第8章 实验1 观察电容器的充、放电现象 演练知能提升(教用Word)-【精微方案】2027年高考一轮总复习讲义·物理

**基本信息** 聚焦电容器核心概念与实验应用，以“概念公式→过程分析→图像表征→定量计算”构建系统性方法体系，强化科学思维与实验探究能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |电容概念理解|题2(1)、4(1)|用决定式C=εS/(4πkd)分析电容变化|从电容定义式C=Q/U到决定式，建立概念内在联系| |充放电过程分析|题1(1)、2(2)|通过电流方向判断充放电状态，用欧姆定律分析瞬时电流|结合电路结构理解电荷转移规律，体现运动与相互作用观念| |图像问题解决|题1(2)、3(2)、4(2)(3)|I-t图像面积求电荷量，U-t图像斜率分析电流变化|以图像为载体，培养科学推理与模型建构能力| |实验与定量计算|题1(3)、2(3)、5(2)|结合串并联电路计算电荷量分配，用C=Q/U求电容|实验数据处理与理论推导结合，提升科学探究素养|

1．(2026·新疆乌鲁木齐市质监)在“观察电容器的充、放电现象”的实验中，所用的器材有：直流电源E(电动势10 V，内阻不计)、电容器C(电容为2 μF)、定值电阻R(阻值为1 000 Ω)、电压表V(内阻为4 000 Ω)、电流表A(内阻很小)、单刀双掷开关S、导线若干。实验电路如图所示。 (1)实验时，将开关S接通1后，电容器的____________(选填“上”或“下”)极板带正电。电表示数稳定后，再将开关S接通2直至电表示数再次稳定。整个过程中，电流方向发生变化的电表是____________(选填“电流表”“电压表”或“电流表和电压表”)。 (2)将开关S接通2后，设在此过程中通过电流表的电流大小为i，电容器所带的电荷量为Q，电容器两极板电势差为U，电容器的电容为C，时间为t。下列图像中正确的是____________(选填选项对应的字母)。 (3)在电容器放电的整个过程中，电流表A的示数的最大值为____________mA，通过电阻R的电荷量为____________C。 解析：(1)由题图可知把开关S接1，此时给电容器充电，电容器的上极板带上正电荷，电流从电源正极到电源负极，开关S接通2，电容器放电时，电流从正极板到负极板，则整个过程中，电流方向发生变化的电表是电流表。 (2)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，则放电电流减小，根据i＝，可知Q－t图像的切线斜率绝对值逐渐减小，故A、C正确；电容器的电容与所带电荷量和电容器极板间电压没有关系，则电容器电容保持不变，U＝，则U－Q图像为一条过原点的直线，故B、D错误。 (3)电容器充电完毕后电势差为10 V，根据欧姆定律有I＝＝10 mA；根据电容定义式可知总电量Q＝CU＝2×10－5 C，电阻R与电压表并联，根据电流与电阻成反比的关系可知QR＝Q＝1.6×10－5C。 答案：(1)上　电流表　(2)AC　(3)10　1.6×10－5 2．(2026·陕西榆林市模拟)如图所示的是研究电容器的实验装置。 (1)如图1所示，保持平行板电容器所带的电荷量不变，固定B板不动。保持A板与B板的正对面积不变，将A板向左移动，静电计指针张角________(选填“变大”“变小”或“不变”)。 (2)利用如图2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U＝8 V。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。开关S由1改接2后，电容器进行的是________(选填“充电”或“放电”)过程。下列四幅图中可能正确反映将S接2后电容器两端电压uAB随时间t变化的图像是________(选填图像下面的序号)。 (3)某同学利用图2所示装置进行实验，记录了电容器放电过程的电流I随时间t变化的图像如图3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I－t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Q＝3.2×10－3C，则该电容器的电容为________μF。 解析：(1)保持B板不动，A板向左移动，根据C＝可知，d增大，电容C变小，根据U＝知，电荷量Q不变，则电势差U增大，静电计指针张角变大。 (2)开关S接1时，电源在给电容器充电，开关S改接2后，电源断开，电容器处于放电过程。电容器通过电阻R放电过程中，电容器相当于电源(且uAB>0)，随着放电时间的加长，电容器上的电荷量变少，其两端电压变小，根据放电特点可知，C正确。 (3)I－t曲线与坐标轴所围成的总面积表示初始时刻电容器所带电荷量的多少，也表示在该段时间内，电容器所放出电荷量的总和；只减小电阻的阻值，对电容器所带的最大电荷量没有影响，所以初始时刻电容器所带电荷量不变，即I－t曲线与坐标轴所围成的总面积将不变。由题意及C＝可得C＝＝400 μF。 