2.课时跟踪检测卷 第十章 静电场中的能量 06 十 实验：观察电容器的充、放电现象（配套word）-【满分思维】2025-2026学年高中物理必修第三册（人教版）教师用书

本讲义聚焦“观察电容器的充、放电现象”核心知识点，系统梳理电容定义（C=Q/U）、充放电过程中电流电荷量电压变化规律，以及实验操作（单刀双掷开关使用）和数据处理（i-t图像面积求电荷量）的学习支架。 资料通过高电阻放电法、传感器记录i-t/u-t图像等实验设计，融合科学探究与科学思维，如利用图像面积计算电荷量培养数据分析能力，结合电容定义式强化物理观念。课中辅助教师引导实验操作，课后解析助学生巩固充放电规律，查漏补缺。

十　实验:观察电容器的充、放电现象 (40分钟　50分) 1.(8分)在“观察电容器的充、放电现象”实验中, (1)用如图所示的电容器做实验,电容器外壳上面标着“2 200 μF,10 V”的字样,下列说法正确的是　C　。(2分)  A.电容器的击穿电压为10 V B.电压为10 V时,电容器才正常工作 C.电容器电压为5 V时,电容是2 200 μF D.电容器电压为5 V时,电容是1 100 μF 【解析】(1)10 V是电容器的额定电压,不是电容器的击穿电压,A错误;10 V是电容器的额定电压,电压低于10 V时,电容器也能正常工作,B错误;电容与电容器所加电压无关,只与自身构造有关,可知电容器电压为5 V时,电容是2 200 μF,C正确,D错误。 (2)把干电池E、电阻箱R、电容器C、电流表G、单刀双掷开关S按照电路图连成实验电路,将电阻箱R调到合适阻值。 ①先使开关S接1,电源给电容器充电,观察到电流表指针偏转情况为　D　;(2分)  A.逐渐偏转到某一刻度后保持不变 B.逐渐偏转到某一刻度后迅速回到0 C.迅速偏转到某一刻度后保持不变 D.迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0 ②电容器充电完毕,断开开关,此时电路图中电容器上极板　带正电　(选填“带正电”“带负电”或“不带电”);(2分)  ③然后将开关S接2,电容器放电。在放电过程中,电路中的电流大小为i,电容器所带电荷量为Q,电容器两极板电势差为U,电容器的电容为C。关于i、Q、U、C随时间t变化的图像正确的是　B　。(2分)  【解析】(2)①使开关S接1,电源给电容器充电,电路瞬间有了充电电流,随着电容器所带电荷量逐渐增大,电容器两极板间的电压逐渐增大,充电电流逐渐减小,所以此过程中观察到电流表指针迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0,D正确,A、B、C错误。 ②由电路图可知,电容器上极板与电源正极相连,故电容器充电完毕,断开开关,电容器上极板带正电。 ③放电过程中,电容与电容器所带电荷量和电容器极板间电压没有关系,可知电容器电容保持不变,D错误;放电过程中,电容器所带电荷量逐渐减小,根据电容定义式C=,可知电容器极板间电压逐渐减小,则放电电流逐渐减小,根据i=,可知Q-t图像的切线斜率绝对值逐渐减小,B正确,A、C错误。 2.(6分)如图是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q,从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下: (1)按电路图接好实验电路; (2)接通开关S,调节电阻箱R的阻值,使微安表的指针接近满刻度。记下这时的电压表读数U0=6.2 V和微安表读数I0=490 μA; (3)断开开关S并同时开始计时,每隔5 s或10 s读一次微安表的读数i,将读数记录在预先设计的表格中; (4)根据表格中的12组数据,以t为横坐标,i为纵坐标,在坐标纸上描点(图中用“×”表示)。 根据以上实验结果和图像,可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷量Q0约为　8×10-3　C,从而算出该电容器的电容约为　1.3×10-3　F。  【解析】按照图中的点,用平滑曲线把它们依次连接起来,得到i-t图线,如图所示,图线和横轴所围的面积就是放出的电荷量,即原来电容器的带电荷量。每小格相当于2.5×10-4 C,用四舍五入法数得小方格有32个,所以Q0=8×10-3 C。再由C=,得C≈1.3×10-3 F。 3.(8分)(2025·郑州高二检测)某实验小组设计了如图甲所示的实验电路,观察电容器的充、放电过程,同时测量电容器的电容。电路中的电流传感器可显示电流随时间的变化。电路图中直流电源能提供的电压U=8 V、内阻不计,K为单刀双掷开关,R1、R2为定值电阻,C为电容器。 (1)先将K与“1”端相连,此时电容器处于　充电　(选填“充电”或“放电”)过程,电路稳定后,再将K与“2”端相连。