实验10 观察电容器的充放电现象（复习讲义）（全国通用）2027年高考物理一轮复习讲练测

该高中物理高考复习教案聚焦“观察电容器的充放电现象”实验，涵盖实验原理、操作流程、数据处理、误差分析及创新方案等核心考点，按“原型实验—创新拓展”逻辑构建知识框架。通过命题透视、思维建模、考点精讲（含易错辨析、热点考向）、真题溯源四环节，帮助学生系统掌握充放电过程中电流、电压、电荷量变化规律，突破实验本质理解难点。 资料突出数字化实验创新与科学探究融合，如利用电流传感器采集I-t图像，通过面积计算电荷量，培养学生科学思维与数据处理能力。设置原型实验操作规范与创新方案改进实例（如LC振荡电路拓展），配合分层练习与真题演练，确保学生在有限时间内提升实验分析和创新应用能力，为教师精准把控高考复习节奏、提升教学效率提供有力支持。

实验10 观察电容器的充放电现象 内容导航 对标素养，研判高考命题趋势 201 命题透视·考情前瞻 搭建知识框架，构建系统思维 302 思维建模·脉络梳理 拆解核心考点，归纳解题范式 403 考点精讲·靶向突破脉络梳理 考点一 教材原型实验 4 核心知识·解构 4 一、实验原理 4 二、实验操作 4 易错辨析·AI命题 5 热点考向·破译 5 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 8 热点考向·破译 8 考向1 实验装置的改进和创新 8 考向2 实验思路的改进和创新 10 溯源真题逻辑，感知高考考向 1304 真题溯源·考向感知 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 观察电容器的 充、放电现象 2026•河北 2026·河南 —— 2024•海南 2024·重庆 考情分析 题型与考向：近年来，各地高考对“观察电容器的充放电现象”这一经典实验的考查频度持续走高，其考查重点主要集中在原型实验的基本原理上。试题通常会要求考生深入理解电容器在充放电过程中电荷量、电压与电流的动态变化关系，并能够结合电路图分析能量转化过程。这反映出命题者旨在检验学生对基础物理概念与核心实验思想的掌握程度，强调对实验本质原理的透彻理解，而非仅仅记忆实验步骤或现象。 情境与立意：此实验多利用电压表、电流表和电容器这三种基础实验器材来直观地观察电容器的充放电现象。当然有时候也会在电路中加入电感线圈，组成L-C振荡电路考查相关问题。 复习目标 1.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。 2.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。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 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 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 教材原型实验 核心知识·解构 一、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。 二、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=。 易错辨析·AI命题 1.电容器充电时，电容器两端电压随时间线性均匀增大。（ ） 2.I-t 图像与时间轴围成的面积，表示电容器充入的总电荷量。（ ） 3.只增大回路电阻 R，电路充放电速度会变快。（ ） 4.放电过程中，电容器极板上的电荷逐渐减少，回路电流持续减小。（ ） 5.数字化传感器采集 U-t、I-t 曲线的实验，不能用于定量计算电容大小。（ ） 热点考向·破译 考向1 实验原理与操作 例1 某同学利用图示电路做“观察电容器的充、放电现象”实验，其中电源电动势E=3.0V、内阻不计，电容器的电容C=1mF，定值电阻R=30kΩ，微安表G（量程-150μA~0~150μA，零刻度在表盘中央），内阻不计，单刀双掷开关S。 (1)将开关S拨向1，微安表G的指针迅速向右偏转到某一刻度，然后逐渐向左偏转到零刻度，此过程电容器在________（选填“充电”或“放电”），稳定后电容器所带电荷量为________mC。 (2)S接1，电路稳定后，将开关S拨向2，S拨向2后瞬间回路中的电流为________μA。 (3)若将定值电阻R换为阻值更大的定值电阻，充电过程中指针回到零刻度所需的时间________（选填“变长”“不变”或“变短”）。 【变式训练1】电容器储存电荷的特性可用电容来表征。某一固定电容器外观如图甲所示，在观察电容器的充、放电实验中，实验电路图如图乙所示。 (1)（多选，填标号）关于图甲中的电容器，下列说法正确的是_______。 A．35V表示额定电压 B．35V表示击穿电压 C．2200μF表示电荷量 D．2200μF表示电容 (2)（多选，填标号）图乙中电容器在整个充放电过程中的电流i随时间t变化的图像和两极板间电压u随时间t变化的图像，可能正确的是_______。 A． B． C． D． (3)用电流传感器替换电流表，测出电路中的电流随时间变化的图像如图丙所示，电源电压为35V，则电容器的电容约为_______F。 (4)如果不改变电路其他参数，只增大电阻箱接入电路的阻值，则此过程的I—t曲线与两坐标轴所围成的面积将_______（填“减小”“不变”或“增大”）。 考向2 数据处理与误差分析 例2某实验小组利用电流传感器观察电容器充放电过程中的电流变化。实验电路如图（a）所示，其中电源电动势、内阻不计，定值电阻，定值电阻，电流传感器内阻忽略不计。 (1)将单刀双掷开关先接1充电，当电容器充满电后，再将单刀双掷开关接到2放电，放电过程中经过的电流方向为________（填“”或“”）； (2)电流传感器记录整个过程中电流随时间变化的图像如图（b）所示，根据元件参数，可计算出图像中的大小为________mA、的大小为________mA； (3)已知图（b）中内图线与坐标轴围成的面积大小为，则该实验使用的电容器电容大小________F。若考虑电流传感器的内阻，则电容的测量值________真实值（选填“大于”“小于”或“等于”）。 【变式训练2】某学习小组同学利用DIS系统研究某电容器的充电和放电过程，实验电路原理如图甲所示，电源为输出电压恒为6V的学生直流稳压电源，实验前电容器已充分放电。 (1)先将单刀双掷开关S置于1，给电容器进行充分的充电。然后将单刀双掷开关S置于2，通过电阻R的电流方向________（填“从a到b”或“从b到a”）。 (2)将单刀双掷开关S置于2时，电流传感器将电流信息传入计算机，屏幕上便显示出如图乙所示的图像。可以算出电容器放出的电荷量为，则电容器的电容为________F。若已知电阻R为14000Ω，则在时，电容器放出的电荷量和剩余的电荷量之比为________。 (3)若将R换成另一个电阻，其余条件不变，进行实验，发现电容器的放电时间变短了，则R________（填“大于”、“等于”或“小于”）。 考点二 创新实验方案 热点考向·破译 考向1 实验装置的改进和创新 例1利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象。开关未闭合时，电源两端的电压。实验操作时，单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，经过一段足够长的时间后，把开关再改接2。实验中使用了电流传感器和电压传感器来采集电流、电压随时间的变化情况。 (1)下列图的四幅图中可能正确反映将S接2后电容器两端电压随时间t变化的图像是________。 A． B． C． D． (2)某同学实验中记录了电容器放电的电流I随时间t变化的图像如图乙所示，如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的曲线与坐标轴所围成的总面积将_____（选填“增大”“减小”或“不变”）。若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量，则该电容器的电容为______μF。开始放电后经 电流为最大电流的四分之一，则时间内流过电阻R的电荷量为______C。 【变式训练1】某同学利用自制传感器探究电容器的充放电现象。简化电路图如图（a）所示。 （1）按照图（a）完成电路连接。实验所用电源输出的电压恒定不变。