答案：(1)变大　(2)放电　C　(3)不变　400 3．(2026·北京西城区期末)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Q1＝____________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Q2，他发现Q1与Q2有明显差异。多次重复实验发现这种差异总是存在，请判断Q1________(选填“>”或“<”)Q2，产生这一差异是由于____________(选填“电流表”“电压表”或“电阻”)的影响。 解析：(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。 (2)I－t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Q1＝1×0.04×10－3×65 C＝2.6×10－3 C。 (3)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Q1<Q2，产生这一差异是由于电压表的影响。 答案：(1)D　(2)2.6×10－3　(3)<　电压表 4．(2026·河南南阳市期末)小蜀同学在学习了电容器之后，萌生了自制一个电容器的想法。如图甲所示，他取来两张锡箔纸作为电容器的两个电极，三张电容纸(绝缘介质)，按照一层电容纸、一层锡箔纸的顺序交替叠放，然后将五层纸一起卷成圆柱形，两根引线a、b分别接在两张锡箔纸上，最后将整个圆柱形密封在塑料瓶中(两根引线露出)，电容器即制作完成。 　 (1)以下哪种操作可以增加该电容器的电容____________(填正确答案标号)。 A.增大电容器的充电电压 B.用同种但是更厚的电容纸替代 C.增大锡箔纸的正对面积 D.在卷成圆柱形的时候，用力尽可能使电容纸贴紧 (2)小蜀同学打算进一步研究自制电容器的充、放电情况，在与物理老师交流后采用了如图乙所示的电路进行观察。将S置于a端，电压随时间变化图像(计算机显示)如图丙所示，则充电过程的充电电流____________(选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”)，如果充满电后电容器所带电荷量为3×10－7 C，则电容大小C＝__________μF。 (3)小蜀同学为了进一步分析该电容器的瞬时电流值，过图丙上的P点作切线(虚线)，P点对应时刻的瞬时电流大小为____________mA。 解析：(1)由电容的决定式有C＝，由此可知，电容器的电容与充电电压无关，为增加该电容器的电容，可以增大两锡箔纸正对面积，或者减小两锡箔纸之间的距离。 (2)由题图丙可知，电容器充满电时其电压为6 V，则电容器的电容C＝＝0.05 μF，由于C＝，而题中图像的斜率k＝，又因为I＝，整理有k＝I，由于电容器的电容与充电电压无关，所以该图像的斜率的变化可以表示充电电流的变化，图像的斜率逐渐减小，所以充电过程中的充电电流也逐渐减小。 (3)结合之前的分析以及图像可知，k＝ V/s＝I，解得I＝0.75 mA。 答案：(1)CD　(2)逐渐减小　0.05　(3)0.75 5．(2025·广东广州市模拟)用图(a)的电路研究电容器的充、放电，电源电动势为12 V(内阻忽略不计)；R1、R2、R3为定值电阻，其中R2＝160 Ω；电流传感器(内阻忽略不计)将电流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的I－t图像。 (1)①闭合开关K2，开关K1与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的I－t图像如图(b)中的图线Ⅰ，图线Ⅰ与时间轴围成的“面积”为S1，其物理意义是______________________________； ②断开开关K2，开关K1与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的I－t图像如图(b)中的图线Ⅱ，图线Ⅱ与时间轴围成的“面积”为S2，理论上应该有S1______(选填“>”“<”或“＝”)S2。 (2)测得S1为2.64 mA·s，由此可知电容器的电容C＝__________μF，定值电阻R3＝________Ω；开关K2闭合时，电容器放电过程中通过R3的电荷量为__________C。 解析：(1)①根据q＝It，可知I－t图像与对应时间轴所围成的面积表示的物理意义是电荷量，即电容器放电过程，通过电流传感器的电荷量。 ②S1和S2均表示电容器放电的电荷量，所以S1＝S2。 (2)根据C＝，可得C＝＝220 μF。根据Im＝可知，两次放电过程的最大电流与电路电阻成反比，即×100 mA＝R2×75 mA，解得R3＝480 Ω。开关K2闭合时，电容器放电过程中通过R3的电荷量QR3＝×S1＝0.66 mA·s＝6.6×10－4 C。 答案：(1)①见解析　②＝　(2)220　480　6.6×10－4 学科网（北京）股份有限公司 $