向2 实验思路的改进和创新 11 04真题溯源•考向感知 14 考点要求 考察形式 2025年 2024年 2023年 观察电容器的充、发电现象 选择题 非选择题 \ 2024•海南 2024·重庆 2023•福建 2023·山东 考情分析： 1．各地高考对观察电容器的充放电现象这个实验的考查近几年频度较高，主要考查原型实验的原理。 2．从命题思路上看，试题情景： 多以利用电压表、电流表和电容器的三种实验器材来观察充放电现象为背景。 复习目标： 目标一：理解和掌握观察电容器的充放电现象实验原理，并会做出必要的误差分析。 目标二：能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究。 电容器充放电现象观察实验 实验原理 电容器充电 电源使电容器两极板带 电荷 电容器储存 电容器放电 导线连接两极板中和异种电荷 储存 转化为其他形式能 能量转化 充电时电能 放电时电能 实验操作 电容器充电过程 电容器放电过程 实验分析 充电时电流变化 初始电流 ，随后减小至零 放电时电流变化 初始电流 ，随后减小至零 结论 电容器极板上电荷变化产生电流 电容器极板上电荷恒定无电流 创新实验方案 实验器材改进 实验思路改进 考点一 教材原型实验 知识点 实验原理、操作和误差分析 1.实验原理 （1）电容器充电:电源使电容器的两极板带上 异种电荷的过程,如图甲。 （2）电容器放电:用导线将充好电的电容器的两极板相连,使两极板的异种电荷中和的过程,如图乙。 （3）电容器充放电时的能量转化:充电后,电容器储存了 。放电时,储存的 释放出来,转化为其他形式的能。 2.实验操作 （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 。 ②的读数由大变 。 ③的读数变 。 ④最后的大小等于0,的大小等于 。 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 ,电流 。当电容器两极板间电压等于 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 。 ②开始较大,逐渐变小,电流方向与充电方向 ,直至指示为0。 ③开始指示为电源电压,逐渐减小,直至为 。 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.分析与论证 当电容器极板上所储存的电荷发生变化时,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。电路中的平均电流为I=。 考向1 实验原理与操作 例1某校高二677班物理兴趣实验小组的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，V为理想电压表。 (1)开关S掷向1对电容器充电，此过程通过电流表A的电流方向为 （填“从左到右”或“从右到左”）。 (2)图乙为电容器放电时的图像，已知电容器放电之前的电压为1.5V，乙图中图像与坐标轴围成的面积约41小格，该电容器的实测电容值为 F（结果保留2位有效数字）。 (3)若不改变电路其他参数，只减小电阻R，放电时曲线与坐标轴所围成的面积将 （填“变大”“变小”或“不变”）。 【变式训练1-1】如图1所示是一种利用放电法测量电容器的电容C的实验电路。主要实验步骤如下： ①按照电路图连接电路，在断开的情况下闭合给电容器充电，等电压表指针稳定后记下电压表的读数； ②断开，闭合，让电容器通过滑动变阻器R放电，放电过程中，每隔1s记录下电流表的读数I； ③利用实验数据，作出图像如图2所示。 (1)调节滑动变阻器R的值可以改变电容器的放电时间，实验过程中若发现电容器放电时间较短，需要增加放电时间，应该把滑动变阻器R的触头 移动（填“向上”或“向下”）。 (2)图像与坐标轴围成的面积表示 ，根据图像，电容器储存的电荷量 C（结果保留2位有效数字）。 (3)待测电容器电容 F（结果保留2位有效数字）。 【变式训练1-2】物理兴趣实验小组的同学利用如图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，V为理想电压表。 (1)当开关S接 （填“1”或“2”）时，电容器处于充电过程，此过程中电压表的示数U随时间t变化的图像为 。 (2)开关S掷向2后，通过电流表A的电流方向为 （填“从左到右”或“从右到左”）。 (3)放电时电流随时间变化的I－t曲线与横轴所围成的面积代表的含义为 。 考向2 数据处理与误差分析 例2把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成图1所示的电路进行实验，观察电容器充、放电过程。 (1)先将开关S接1，观察到电流表示数（　　） A．逐渐增大到某一值后保持不变 B．逐渐增大到某一值后迅速减小 C．迅速增大到某一值后保持不变 D．