打开手机端的物理工坊应用程序，使手机通过蓝牙与电压、电流传感器建立连接，该应用程序可实时展示电压、电流随时间的变化曲线。本实验中电压传感器和电流传感器均视为理想电表，且电容器在充电前不带电。 （2）进行实验操作，给电容充电、放电，得到图（b）、图（c）中的实线图像。图（c）中实线图像时刻为________过程（填“充电”或“放电”）。图（b）为图像，其中与轴围成的面积分别为、，则________（填“>”“=”或“<”）。为了探究不同电阻情况下电容器电压随时间的变化规律，该同学更换电阻后再次进行实验，得到的图像为图（c）中的虚线，则第二次实验更换了一个阻值________的电阻（填“更大”或“更小”）。 （3）图（b）是未更换电阻时电容充放电得到的图像，不考虑电容器的容抗，则未更换前电阻________。 考向2 实验思路的改进和创新 例2某实验小组利用图甲所示实验电路图研究电容器的充放电现象以及探究电容器所带电荷量与电压间的关系。 (1)实验小组先按照图甲所示将装置连接好，把开关置于1使得电源对电容器进行充电，则充电过程电容器的上极板带______（选填“正”或“负”）电，数字电压表读数变______（选填“大”或“小”），数字电流表读数变______（选填“大”或“小”）。 (2)充电完毕后，将电流表换成电流传感器，随后把开关置于2，由传感器可得放电过程电流随时间变化的情况如图乙所示，则电容器释放的电荷量约为___（保留两位有效数字）。 (3)为了进一步探究电容器所带电荷量与电压间的关系，实验小组再次按照图甲所示连接实验装置，电容器与电容器完全相同，实验操作步骤如下： ①将单刀双掷开关接1，电源对电容器进行充电，读出电压表数据； ②将单刀双掷开关接2，电容器中电荷有一半平分给电容器，再次读出电压表数据； ③断开开关，闭合开关，使得电容器放电，直到带电量为零，然后断开； ④重复步骤②③，使得电荷不断被平分； ⑤将所得数据拟合得到如图乙所示的图像，图像中纵轴代表电压，则横轴代表______； A．电容器所带的具体电荷量 B．电容器所带电荷量与初始带电量的比值 ⑥得到结论：电容器所带电荷量与电压成正比，从而定义电容，定义该物理量的方法为______。 【变式训练2·变考法】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） 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2026·河北·高考真题）(1)某同学用弹簧测力计探究作用力和反作用力的关系。将甲、乙两测力计水平连接在一起，测力左侧固定，用手向右缓慢拉测力计乙。拉至某位置时两测力计示数如图所示。 测力计乙的读数是__________N。 ②实验中发现两测力计示数总是明显不同、原因可能是__________。（单选） A．两测力计的量程不同 B．两测力计弹簧的材质不同 C． 使用测力计前未正确调零 (2)图为探究电容器充、放电实验的电路图，实验选用内阻为几千欧姆的电压表和内阻很小且零刻度的电流表， ①实验时将开关S接1端，可观察到电流表指针__________（填字母，“A．迅速偏转到某位置后稳定不动”或“B．迅速偏转到某位置后往回偏转”），同时电压表指针偏转到某位置后稳定不动。 现将S与1端断开，但尚未与2端连接，此时发现电压表的指针逐渐向零刻度偏转。经检查器材完好，线路连接正确，出现此现象的原因可能是____________________。 2．（2026·河南·高考真题）某实验小组探究电容器充放电特性并测量新能源电池的电动势，图1为设计的电路原理图。实验器材有：电池（电动势，内阻不计），定值电阻、（阻值均未知），电容器，电流传感器（内阻可忽略），电压传感器（内阻很大），数据采集分析系统，开关S，导线若干等。完成下列问题： (1)根据图1所示原理图，完成图2中实物图的连线。 (2)使电流传感器和电压传感器正常工作，闭合S，给电容器充电，直至电压传感器示数稳定。然后断开S，电容器放电。图中A、B、C、D为电流传感器和电压传感器采集的电流-时间（）和电压-时间（）图像，属于充电过程的是__________（填写图像对应的标号）。 A． B． C． D． (3)经数据采集分析系统合成，得到电容器在充放电过程中的图像，如图3所示。