第33讲 实验十 观察电容器的充、放电现象 电容器的动态分析（复习讲义）（广东专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

该高中物理讲义聚焦电容器充放电实验与动态分析两大高考核心考点，按实验原理-数据处理-注意事项、动态分析（U不变/Q不变）的逻辑层次构建知识框架，通过命题透视研判考情、思维建模搭建系统、考点精讲拆解核心、真题溯源强化应用，助力学生突破难点。 资料以科学探究和科学思维为导向，实验环节通过I-t图像面积计算电荷量培养数据处理能力，动态分析归纳“定变量-用公式-推变化”的解题模型，配合分层变式训练与真题演练，高效提升学生物理观念与应考能力，为教师把控复习节奏提供精准指导。

第33讲 实验十　观察电容器的充、放电现象　电容器的动态分析 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 实验：观察电容器的充、放电现象 知识点1 实验：观察电容器的充、放电现象 考向1 实验：观察电容器的充、放电现象 考点二 平行板电容器的动态分析 知识点1 平行板电容器的动态分析 考向1两极板间电势差U保持不变 考向2 两极板所带电荷量不变重 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 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 实验：观察电容器的充、放电现象 —— —— 平行板电容器的动态分析 —— —— 考情分析 题型与考向： 从近年广东高考物理命题趋势来看,未来会持续以物理学科核心素养为导向,静电场部分可能着重考查学生对电场能的性质、电场力做功等物理观念的理解,以及运用建模、推理等科学思维解决问题的能力。例如可能会创设带电粒子在电场中运动的情境,要求学生建立物理模型进行分析。 2.结合生活与科技前沿 静电场试题可能会以生活中的静电现象、科技领域的静电应用为背景,如静电除尘、静电感应在电子设备中的应用等,引导学生关注科技发展。 3.加强综合能力考查 静电场与力学、电磁学等知识联系紧密,未来试题可能会更多地将静电场与其他知识综合起来考查,如带电粒子在电场和磁场组合场中的运动,将考查学生的综合分析和应用能力。 4.深化基础性与创新性 在深化静电场基础知识的同时,增强试题的应用性和创新性。试题可能会创设新颖的情境,要求学生运用所学知识进行分析和解答,考查学生的创新思维和解决实际问题的能力。 情境与立意： 当静电场与力学、电磁学等知识综合考查时,问题的复杂性增加。例如带电粒子在电场和磁场组合场中的运动,需要学生综合运用牛顿第二定律、动能定理等知识进行分析,对学生的综合分析能力和逻辑推理能力要求较高。 复习目标 1.了解电容器的充、放电过程，会定量计算电容器充、放电的电荷量。 2.掌握电容的定义式和平行板电容器的决定式，会分析电容器动态变化问题。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 实验：观察电容器的充、放电现象 知识点1 实验：观察电容器的充、放电现象 知●识●解●构 原理及 装置图 当开关S接1时，电容器接通电源，在静电力作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正负极板带等量正、负电荷，电荷移动过程中形成电流。当开关S接2时，电容器对电阻R放电，正、负电荷中和，形成放电电流 实验步骤 (1)按图接好电路 (2)把单刀双掷开关S打在上面，使触点1和开关连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中 (3)将单刀双掷开关S打在下面，使触点2和开关连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中 (4)记录好实验结果，关闭电源 数据处理 (1)在I-t图像中，图线与时间轴围成的面积表示电荷量的变化，故整个图线与横轴所围的面积就是整个充电或放电时间内通过灵敏电流表的电荷量，也等于电容器的充电电荷量或放电电荷量 (2)估算电容器的充电电荷量或放电电荷量的方法：先算出一个小方格代表的电荷量，然后数出整个图线与横轴所围的面积中的方格数(大于半格的按一个方格计算，小于半格的舍弃)。电容器的充电电荷量或放电电荷量等于一个小方格代表的电荷量乘以方格数 注意事项 (1)电流表要选用小量程的灵敏电流表 (2)要选择大容量的电容器 (3)实验过程要在干燥的环境中进行 (4)在做放电实验时在电路中串联一个电阻，避免烧坏电流表 考●向●破●译 考向1 实验：观察电容器的充、放电现象 例1 (2025·广东省摸底考)许多中学实验室逐渐普及了传感器使用，某中学有个学习小组的同学用电流传感器做“观察电容器的充、放电现象”，设计了如图甲所示电路。 (1)K断开，使开关S与2相连，电源对电容器充电，这个过程可在极短时间内完成，充满电的电容器左极板带　　　　(填“正”或“负”)电。  (2)然后把开关S掷向1端，电容器通过电阻R1放电。传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电容器充放电过程电流随时间变化的I-t图像，如图乙所示，充放电过程I-t曲线与横轴所围成的面积表示的物理量是　　　　　　。  (3)根据I-t图像可估算电容器在全部放电过程释放的电荷量为　　　　　　 C(结果保留两位有效数字)。  (4)已知直流电源的电动势为10 V，内阻忽略不计，则电容器的电容为　　　　　　 F(结果保留两位有效数字)。  (5)如果不改变电路其他参数，闭合开关K，重复上述实验，则放电时I-t曲线与横轴所围成的面积将　　　　　　(填“变大”“不变”或“变小”)；放电时间将　　　　　　(填“变长”“不变”或“变短”)。  答案　(1)负　(2)电容器存储的电荷量　(3)9.5×10-4　(4)9.5×1(5)不变　变短 解析　(1)电容器左极板与电源负极相连，充满电的电容器左极板带负电。 (2)充放电时I-t曲线与横轴所围成的面积表示的物理量是电容器存储的电荷量。 (3)I-t图像与横轴所围的面积表示电容器存储的电荷量，一小格的面积为ΔQ=0.1×10-3×0.5 C=5×10-5 C，总共约19格，故电容器在全部放电过程中释放的电荷量为Q=19×ΔQ=9.5×10-4 C。 (4)已知直流电源的电动势为10 V，内阻忽略不计，则电容器的电容为C==9.5×10-5 F。 (5)由于电容器存储的电荷量不变，如果不改变电路其他参数，闭合开关K，重复上述实验，则放电时I-t曲线与横轴所围成的面积将不变，闭合开关K，电容器串联的电阻值减小，放电电流变大，放电时间将变短。 电容器充、放电现象中的几点注意事项 1.电容器充电时电流流向正极板，电容器放电时电流从正极板流出，且充、放电电流均逐渐减小至零。 2.电容器充、放电过程，电容器的电容不变，极板上所带电荷量和电压按正比关系变化。 3.电容器充、放电过程，I-t图中曲线与t轴围成的面积表示电容器储存的电荷量。 4.在i-t图像中，根据Im=可知，图像的峰值由电容器充电结束或放电开始时其两极板间的电势差和电路总电阻决定。 【变式训练1·变载体】 (2025·广东汕尾模拟)某同学为观察电容器的充放电现象,设计了如图甲所示的实验电路图。 (1)根据图甲,在图乙中完成实物图连线。 (2)该同学正确连接电路后,将单刀双掷开关拨到位置“1”,发现微安表指针向右偏转后回到零刻度线,待指针稳定后把开关迅速拨到位置“2”,观察到微安表的指针　　　　。(填字母)  A.向右偏转,然后保持不变 B.向右偏转,然后回到零刻度线 C.向左偏转,然后回到零刻度线 (3)该同学在电容器充电完成后断开开关,经过一段较长的时间后发现电压表的示数最终为零,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案 (1)图见解析　(2)C　(3)电容器通过电压表放电了 解析 (1)根据电路图连接实物图,如图所示。 (2)开关S接1,电容器充电,电容器上极板带正电,通过微安表的电流方向从左往右,微安表指针向右偏转,稳定后,电容器充电完成,微安表示数减为零;开关S接2,电容器放电,电容器上极板带正电,通过微安表的电流方向从右往左,则微安表指针向左偏转后示数逐渐减小,故选C。 (3)用电压表接在电容器两端测量电压,发现读数缓慢减小,说明电压表的内阻不是无穷大,电容器通过电压表在缓慢放电,放电结束后电压表示数为零。 【变式训练2】(2025·广东广州模拟)如图甲所示为“观察电容器的充、放电现象”实验。 实验器材:电源E(电动势9.5 V,内阻可忽略)、电容器C(标称电容值为470 μF,击穿电压为 10 V)、电阻箱R、微安表G、单刀双掷开关S和导线若干。完成下列实验的相关内容: (1)按照图甲的电路图,把图乙中的器材连接成完整的实验电路。 (2)实验步骤: 步骤①:将开关S打到1位置,给电容器C充电,观察微安表G的示数变化直到读数稳定; 步骤②:先打开手机视频录制软件,再将开关S打到2位置,观察并用视频记录电容器C的放电过程中微安表G的示数变化情况; 步骤③:断开开关S,查阅视频,记录0~160 s内微安表G的读数随时间变化的数据; 步骤④:在坐标纸上以时间t为横轴,微安表G的读数I为纵轴,描点作出I-t图像,如图丙所示。 (3)分析图丙可知: ①电容器放电过程中电流的变化规律为放电电流逐渐　　　　,放电电流随时间的变化率逐渐　　　　。(均选填“增大”“减小”或“不变”)  ②图丙中,图像与横轴所包围的面积为84格,可求得该电容器的电容值为　　　　 μF(结果保留2位有效数字)。  (4)步骤①中,微安表G的读数稳定时,并不为0,始终保持在12 μA,出现这种现象的原因是电容器　　　　(选填“短路”或“漏电”)。  