迅速增大到某一值后逐渐减小 (2)待电压表示数稳定后，将开关S接2，测得电流随时间变化的图线如图2所示。则放电过程中通过R的电荷量 C（结果保留2位有效数字）。 (3)该同学在分析数据时，用电容器的电容与充电后电压表稳定示数的乘积求出电荷量，他发现与有明显差异。多次重复实验发现这种差异总是存在。请判断 （选填“>”或“<”），产生这一差异是由于 的影响（选填“电流表”、“电压表”或“电阻”）。 【变式训练2-1·变考法】为了测量一电容器的电容，科学实验小组设计了如图甲所示实验电路进行测量。可以选用的仪器有： A．待测电容器（额定电压15V）    B．电源（，内阻约为0.1Ω） C．电源（，内阻约为0.2Ω）    D．双量程电压表（0～3V挡和0～15V挡） E．定值电阻R2=500Ω    F．滑动变阻器R1（0～5Ω） G．电流传感器        H．开关、导线若干 (1)为了准确测量电容的值，电源应该选择 （填仪器前面的代号），电压表量程应该选择 挡。闭合开关S前滑动变阻器滑片应位于 端（填“a”或者“b”）。 (2)移动滑动变阻器R1的滑片到某处，闭合开关S，电流传感器所获得的I与t的函数图像如图乙所示，待电路稳定后，电压表示数如图丙所示，为 V。 (3)结合I与t的图像以及测得的电压值，测得的电容器的电容接近于__________（填标号）。 A．100μF B．120μF C．190μF D．240μF (4)如若某同学将实验电路中电压表的连接改成如图丁所示，将使得电容的测量值 （填“偏大”、“偏小”或者“不变”）。 【变式训练2-2·变考法】如图所示是一种测量电容器电容的实验电路图，实验是通过对高阻值电阻放电的方法，测出电容器充电至电压时所带电荷量，从而求出待测电容器的电容。某同学在一次实验时的情况如下：    A．按如图甲所示的电路图接好电路； B．接通开关，调节电阻箱的阻值，使电流表的指针偏转接近满刻度，记下此时电流表的示数是，电压表的示数； C．断开开关，同时开始计时，每隔测读一次电流的值，将测得数据填入表格，并标示在图乙的坐标纸上（时间t为横坐标，电流i为纵坐标），如图乙中小黑点所示。 （1）在图乙中画出i-t图线； （2）图乙中图线与坐标轴所围成面积的物理意义是 ； （3）该电容器电容为 F（结果保留两位有效数字）； （4）若某同学实验时把电压表接在E、D两端，则电容的测量值比它的真实值 （选填“大”“小”或“相等”）。 考点二 创新实验方案 知识点 实验方案的改进 知识点1　实验器材的改进：使用传感器测量数据 知识点2　实验思路的改进：探究电容器在不同条件下的充放电情况。 考向1 实验装置的改进和创新 例1心脏除颤器通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，使心脏完全停止跳动，再刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动。现用图甲所示电路观察心脏除颤器中电容器的充、放电过程。电路中的电流传感器可以捕捉瞬时的电流变化，它与计算机相连，可显示电流随时间的变化。图甲直流电源电动势、内阻不计，充电前电容器带电量为零。先使S与“1”端相连，电源向电容器充电。充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的曲线如图乙所示。 （1）在电容器充电与放电过程中，通过电阻的电流方向 （选填“相同”或“相反”）。 （2）图像阴影为曲线图像与对应时间轴所围成的面积，乙图中阴影部分的面积 （选填“>”、“<”或“=”）。 （3）已知，则该电容器的电容值为 F。（保留两位有效数字） （4）由甲、乙两图可判断阻值 （选填“>”或“<”）。 【变式训练1-1·变考法】电容储能不仅在太阳能和风能发电设备中得到广泛应用，也为可再生能源的可持续发展提供了关键技术支持。为了解电容器充、放电规律，李明做“用电流传感器观察电容器的放电过程”的实验。器材如下： 电池（电动势为，内阻不计）； 不带电的两个相同电容器（其中有一个是损坏的）； 电阻箱R、计算机、电流传感器和多用电表、单刀双掷开关以及导线若干。 (1)为检测电容器，将多用电表的选择开关拨至 挡上，将红、黑表笔连接电容器，若多用电表的指针迅速偏转较大角度后又缓慢回到表盘左端，则该电容器完好。 (2)利用好的电容器，李明设计了如图1所示的实验电路。 ①将开关S与1端相连，电源向电容器充电，直至充电完成； ②将电阻箱的阻值调为，将开关S由1掷向2，电容器通过电阻箱放电，传感器将电流信息输入电脑，屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像如图2所示。时，，图中M、N区域面积相等，则＝ （用、表示）； ③将电阻箱的阻值调至（），重做实验。 (3)设第1次和第2次实验中，电容器放电的最大电流分别为和，I-t图线与坐标轴围成的面积分别和，放电时间分别为和，则（　　） A． B． C． D． 