设放电过程PQ段的斜率为，由图作直线可得__________（保留3位有效数字），其对应于__________的阻值（填“”或“”）。 (4)对充电过程MN段，设流经、的电流分别为和，则。电容器两端电压可表示为，其中斜率__________（用、表示），截距__________（用、、 表示）。由图3作直线求出和，得________V（保留3位有效数字）。 5 / 32 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验10 观察电容器的充放电现象 内容导航 对标素养，研判高考命题趋势 201 命题透视·考情前瞻 搭建知识框架，构建系统思维 302 思维建模·脉络梳理 拆解核心考点，归纳解题范式 403 考点精讲·靶向突破脉络梳理 考点一 教材原型实验 4 核心知识·解构 4 一、实验原理 4 二、实验操作 4 易错辨析·AI命题 5 热点考向·破译 5 考向1 实验原理与操作 5 考向2 数据处理与误差分析 8 考点二 创新实验方案 10 热点考向·破译 10 考向1 实验装置的改进和创新 10 考向2 实验思路的改进和创新 12 溯源真题逻辑，感知高考考向 1504 真题溯源·考向感知 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 观察电容器的 充、放电现象 2026•河北 2026·河南 —— 2024•海南 2024·重庆 考情分析 题型与考向：近年来，各地高考对“观察电容器的充放电现象”这一经典实验的考查频度持续走高，其考查重点主要集中在原型实验的基本原理上。试题通常会要求考生深入理解电容器在充放电过程中电荷量、电压与电流的动态变化关系，并能够结合电路图分析能量转化过程。这反映出命题者旨在检验学生对基础物理概念与核心实验思想的掌握程度，强调对实验本质原理的透彻理解，而非仅仅记忆实验步骤或现象。 情境与立意：此实验多利用电压表、电流表和电容器这三种基础实验器材来直观地观察电容器的充放电现象。当然有时候也会在电路中加入电感线圈，组成L-C振荡电路考查相关问题。 复习目标 1.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。 2.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。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 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 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 教材原型实验 核心知识·解构 一、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。 二、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=。 易错辨析·AI命题 1.电容器充电时，电容器两端电压随时间线性均匀增大。（×） 2.I-t 图像与时间轴围成的面积，表示电容器充入的总电荷量。（√） 3.只增大回路电阻 R，电路充放电速度会变快。（×） 4.放电过程中，电容器极板上的电荷逐渐减少，回路电流持续减小。（√） 5.数字化传感器采集 U-t、I-t 曲线的实验，不能用于定量计算电容大小。（×） 热点考向·破译 考向1 实验原理与操作 例1 某同学利用图示电路做“观察电容器的充、放电现象”实验，其中电源电动势E=3.0V、内阻不计，电容器的电容C=1mF，定值电阻R=30kΩ，微安表G（量程-150μA~0~150μA，零刻度在表盘中央），内阻不计，单刀双掷开关S。 (1)将开关S拨向1，微安表G的指针迅速向右偏转到某一刻度，然后逐渐向左偏转到零刻度，此过程电容器在________（选填“充电”或“放电”），稳定后电容器所带电荷量为________mC。 (2)S接1，电路稳定后，将开关S拨向2，S拨向2后瞬间回路中的电流为________μA。 (3)若将定值电阻R换为阻值更大的定值电阻，充电过程中指针回到零刻度所需的时间________（选填“变长”“不变”或“变短”）。 