电流i随时间t变化的规律如图乙所示。(2分)  【解析】(1)K与“1”端相连,电容器两极板与电源相连,此时电容器处于充电过程。 (2)图乙中阴影部分的面积S1　=　(选填“>”“<”或“=”)S2。(3分)  【解析】(2)图乙中阴影部分的面积S1表示充电过程中通过电流传感器的电荷量,面积S2表示放电过程中通过电流传感器的电荷量,故S1=S2。 (3)已知图乙中阴影部分的面积S1为400 mA·s,则该电容器的电容为　0.05　F。(3分)  【解析】(3)充电完成后电容器所带电荷量为Q=400 mA·s=0.4 A·s=0.4 C, 电容器两极板间的电压为U=8 V,故该电容器的电容为C== F=0.05 F。 4.(8分)某同学用电流传感器和电压传感器研究电容器的放电情况,按如图所示连接电路,实验时,先将开关S与1端相连,待电路稳定后,将开关掷向2端,传感器将信息传入计算机,屏幕上可以显示出电流、电压随时间变化的i-t图线、u-t图线。 (1)由图可知,传感器2应为　电压　(选填“电流”或“电压”)传感器。(2分)  【解析】(1)传感器2与电阻R并联,应为电压传感器。 (2)计算机屏幕上显示的i-t图线可能为图中的　B　,u-t图线可能为图中的　D　。(4分)  【解析】(2)随着电容器放电,电容器电荷量减小,由C=,可知电容器两端电压减小,电阻R保持不变,电流传感器、电压传感器示数均减小,故i-t图线选B,u-t图线选D。 (3)结合屏幕显示的i-t图线、u-t图线信息,可以估算出电容器的　电容　和　储存的电荷量　。(2分)  【解析】(3)根据i-t图线的面积可以估算出电荷量,根据电容定义式C=,可以估算出电容。 5.(10分)(2023·新课标全国卷改编)在“观察电容器的充、放电现象”实验中,所用器材如下:电池、电容器、电阻箱、定值电阻、小灯泡、电压表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。 (1)某同学设计的实验电路如图(a)所示。先将电阻箱的阻值调为R1,将单刀双掷开关S与“1”端相接,记录电流随时间的变化。电容器充电完成后,开关S再与“2”端相接,相接后小灯泡亮度变化情况可能是　C　。(选填正确答案标号)(4分)  A.迅速变亮,然后亮度趋于稳定 B.亮度逐渐增大,然后趋于稳定 C.迅速变亮,然后亮度逐渐减小至熄灭 【解析】(1)电容器充电完成后,开始时两极板电量较多,电势差较大,当闭合“2”接入小灯泡时,回路立即形成电流,灯泡迅速变亮;随着时间的积累,两极板电量变少,电势差变小,流过灯泡的电流减小,直至两极板电荷量为零不带电,则无电流流过小灯泡即小灯泡熄灭,故选C。 (2)将电阻箱的阻值调为R2(R2>R1),再次将开关S与“1”端相接,再次记录电流随时间的变化情况。两次得到的电流I随时间t变化如图(b)中曲线所示,其中实线是电阻箱阻值为　R2　(选填“R1”或“R2”)时的结果,曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的　电荷量　(选填“电压”或“电荷量”)。(6分)  【解析】(2)开始充电时两极板不带电,两极板电势差为零,设电源内阻为r,则开始充电时有E=I(R+r),由图(b)可知,开始充电时实线的电流较小,故电路中的电阻较大,因此电阻箱阻值为R2;图像的物理意义为:充电过程中电流随时间的变化图线,故曲线与坐标轴所围面积等于该次充电完成后电容器上的电荷量。 6.(10分)某同学用传感器做“观察电容器的充放电”实验,采用的实验电路如图所示。 (1)在下列图像中,表示以上电容器充电和放电过程中,通过传感器的电流随时间变化的图像为　A　,电容器的带电量随时间变化的图像为　C　。(4分)  【解析】(1)将开关先与“1”端闭合,电容器与电源相连,进行充电。稍后再将开关与“2”端闭合。电容器放电,充电电流与放电电流方向相反,放电过程中因为极板的电荷量逐渐减小,所以电势差也逐渐减小;充电过程中因为极板的电势差逐渐增大,所以电源电动势和极板的电势逐渐接近,因此电流均逐渐变小,故传感器的电流随时间变化的图像为A。充电过程,带电量逐渐增大,且增大得越来越慢,放电过程带电量逐渐变小,减小得越来越慢,故带电量随时间变化的图像为C。 (2)该同学用同一电路分别给两个不同的电容器充电,电容器的电容C1<C2,充电过程中电容器极板间电压随电容器的带电量变化的图像分别如图中①②所示,其中对应电容为C1的充电过程图像是　①　(选填“①”或“②”)。请说明你的判断依据　　。(6分)  答案:(2)见解析 【解析】(2)用同一电路分别给两个不同的电容器充电,则充电完成后,两电容器两端电压相同,根据C=,U -Q图像中图线的斜率表示电容的倒数,因为电容器的电容C1<C2,所以①对应电容为C1的电容器充电过程。 - 7 - 学科网（北京）股份有限公司 $