【变式训练1-2·变考法】某实验小组利用图（a）所示电路测量一电容器的电容，实验器材有：待测电容器（电容标称值C0＝1000μF）、6节干电池、定值电阻R、电压传感器、电流传感器、计算机、单刀双掷开关S、导线若干。    请回答下列问题： （1）按图（a）连接实物电路。先将开关S从2端拨至1端，电源对电容器充电；再将开关S拨至2端，电容器放电。传感器将信息即时输入计算机，屏幕上显示出如图（b）所示的电流I、电压U随时间t变化的图线、图线，则曲线 （选填“①”“②”“③”“④”）表示电容器充电过程的图线，曲线 （选填“①”“②”“③”“④”）表示电容器放电过程的图线。    （2）已知每节干电池的电动势为1.6V，为了完成上述实验，至少需要将 节干电池串联作为电源。 （3）根据图（b）估算当电容器充电完毕时所带的电荷量是 C，计算电容器的电容C＝ μF，该值与C0的差异为×100%＝ %。（结果均保留2位有效数字） 考向2 实验思路的改进和创新 例2电流传感器可以在电脑端记录电流随时间变化的图线，探究实验小组设计了如图甲所示的实验电路，探究电容器在不同电路中的充放电现象。 （1）第一次探究中先将开关接1，待电路稳定后再接2.探究电容器充电及通过电阻放电的电流规律。 ①已知电流从右向左流过电流传感器时，电流为正，则与本次实验相符的I‒t图像是 。 A．  B．  C．  D．   ②从I‒t图像的面积可以计算得出电容器电荷量的大小。关于本次实验探究，下列判断正确的是 。 A．若只增大电阻箱R的阻值，电容器放电的时间将变短 B．若只增大电阻箱R的阻值，I‒t图像的面积将增大 C．在误差允许的范围内，放电和充电图像的面积应大致相等 （2）第二次探究中，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。 ③探究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，如图乙所示，根据图像中记录的坐标信息可知，振荡电路的周期T= s（结果保留两位有效数字）。 ④如果使用电动势更大的电源给电容器充电，则LC振荡电路的频率将 （填“增大”、“减小”或“不变”）。 【变式训练2-1·变考法】用如图a所示电路观察电容器的充放电现象，所用器材如下：电源（，内阻不计）、电容器，两个完全相同的电压传感器（内阻无穷大）、计算机、定值电阻、单刀双掷开关、导线若干，将实验器材按下图正确连接。 (1)将单刀双掷开关连接1，经过足够长的时间，通过电压传感器1传入计算机画出的曲线如图中的曲线①，则通过电压传感器2传入计算机的曲线正确的是 （填曲线对应标号）； (2)将单刀双掷开关连接2，通过电压传感器2传入计算机画出的曲线如图中的曲线 （填曲线对应标号），该过程为电容器 （选填“充电”或“放电”），根据图像可估算，电容器储存的电荷量为 （保留2位有效数字）； (3)若将电路中的定值电阻换成一阻值更大的电阻，先将单刀双掷开关连接1，经过足够长的时间，然后将单刀双掷开关连接2，通过电压传感器1在图中画出一条新的曲线，新曲线与（2）中通过电压传感器2传入计算机画出的曲线对比，与坐标轴围成的面积 （选填“更大”“更小”或“相等”）。 【变式训练2-2·变考法】某同学设计了如图所示的电路来观察电容器的充放电过程。 (1)根据电路图，用笔画线代替导线连接下面的实物。 (2)连接好电路后，将滑动变阻器的滑片调整至适当位置，闭合开关，将单刀双掷开关掷于1端，此时电容器开始 （填“充”或“放”）电，观察到的实验现象是 ，再将掷于2端，观察到的实验现象是 . (3)其他条件不变，只换用容量更大的电容器来做实验，相比于上次实验，此次实验在放电过程中看到的现象是 . (4)其他条件不变，只把小灯泡换成电感器，闭合开关S，先将单刀双掷开关掷于1端，一段时间后，再将单刀双掷开关掷于2端，此时电容器和电感器构成一个LC振荡电路，当电感线圈中的磁感线和电容器中极板的带电情况分别如图所示时，电容器正处于 （填“充”或“放”）电状态，电路中的电流在 （填“增大”或“减小”）。 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．（2023·山东·高考真题）电容储能已经在电动汽车，风、光发电、脉冲电源等方面得到广泛应用。某同学设计图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程，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）； 电阻箱（阻值）； 滑动变阻器（最大阻值，额定电流）； 电压表V（量程，内阻很大）； 发光二极管，开关，电流传感器，计算机，导线若干。 回答以下问题： （1）按照图甲连接电路，闭合开关，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向 端滑动（填“a”或“b”）。 （2）调节滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图乙所示，示数为 V（保留1位小数）。    （3）继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为时，开关掷向1，得到电容器充电过程的图像，如图丙所示。借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法，根据图像可估算出充电结束后，电容器存储的电荷量为 C（结果保留2位有效数字）。    （4）本电路中所使用电容器的电容约为 F（结果保留2位有效数字）。 （5）电容器充电后，将开关掷向2，发光二极管 （填“”或“”）闪光。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第33讲 观察电容器的充、放电现象 目录 01考情解码•命题预警 2 02体系构建•思维可视 3 03核心突破•靶向攻坚 4 考点一 教材原型实验 4 知识点 实验原理、操作和误差分析 4 考向1 实验原理与操作 5 考向2 数据处理与误差分析 7 考点二 创新实验方案 10 知识点 实验方案的改进 10 考向1 实验装置的改进和创新 11 考向2 实验思路的改进和创新 14 04真题溯源•考向感知 18 考点要求 考察形式 2025年 2024年 2023年 观察电容器的充、发电现象 选择题 非选择题 \ 2024•海南 2024·重庆 2023•福建 2023·山东 考情分析： 1．各地高考对观察电容器的充放电现象这个实验的考查近几年频度较高，主要考查原型实验的原理。 2．从命题思路上看，试题情景： 多以利用电压表、电流表和电容器的三种实验器材来观察充放电现象为背景。 复习目标： 目标一：理解和掌握观察电容器的充放电现象实验原理，并会做出必要的误差分析。 目标二：能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究。 电容器充放电现象观察实验 实验原理 电容器充电 电源使电容器两极板带异种电荷 电容器储存电能 电容器放电 导线连接两极板中和异种电荷 储存电能转化为其他形式能 能量转化 充电时电能储存 放电时电能释放 实验操作 电容器充电过程 电容器放电过程 实验分析 充电时电流变化 初始电流大，随后减小至零 放电时电流变化 初始电流大，随后减小至零 结论 电容器极板上电荷变化产生电流 电容器极板上电荷恒定无电流 创新实验方案 实验器材改进 实验思路改进 考点一 教材原型实验 知识点 实验原理、操作和误差分析 1.实验原理 （1）电容器充电:电源使电容器的两极板带上等量异种电荷的过程,如图甲。 （2）电容器放电:用导线将充好电的电容器的两极板相连,使两极板的异种电荷中和的过程,如图乙。 （3）电容器充放电时的能量转化:充电后,电容器储存了电能。放电时,储存的电能释放出来,转化为其他形式的能。 2.实验操作 （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.分析与论证 当电容器极板上所储存的电荷发生变化时,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。电路中的平均电流为I=。 考向1 实验原理与操作 例1某校高二677班物理兴趣实验小组的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，V为理想电压表。 (1)开关S掷向1对电容器充电，此过程通过电流表A的电流方向为 （填“从左到右”或“从右到左”）。 (2)图乙为电容器放电时的图像，已知电容器放电之前的电压为1.5V，乙图中图像与坐标轴围成的面积约41小格，该电容器的实测电容值为 F（结果保留2位有效数字）。 (3)若不改变电路其他参数，只减小电阻R，放电时曲线与坐标轴所围成的面积将 （填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】(1)从右到左(2)(3)不变 【详解】（1）开关S掷向1对电容器充电，此过程通过电流表A的电流方向为从右到左。 （2）乙图中图像与横轴围成的面积约41格，分析I-t图像可知，每个方格代表的电荷量为电容器放出的电荷量为则电容器的电容为F=F （3）不改变电路其他参数，只增大电阻R的阻值，导致曲线的最大电流值将减小，放电时间将变长，而放电时曲线与坐标轴所围面积不变。 【变式训练1-1】如图1所示是一种利用放电法测量电容器的电容C的实验电路。主要实验步骤如下： ①按照电路图连接电路，在断开的情况下闭合给电容器充电，等电压表指针稳定后记下电压表的读数； ②断开，闭合，让电容器通过滑动变阻器R放电，放电过程中，每隔1s记录下电流表的读数I； ③利用实验数据，作出图像如图2所示。 (1)调节滑动变阻器R的值可以改变电容器的放电时间，实验过程中若发现电容器放电时间较短，需要增加放电时间，应该把滑动变阻器R的触头 移动（填“向上”或“向下”）。 (2)图像与坐标轴围成的面积表示 ，根据图像，电容器储存的电荷量 C（结果保留2位有效数字）。 (3)待测电容器电容 F（结果保留2位有效数字）。 【答案】(1)向上 (2) 电容器储存的电量 (3) 【详解】（1）滑动变阻器阻值越大，电路中电流越小，根据可知放电时间越长，应把滑动变阻器R的触头向上移动。 （2）[1]根据可知图像与坐标轴围成的面积表示电容器储存的电量； [2]题中图像面积有17个格子，每个格子面积为 电容器存储电量 （3）电容器电容 【变式训练1-2】物理兴趣实验小组的同学利用如图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，V为理想电压表。 (1)当开关S接 （填“1”或“2”）时，电容器处于充电过程，此过程中电压表的示数U随时间t变化的图像为 。 (2)开关S掷向2后，通过电流表A的电流方向为 （填“从左到右”或“从右到左”）。 (3)放电时电流随时间变化的I－t曲线与横轴所围成的面积代表的含义为 。 【答案】(1) 1 B (2)从左至右 (3)电容器充电结束时存储的电荷量 【详解】（1）[1][2]当开关S接1时，电容器与电源相连，则电容器处于充电过程，此过程中电容器两板间电压逐渐变大，最后趋于稳定状态，则电压表的示数U随时间t变化的图像为B。 （2）开关S掷向2后，电容器放电，因电容器下极板带正电，可知通过电流表A的电流方向为从左到右。 （3）根据q=It，可知，放电时电流随时间变化的I－t曲线与横轴所围成的面积代表的含义为电容器充电结束时存储的电荷量。 考向2 数据处理与误差分析 例2把直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成图1所示的电路进行实验，观察电容器充、放电过程。 (1)先将开关S接1，观察到电流表示数（　　） A．逐渐增大到某一值后保持不变 B．逐渐增大到某一值后迅速减小 C．迅速增大到某一值后保持不变 D．迅速增大到某一值后逐渐减小 (2)待电压表示数稳定后，将开关S接2，测得电流随时间变化的图线如图2所示。则放电过程中通过R的电荷量 C（结果保留2位有效数字）。 (3)该同学在分析数据时，用电容器的电容与充电后电压表稳定示数的乘积求出电荷量，他发现与有明显差异。多次重复实验发现这种差异总是存在。请判断 （选填“>”或“<”），产生这一差异是由于 的影响（选填“电流表”、“电压表”或“电阻”）。 【答案】(1)D(2)(3) < 电压表 【详解】（1）先将开关S接1，电源给电容器充电，电路中存在充电电流，且随着电荷量的增多，充电电流逐渐减小为零，所以观察到电流表示数是迅速增大到某一值后逐渐减小。故选D。 （2）图像与坐标轴所围面积表示电荷量，所以通过电阻R的电荷量为 （3）[1][2]因为有电压表的存在，所以在放电时总有一部分电荷经过电压表放电，电容器所带电荷量不能全部经过电阻R，所以产生这一差异是由于电压表的影响。 【变式训练2-1·变考法】为了测量一电容器的电容，科学实验小组设计了如图甲所示实验电路进行测量。可以选用的仪器有： A．待测电容器（额定电压15V）    B．电源（，内阻约为0.1Ω） C．电源（，内阻约为0.2Ω）    D．双量程电压表（0～3V挡和0～15V挡） E．定值电阻R2=500Ω    F．滑动变阻器R1（0～5Ω） G．电流传感器        H．开关、导线若干 (1)为了准确测量电容的值，电源应该选择 （填仪器前面的代号），电压表量程应该选择 挡。闭合开关S前滑动变阻器滑片应位于 端（填“a”或者“b”）。 (2)移动滑动变阻器R1的滑片到某处，闭合开关S，电流传感器所获得的I与t的函数图像如图乙所示，待电路稳定后，电压表示数如图丙所示，为 V。 (3)结合I与t的图像以及测得的电压值，测得的电容器的电容接近于__________（填标号）。 A．100μF B．120μF C．190μF D．240μF (4)如若某同学将实验电路中电压表的连接改成如图丁所示，将使得电容的测量值 （填“偏大”、“偏小”或者“不变”）。 【答案】(1) C 0～15V a (2)10.8/10.7 (3)C (4)偏大 【详解】（1）[1][2]因为电容器的额定电压为15V，因此电压调节范围的最大值应接近于15V，故电源电动势选择15V，故选C； [2]因为电源电动势选择15V，所以电压表量程选择0～15V挡； [3]为了使电容器接入电路时电压不超过15V，应使电压从0开始调节，故滑动变阻器从a端开始滑动。 （2）因为电压表为0～15V量程，所以电压表读数为10.8V或者10.7V； （3）通过I与t的函数图像可得，图像与坐标轴围成的面积等于电荷量的大小，8个大格，所以又因为更接近于190μF，故选C。 （4）当电流传感器外接时，因为电压表分流，所以电流传感器电流的测量值变大，I与t的函数图像与坐标轴围成的面积偏大，电荷量的测量值变大；又因为电压表的测量值变小，根据 ，电容C的测量值偏大。 