【答案】(1) 充电 3 (2)100 (3)变长 【详解】（1）开关S接1时，微安表向右偏转且最终指针指向零刻度，此过程电容器在充电，充电完成时，电容器两极板间的电压等于电源电动势，结合题述可得，稳定后电容器所带电荷量Q=CE=3mC （2）开关S拨向2后的瞬间，电路中的电流 （3）定值电阻阻值增大时，在电容器两极板间电压相同的情况下，充电电流变小，电容器充电完成后所带的电荷量不变，则充电时间会变长，即指针回到零刻度所需的时间变长。 【变式训练1】电容器储存电荷的特性可用电容来表征。某一固定电容器外观如图甲所示，在观察电容器的充、放电实验中，实验电路图如图乙所示。 (1)（多选，填标号）关于图甲中的电容器，下列说法正确的是_______。 A．35V表示额定电压 B．35V表示击穿电压 C．2200μF表示电荷量 D．2200μF表示电容 (2)（多选，填标号）图乙中电容器在整个充放电过程中的电流i随时间t变化的图像和两极板间电压u随时间t变化的图像，可能正确的是_______。 A． B． C． D． (3)用电流传感器替换电流表，测出电路中的电流随时间变化的图像如图丙所示，电源电压为35V，则电容器的电容约为_______F。 (4)如果不改变电路其他参数，只增大电阻箱接入电路的阻值，则此过程的I—t曲线与两坐标轴所围成的面积将_______（填“减小”“不变”或“增大”）。 【答案】(1)AD (2)BD (3) (4)不变 【详解】（1）根据电容器的外观可知，35V表示电容器的额定电压（即正常工作时能承受的最大安全电压），不是击穿电压；表示电容器的电容，不是电荷量。故选AD。 （2）AB．电容器充电时其电流应从最大逐渐减小直至为零，方向为正；放电时其电流方向相反，大小也是从最大逐渐减小直至为零，符合选项B的图像。故A错误，B正确； CD．在开始充电的瞬间，电容器极板两端的电压为零，电荷量变化率刚开始比较大，随着电容器极板上电荷数量的增加，电荷量变化率逐渐减小，则根据可知，电容器充电时极板间电压逐渐增大，且变化率逐渐减小；同理电容器放电时，两极板间的电压逐渐减小，且变化率减小。符合选项D的图像。故C错误，D正确。故选BD。 （3）电容器充电过程中，图像与坐标轴围成的面积等于电容器最终的带电量。由图丙可知，图像每小格的横坐标为，纵坐标为，则每小格代表的电量为 图像下的格子数约为29个，所以电容器最终的带电量为 由于充电完成后电容器两端电压等于电源电压，所以电容器的电容为 （4）图像与坐标轴围成的面积代表电容器的总带电量。由电容器电容的定义式可知，电容器的最终带电量为由于电源电压和电容都不变，所以不变。即只增大电阻箱接入电路的阻值，此过程的曲线与两坐标轴所围成的面积不变。 考向2 数据处理与误差分析 例2某实验小组利用电流传感器观察电容器充放电过程中的电流变化。实验电路如图（a）所示，其中电源电动势、内阻不计，定值电阻，定值电阻，电流传感器内阻忽略不计。 (1)将单刀双掷开关先接1充电，当电容器充满电后，再将单刀双掷开关接到2放电，放电过程中经过的电流方向为________（填“”或“”）； (2)电流传感器记录整个过程中电流随时间变化的图像如图（b）所示，根据元件参数，可计算出图像中的大小为________mA、的大小为________mA； (3)已知图（b）中内图线与坐标轴围成的面积大小为，则该实验使用的电容器电容大小________F。若考虑电流传感器的内阻，则电容的测量值________真实值（选填“大于”“小于”或“等于”）。 【答案】(1) (2) 1.0 0.5 (3) 等于 【详解】（1）开关接1充电时，电源正极接电容器上极板，故上极板带正电。开关接2放电时，电容器相当于电源，上极板为正极，电流从上极板流出，经开关流向点，再经过流向点，最后经地线流回电容器下极板。故经过的电流方向为。 （2）[1]充电瞬间（），电容器相当于短路，电路中电流最大，由闭合电路欧姆定律得 [2]放电瞬间（），电容器电压等于电源电动势，回路总电阻为，电流大小 （3）[1]图线与坐标轴围成的面积表示电荷量，即电容器充满电后电压为，由电容定义式得 [2]若考虑电流传感器内阻，充电结束时电路中电流为零，传感器内阻上无电压降，电容器两端电压仍等于电源电动势，故电容测量值等于真实值。 