【变式训练2-2·变考法】如图所示是一种测量电容器电容的实验电路图，实验是通过对高阻值电阻放电的方法，测出电容器充电至电压时所带电荷量，从而求出待测电容器的电容。某同学在一次实验时的情况如下：    A．按如图甲所示的电路图接好电路； B．接通开关，调节电阻箱的阻值，使电流表的指针偏转接近满刻度，记下此时电流表的示数是，电压表的示数； C．断开开关，同时开始计时，每隔测读一次电流的值，将测得数据填入表格，并标示在图乙的坐标纸上（时间t为横坐标，电流i为纵坐标），如图乙中小黑点所示。 （1）在图乙中画出i-t图线； （2）图乙中图线与坐标轴所围成面积的物理意义是 ； （3）该电容器电容为 F（结果保留两位有效数字）； （4）若某同学实验时把电压表接在E、D两端，则电容的测量值比它的真实值 （选填“大”“小”或“相等”）。 【答案】    在开始放电时电容器所带的电量 小 【详解】（1）[1]用平滑的曲线连接，作出图像如图    （2）[2]由知，电荷量为图像与坐标轴所包围的面积，则面积为电容器在开始放电时所带的电荷量； （3）[3]算出格子数为32格，由总格子数乘以每个格子的“面积”值求出电量则 （4）[4]电容的测量值比它的真实值偏小，原因是若把电压表接在、两端，则电容器在放电时，有一部分电量会从电压表中通过，从而使得通过电流表中的电量小于电容器的带电量，从而使电容的测量值比它的真实值偏小。 考点二 创新实验方案 知识点 实验方案的改进 知识点1　实验器材的改进：使用传感器测量数据 知识点2　实验思路的改进：探究电容器在不同条件下的充放电情况。 考向1 实验装置的改进和创新 例1心脏除颤器通过一个充电的电容器对心颤患者皮肤上的两个电极板放电，让一部分电荷通过心脏，使心脏完全停止跳动，再刺激心颤患者的心脏恢复正常跳动。现用图甲所示电路观察心脏除颤器中电容器的充、放电过程。电路中的电流传感器可以捕捉瞬时的电流变化，它与计算机相连，可显示电流随时间的变化。图甲直流电源电动势、内阻不计，充电前电容器带电量为零。先使S与“1”端相连，电源向电容器充电。充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的曲线如图乙所示。 （1）在电容器充电与放电过程中，通过电阻的电流方向 （选填“相同”或“相反”）。 （2）图像阴影为曲线图像与对应时间轴所围成的面积，乙图中阴影部分的面积 （选填“>”、“<”或“=”）。 （3）已知，则该电容器的电容值为 F。（保留两位有效数字） （4）由甲、乙两图可判断阻值 （选填“>”或“<”）。 【答案】 相反 = < 【详解】（1）[1]由图甲可知，电容器充电时，通过电阻的电流方向向左，放电时通过的电流方向向右，故在电容器充电与放电过程中，通过电阻的电流方向相反。 （2）[2]曲线图像与对应时间轴所围成的面积表示电荷量，充电和放电电荷量相等，所以乙图中阴影部分的面积。 （3）[3]由于电源内阻不计，可知电容器两端电压等于电源电动势，则该电容器的电容值为 （4）[4]由图乙可知，充电时的最大电流大于放电时的最大电流，则由闭合电路的欧姆定律可知 【变式训练1-1·变考法】电容储能不仅在太阳能和风能发电设备中得到广泛应用，也为可再生能源的可持续发展提供了关键技术支持。为了解电容器充、放电规律，李明做“用电流传感器观察电容器的放电过程”的实验。器材如下： 电池（电动势为，内阻不计）； 不带电的两个相同电容器（其中有一个是损坏的）； 电阻箱R、计算机、电流传感器和多用电表、单刀双掷开关以及导线若干。 (1)为检测电容器，将多用电表的选择开关拨至 挡上，将红、黑表笔连接电容器，若多用电表的指针迅速偏转较大角度后又缓慢回到表盘左端，则该电容器完好。 (2)利用好的电容器，李明设计了如图1所示的实验电路。 ①将开关S与1端相连，电源向电容器充电，直至充电完成； ②将电阻箱的阻值调为，将开关S由1掷向2，电容器通过电阻箱放电，传感器将电流信息输入电脑，屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像如图2所示。时，，图中M、N区域面积相等，则＝ （用、表示）； ③将电阻箱的阻值调至（），重做实验。 (3)设第1次和第2次实验中，电容器放电的最大电流分别为和，I-t图线与坐标轴围成的面积分别和，放电时间分别为和，则（　　） A． B． C． D． 【答案】(1)欧姆(2)(3)AC 【详解】（1）由于初始状态下，电容器不带电，不能用电压挡或电流挡检测。因为多用电表用作欧姆表时，内部有电源，可向电容器充电。充电时，若多用电表的指针迅速偏转较大角度后又缓慢回到表盘左端，则该电容器完好。故应将多用电表的选择开关拨至欧姆挡。 （2）时，，可知此时电容器两端的电压为电容器开始放电前，两端的电压为，根据可知，图线与横轴围成的面积表示放出的电荷量。则区域电容器放电的电荷量为区域电容器放电的电荷量为因为，图中M、N区域面积相等，即联立，解得 （3）AB．电容器放电瞬间的电流最大，为因为所以故A正确，B错误； C．充电后的电容器通过不同电阻放电，电荷量相同，即图线与横轴围成的面积相等，故C正确； D．电阻越大，对电流的阻碍作用越强，放电时间越长，所以故D错误。故选AC。 【变式训练1-2·变考法】某实验小组利用图（a）所示电路测量一电容器的电容，实验器材有：待测电容器（电容标称值C0＝1000μF）、6节干电池、定值电阻R、电压传感器、电流传感器、计算机、单刀双掷开关S、导线若干。    请回答下列问题： （1）按图（a）连接实物电路。先将开关S从2端拨至1端，电源对电容器充电；再将开关S拨至2端，电容器放电。传感器将信息即时输入计算机，屏幕上显示出如图（b）所示的电流I、电压U随时间t变化的图线、图线，则曲线 （选填“①”“②”“③”“④”）表示电容器充电过程的图线，曲线 （选填“①”“②”“③”“④”）表示电容器放电过程的图线。    （2）已知每节干电池的电动势为1.6V，为了完成上述实验，至少需要将 节干电池串联作为电源。 （3）根据图（b）估算当电容器充电完毕时所带的电荷量是 C，计算电容器的电容C＝ μF，该值与C0的差异为×100%＝ %。（结果均保留2位有效数字） 【答案】 ① ④ 5 7.2×10－3 9.2×102 8.0 【详解】（1）[1]充电过程，电压逐渐增大，且增大得越来越慢，故充电过程电压随时间变化的图线为①； [2]放电过程电压逐渐变小，减小得越来越慢，电容器放电，放电电流与充电电流方向相反，电流逐渐变小，且减小得越来越慢，故放电过程电流随时间变化的图像为④。 （2）[3]由题图（b）可以看出，充电完成时，电容器两端电压约为7.8V，设至少需要将n节干电池串联作为电源，则至少需要将5节干电池串联作为电源。 （3）[4][5][6]由题图（b）图线④表示电容器放电过程的I－t图线，图线与横坐标轴围的面积表示放电的总电荷量，即电容器充电完毕时所带的电荷量电容器的电容为该值与C0的差异为 考向2 实验思路的改进和创新 例2电流传感器可以在电脑端记录电流随时间变化的图线，探究实验小组设计了如图甲所示的实验电路，探究电容器在不同电路中的充放电现象。 （1）第一次探究中先将开关接1，待电路稳定后再接2.探究电容器充电及通过电阻放电的电流规律。 ①已知电流从右向左流过电流传感器时，电流为正，则与本次实验相符的I‒t图像是 。 A．  B．   C．  D．   ②从I‒t图像的面积可以计算得出电容器电荷量的大小。关于本次实验探究，下列判断正确的是 。 A．若只增大电阻箱R的阻值，电容器放电的时间将变短 B．若只增大电阻箱R的阻值，I‒t图像的面积将增大 C．在误差允许的范围内，放电和充电图像的面积应大致相等 （2）第二次探究中，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。 ③探究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，如图乙所示，根据图像中记录的坐标信息可知，振荡电路的周期T= s（结果保留两位有效数字）。 ④如果使用电动势更大的电源给电容器充电，则LC振荡电路的频率将 （填“增大”、“减小”或“不变”）。 【答案】 A C 不变 【详解】（1）[1]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右向左流过传感器，即为正，由于充电后电容器上极板带正电，电容器通过R放电时，电流从左向右流过传感器，即为负；故选A。 [2] I‒t图像的面积可以计算得出电容器电荷量的大小，则放电和充电图像的面积应大致相等，若只增大电阻箱R的阻值，电容器的电荷量不变，I‒t图像的面积不变，若只增大电阻箱R的阻值，对电流的阻碍作用变大，电容器放电的时间将变长；故选C。 （2）[3] 由图乙可知 [4] 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。 【变式训练2-1·变考法】用如图a所示电路观察电容器的充放电现象，所用器材如下：电源（，内阻不计）、电容器，两个完全相同的电压传感器（内阻无穷大）、计算机、定值电阻、单刀双掷开关、导线若干，将实验器材按下图正确连接。 (1)将单刀双掷开关连接1，经过足够长的时间，通过电压传感器1传入计算机画出的曲线如图中的曲线①，则通过电压传感器2传入计算机的曲线正确的是 （填曲线对应标号）； (2)将单刀双掷开关连接2，通过电压传感器2传入计算机画出的曲线如图中的曲线 （填曲线对应标号），该过程为电容器 （选填“充电”或“放电”），根据图像可估算，电容器储存的电荷量为 （保留2位有效数字）； (3)若将电路中的定值电阻换成一阻值更大的电阻，先将单刀双掷开关连接1，经过足够长的时间，然后将单刀双掷开关连接2，通过电压传感器1在图中画出一条新的曲线，新曲线与（2）中通过电压传感器2传入计算机画出的曲线对比，与坐标轴围成的面积 （选填“更大”“更小”或“相等”）。 