【变式训练2】某学习小组同学利用DIS系统研究某电容器的充电和放电过程，实验电路原理如图甲所示，电源为输出电压恒为6V的学生直流稳压电源，实验前电容器已充分放电。 (1)先将单刀双掷开关S置于1，给电容器进行充分的充电。然后将单刀双掷开关S置于2，通过电阻R的电流方向________（填“从a到b”或“从b到a”）。 (2)将单刀双掷开关S置于2时，电流传感器将电流信息传入计算机，屏幕上便显示出如图乙所示的图像。可以算出电容器放出的电荷量为，则电容器的电容为________F。若已知电阻R为14000Ω，则在时，电容器放出的电荷量和剩余的电荷量之比为________。 (3)若将R换成另一个电阻，其余条件不变，进行实验，发现电容器的放电时间变短了，则R________（填“大于”、“等于”或“小于”）。 【答案】(1)从a到b (2) (3)大于 【详解】（1）将单刀双掷开关S置于1，给电容器进行充分的充电，上极板与电源正极相连，所以上极板带正电，将单刀双掷开关S置于2，正电荷从上极板经过电阻R到下极板，所以电流方向为从a到b。 （2）由电容定义式代入数据可得。 由图知80ms时的电流300微安，得此时电容电压为 代入值为4.2V，由知，电容器放出的电荷量和剩余的电荷量之比为。 （3）由于图像中，图线与时间轴所围几何图形的面积表示电容器极板所带电荷量，电流的最大值增大，面积不变，时间变短。则要求电阻变小，因为根据可知放电电流的最大值才能增大。 考点二 创新实验方案 热点考向·破译 考向1 实验装置的改进和创新 例1利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象。开关未闭合时，电源两端的电压。实验操作时，单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，经过一段足够长的时间后，把开关再改接2。实验中使用了电流传感器和电压传感器来采集电流、电压随时间的变化情况。 (1)下列图的四幅图中可能正确反映将S接2后电容器两端电压随时间t变化的图像是________。 A． B． C． D． (2)某同学实验中记录了电容器放电的电流I随时间t变化的图像如图乙所示，如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的曲线与坐标轴所围成的总面积将_____（选填“增大”“减小”或“不变”）。若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量，则该电容器的电容为______μF。开始放电后经 电流为最大电流的四分之一，则时间内流过电阻R的电荷量为______C。 【答案】(1)C (2) 不变 400/400.0 /或/0.0024 【详解】（1）据对电阻R，由欧姆定律 电容器两端电压-t图像与放电时的I-t图像相似，故选C。 （2）[1] [2] 因曲线与坐标轴所围成的总面积表示放电时的电荷量，在不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，由 则此过程的总面积将不变，又 [3] 经 电流为最大电流的四分之一，由欧姆定律则 则时间内流过电阻R的电荷量为 【变式训练1】某同学利用自制传感器探究电容器的充放电现象。简化电路图如图（a）所示。 （1）按照图（a）完成电路连接。实验所用电源输出的电压恒定不变。打开手机端的物理工坊应用程序，使手机通过蓝牙与电压、电流传感器建立连接，该应用程序可实时展示电压、电流随时间的变化曲线。本实验中电压传感器和电流传感器均视为理想电表，且电容器在充电前不带电。 （2）进行实验操作，给电容充电、放电，得到图（b）、图（c）中的实线图像。图（c）中实线图像时刻为________过程（填“充电”或“放电”）。图（b）为图像，其中与轴围成的面积分别为、，则________（填“>”“=”或“<”）。为了探究不同电阻情况下电容器电压随时间的变化规律，该同学更换电阻后再次进行实验，得到的图像为图（c）中的虚线，则第二次实验更换了一个阻值________的电阻（填“更大”或“更小”）。 （3）图（b）是未更换电阻时电容充放电得到的图像，不考虑电容器的容抗，则未更换前电阻________。 