【答案】(1)② (2) ③ 放电 1.5 (3)更大 【详解】（1）将单刀双掷开关连接1，电容器充电，闭合一瞬间电流最大，定值电阻两端电压等于电源电动势，之后电流减小，定值电阻两端电压也变小。电容器上端为正，下端为负，充电时流过电阻的电流也是由上向下，所以电容器和定值电阻两端电压都是上高下低，故通过电压传感器2传入计算机的曲线是②。 （2）[1][2]单刀双掷开关连接2，电容器开始放电，初始时电流最大，定值电阻两端的电压也最大，此时通过电阻的电流由下向上，电阻两端电压下高上低。所以通过电压传感器2传入计算机画出的曲线是③。 [3]曲线③与坐标轴围成的格子总数为29，面积的含义是放电时通过电阻的电荷量与电阻的乘积。每个小格的横纵坐标分别为、。所以电容器储存的电荷量为 （3）若将电路中的电阻换成一阻值更大的电阻，电容器放电时释放的电荷量不变，曲线与坐标轴围成面积不变，曲线与坐标轴围成的面积会变大。 【变式训练2-2·变考法】某同学设计了如图所示的电路来观察电容器的充放电过程。 (1)根据电路图，用笔画线代替导线连接下面的实物。 (2)连接好电路后，将滑动变阻器的滑片调整至适当位置，闭合开关，将单刀双掷开关掷于1端，此时电容器开始 （填“充”或“放”）电，观察到的实验现象是 ，再将掷于2端，观察到的实验现象是 . (3)其他条件不变，只换用容量更大的电容器来做实验，相比于上次实验，此次实验在放电过程中看到的现象是 . (4)其他条件不变，只把小灯泡换成电感器，闭合开关S，先将单刀双掷开关掷于1端，一段时间后，再将单刀双掷开关掷于2端，此时电容器和电感器构成一个LC振荡电路，当电感线圈中的磁感线和电容器中极板的带电情况分别如图所示时，电容器正处于 （填“充”或“放”）电状态，电路中的电流在 （填“增大”或“减小”）。 【答案】(1)见解析 (2) 充 小灯泡闪亮一下后熄灭 小灯泡闪亮一下后熄灭 (3)小灯泡闪亮持续时间较长 (4) 放 增大 【详解】（1）实物连接如图所示 （2）[1][2]闭合开关S，将单刀双掷开关掷于1端，此时电容器开始充电，由于电容器上的电荷越来越多，电容器两极板间的电压越来越大，电路中的电流越来越小，最后为零，所以观察到的实验现象是小灯泡闪亮一下后熄灭。 [3]将单刀双掷开关掷于2端，此时电容器开始放电，电容器相当于电源，电容器带的电荷量越来越少，两极板间的电压越来越小，所以观察到的实验现象是小灯泡闪亮一下后熄灭。 （3）其他条件不变，只换用电容量更大的电容器来做实验，相比于上次实验，电容器两极板间的电压不变，电容器的带电荷量增多，则在放电过程中，放电时间更长，小灯泡闪亮持续时间较长。 （4）[1][2]根据右手定则可知，电容器正处于放电状态，电路中的电流在增大。 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．（2023·山东·高考真题）电容储能已经在电动汽车，风、光发电、脉冲电源等方面得到广泛应用。某同学设计图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程，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）； 电阻箱（阻值）； 滑动变阻器（最大阻值，额定电流）； 电压表V（量程，内阻很大）； 发光二极管，开关，电流传感器，计算机，导线若干。 回答以下问题： （1）按照图甲连接电路，闭合开关，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向 端滑动（填“a”或“b”）。 （2）调节滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图乙所示，示数为 V（保留1位小数）。    （3）继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为时，开关掷向1，得到电容器充电过程的图像，如图丙所示。借鉴“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中估算油膜面积的方法，根据图像可估算出充电结束后，电容器存储的电荷量为 C（结果保留2位有效数字）。    （4）本电路中所使用电容器的电容约为 F（结果保留2位有效数字）。 （5）电容器充电后，将开关掷向2，发光二极管 （填“”或“”）闪光。 【答案】 b 6.5 【详解】（1）[1]滑动变阻器分压式接法，故向b端滑动充电电压升高； （2）[2]量程15 V，每个小格0.5 V，估读，故6.5 V； （3）[3]图像所围的面积，等于电容器存储的电荷量，38个小格，故电容器存储的电荷量为C； （4）[4]由电容的定义式得：F； （5）[5]开关掷向2，电容器放电，故闪光。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$