【答案】 放电 = 更小 1100 【详解】（2）[1]由图（c）可知，在时间段内，电容器两端电压随时间从逐渐减小到，说明电容器正在释放电荷，故为放电过程。 [2]图（b）中图像与时间轴围成的面积表示流过的电荷量，表示充电过程充入的电荷量，表示放电过程放出的电荷量的绝对值，根据电荷守恒，充入的电荷量等于放出的电荷量，故。 [3]由可知，初始时刻，电流，虚线斜率大说明初始电流大，故电阻更小。 （3）[4]由图（c）可知，电容器充电完毕后的最大电压即电源电动势。由图（b）可知，充电开始瞬间的电流，在充电瞬间，根据解得。 考向2 实验思路的改进和创新 例2某实验小组利用图甲所示实验电路图研究电容器的充放电现象以及探究电容器所带电荷量与电压间的关系。 (1)实验小组先按照图甲所示将装置连接好，把开关置于1使得电源对电容器进行充电，则充电过程电容器的上极板带______（选填“正”或“负”）电，数字电压表读数变______（选填“大”或“小”），数字电流表读数变______（选填“大”或“小”）。 (2)充电完毕后，将电流表换成电流传感器，随后把开关置于2，由传感器可得放电过程电流随时间变化的情况如图乙所示，则电容器释放的电荷量约为___（保留两位有效数字）。 (3)为了进一步探究电容器所带电荷量与电压间的关系，实验小组再次按照图甲所示连接实验装置，电容器与电容器完全相同，实验操作步骤如下： ①将单刀双掷开关接1，电源对电容器进行充电，读出电压表数据； ②将单刀双掷开关接2，电容器中电荷有一半平分给电容器，再次读出电压表数据； ③断开开关，闭合开关，使得电容器放电，直到带电量为零，然后断开； ④重复步骤②③，使得电荷不断被平分； ⑤将所得数据拟合得到如图乙所示的图像，图像中纵轴代表电压，则横轴代表______； A．电容器所带的具体电荷量 B．电容器所带电荷量与初始带电量的比值 ⑥得到结论：电容器所带电荷量与电压成正比，从而定义电容，定义该物理量的方法为______。 【答案】(1) 正 大 小 (2) (3) B 比值定义法 【详解】（1）[1]开关接1时，电源正极连接电容器上极板，因此充电时上极板带正电； [2]充电过程中，电容器积累电荷，两端电压逐渐升高，最终接近电源电动势，因此电压表读数变大； [3]随着电容器极板电荷增加，充电电流逐渐减小，因此电流表读数变小。 （2）放电过程图线与坐标轴围成的面积就是电容器释放的总电荷量，数图中格子计算面积，每个小格代表的电荷量约为，总格子数约40个，总电荷量约为。 （3）实验中每次将电容器A的电荷平分给完全相同的电容器B，再将B放电，重复操作后，只能得到电容器A所带电荷量与初始电荷量的比值，无法得到具体的电荷量；且由 可知电压与比值成正比，符合给出的线性图像，因此选B。 【变式训练2·变考法】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 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2026·河北·高考真题）(1)某同学用弹簧测力计探究作用力和反作用力的关系。将甲、乙两测力计水平连接在一起，测力左侧固定，用手向右缓慢拉测力计乙。拉至某位置时两测力计示数如图所示。 测力计乙的读数是__________N。 ②实验中发现两测力计示数总是明显不同、原因可能是__________。（单选） A．两测力计的量程不同 B．两测力计弹簧的材质不同 C． 使用测力计前未正确调零 (2)图为探究电容器充、放电实验的电路图，实验选用内阻为几千欧姆的电压表和内阻很小且零刻度的电流表， ①实验时将开关S接1端，可观察到电流表指针__________（填字母，“A．迅速偏转到某位置后稳定不动”或“B．迅速偏转到某位置后往回偏转”），同时电压表指针偏转到某位置后稳定不动。 现将S与1端断开，但尚未与2端连接，此时发现电压表的指针逐渐向零刻度偏转。经检查器材完好，线路连接正确，出现此现象的原因可能是____________________。 【答案】(1) 2.0 C (2) B 开关断开时电容器相当于和电压表形成了闭合回路，电压表内阻为几千欧姆，比较大，因此放电电流比较小，电容器放电的过程中其两端电压逐渐减小，直至最终放电结束，电容器带电荷量变为0，电压表示数减为0 【详解】（1）①由图可知弹簧测力计的分度值为0.2N，需要读到同分位，因此读数为2.0N。 ②探究作用力和反作用力的关系实验中，根据牛顿第三定律可知作用力和反作用力总是大小相等,，量程和弹簧测力计弹簧的材质都不影响其示数的准确性，两个测力计示数总是明显不同原因可能是测力计未正确调零。 故选C。 （2）①电容器充电过程中，开关闭合时充电电流瞬间达到较大的值，然后又逐渐减小，充电完成时，电流为0,因此观察到的现象是电流表指针迅速偏转到某位置后往回偏转。 故选B。 ②观察题图可以发现，开关断开时电容器相当于和电压表形成了闭合回路，电压表内阻为几千欧姆，比较大，因此放电电流比较小，电容器放电的过程中其两端电压逐渐减小，直至最终放电结束，电容器带电荷量变为0，电压表示数减为0。 2．（2026·河南·高考真题）某实验小组探究电容器充放电特性并测量新能源电池的电动势，图1为设计的电路原理图。实验器材有：电池（电动势，内阻不计），定值电阻、（阻值均未知），电容器，电流传感器（内阻可忽略），电压传感器（内阻很大），数据采集分析系统，开关S，导线若干等。完成下列问题： (1)根据图1所示原理图，完成图2中实物图的连线。 (2)使电流传感器和电压传感器正常工作，闭合S，给电容器充电，直至电压传感器示数稳定。然后断开S，电容器放电。图中A、B、C、D为电流传感器和电压传感器采集的电流-时间（）和电压-时间（）图像，属于充电过程的是__________（填写图像对应的标号）。 A． B． C． D． (3)经数据采集分析系统合成，得到电容器在充放电过程中的图像，如图3所示。设放电过程PQ段的斜率为，由图作直线可得__________（保留3位有效数字），其对应于__________的阻值（填“”或“”）。 (4)对充电过程MN段，设流经、的电流分别为和，则。电容器两端电压可表示为，其中斜率__________（用、表示），截距__________（用、、 表示）。由图3作直线求出和，得________V（保留3位有效数字）。 【答案】(1)见解析 (2)AD (3) 10.0 (4) 3.55 【详解】（1）根据电路图可知实物连接图如图所示 （2）AB．充电电流初始最大，逐渐衰减到0（方向为正），故A正确，B错误； CD．电容器电压从0逐渐升高，最终稳定在最终稳定在两端的分压值，故C错误，D正确。 故选AD。 （3）[1][2]根据题图可得斜率的绝对值 放电时，电容器仅通过放电，即其对应于的阻值。 （4）[1][2]充电时，有 又，联立可得 与对比可知， [3]根据题图可得， 解得。 5 / 32 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验10 观察电容器的充放电现象 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 教材原型实验 热点考向·破译 考向1 实验原理与操作 例1 【答案】(1) 充电 3 (2)100 (3)变长 【变式训练1】【答案】(1)AD (2)BD (3) (4)不变 考向2 数据处理与误差分析 例2【答案】(1) (2) 1.0 0.5 (3) 等于 【变式训练2】【答案】(1)从a到b (2) (3)大于 考点二 创新实验方案 热点考向·破译 考向1 实验装置的改进和创新 例1【答案】(1)C (2) 不变 400/400.0 /或/0.0024 【变式训练1】【答案】 放电 = 更小 1100 考向2 实验思路的改进和创新 例2【答案】(1) 正 大 小 (2) (3) B 比值定义法 【变式训练2·变考法】【答案】(1)BD (2) 0.0092 不变 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．【答案】(1) 2.0 C (2) B 开关断开时电容器相当于和电压表形成了闭合回路，电压表内阻为几千欧姆，比较大，因此放电电流比较小，电容器放电的过程中其两端电压逐渐减小，直至最终放电结束，电容器带电荷量变为0，电压表示数减为0 2．【答案】(1)见解析 (2)AD (3) 10.0 (4) 3.55 5 / 32 学科网（北京）股份有限公司 $