答案 (1)图见解析　(3)①减小　减小②4.4×102　(4)漏电 解析 (1)按照题图甲的电路图,实物图连接如图所示。 (3)①由题图丙可知,电容器放电过程中电流的变化规律为放电电流逐渐减小,放电电流随时间的变化率逐渐减小。 ②充电后电容器两极板间电势差为U=9.5 V,由电容定义式可知C== F≈442 μF≈ 4.4×102 μF。 (4)步骤①中,微安表G的读数稳定时,并不为0,始终保持在12 μA,出现这种现象的原因是电容器漏电。 考点二 平行板电容器的动态分析 知识点1 平行板电容器的动态分析 知●识●解●构 1.电容器 (1)组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。 (2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值。 (3)电容器的充、放电： ①充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能。 ②放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能。 2.电容 定义 电容器所带的电量Q与电容器两极板间的电压U之比 定义式 C= 决定式 C= 单位 法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1 F=106 μF=1012 pF 意义 表示电容器容纳电荷本领的高低 决定 因素 由两极板的正对面积、相对介电常数、两极板的距离决定，与电容器是否带电及两极板间是否存在电压无关 3.电容器两类典型动态问题 (1)电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差U保持不变。 (2)电容器充电后与电源断开，电容器两极板所带的电荷量Q保持不变。 两类典型动态分析思路比较 考●向●破●译 考向一 两极板间电势差U保持不变【重】 例1 (2024·黑吉辽卷)某种不导电溶液的相对介电常数εr与浓度cm的关系曲线如图(a)所示。将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中，并与恒压电源、电流表等构成如图(b)所示的电路。闭合开关S后，若降低溶液浓度，则(　　) A.电容器的电容减小 B.电容器所带的电荷量增大 C.电容器两极板之间的电势差增大 D.溶液浓度降低过程中电流方向为M→N 答案　B 解析　由题图(a)知，溶液浓度降低，相对介电常数εr增大，根据C=可知，电容C增大，A错误;由于电容器与恒压电源相连，故电容器两极板间的电势差等于电源电压，保持不变，C错误;根据C=可知，电容C增大，电容器所带电荷量增大，电容器充电，故电流方向为N→M，B正确，D错误。 【变式训练1·变载体】 (多选)如图所示，D是一只理想二极管，电流只能从a流向b，而不能从b流向a。平行板电容器的A、B两极板间有一电荷，在P点处于静止状态。以E表示两极板间的电场强度，U表示两极板间的电压，Ep表示电荷在P点的电势能。若保持极板B不动，将极板A稍向下平移，则下列说法中正确的是(　　) A.E变小 B.U变大 C.Ep不变 D.电荷仍保持静止 答案　BD 解析　若保持极板B不动，将极板A稍向下平移，板间距离d变大，根据C=知，电容C变小，由于通过二极管电流不能从b流向a，则电容器所带电荷量Q保持不变，根据C=和E====可知，极板间的电压U增大，极板间的电场强度E保持不变，则电荷受力保持不变，电荷仍保持静止，故A错误，B、D正确;根据UPA=EdPA=φP-φA，由于极板A稍向下平移，dPA变大，电场强度E保持不变，可知P点的电势φP增大，由于受到静电力方向与电场方向相反，根据Ep=qφP，电荷带负电，知电势能Ep减小，故C错误。 考向二 两极板所带电荷量不变【重】 例2(2024·广东深圳市三模)某同学设计了一个电容式风力传感器，如图所示。将电容器与静电计组成回路，可动极板在风力作用下向右移动，风力越大，移动距离越大(可动极板不会与固定极板接触)。若极板上电荷量保持不变，则下列说法正确的是(　　) A.风力越大，电容器电容越小 B.风力越大，静电计指针张角越小 C.风力越大，静电计指针张角越大 D.风力越大，极板间电场强度越大 答案　B 解析　平行板电容器有C=，风力越大，两极板间的距离越小，所以电容器的电容越大，故A错误；风力越大，电容器的电容越大，极板间电势差U=，由于电荷量不变，所以电容器两极板间电势差变小，即静电计指针张角越小，故B正确，C错误；由于C==，又因为E=，整理有E=，由上述分析可知，电荷量Q不变时电场强度与两极板间的距离无关，所以两极板间电场强度不变，故D错误。 【变式训练2】(2024·浙江6月选考)如图所示是“研究电容器两极板间距对电容大小的影响”实验，保持电荷量不变，当极板间距增大时，静电计指针张角增大，则(　　) A.极板间电势差减小 B.电容器的电容增大 C.极板间电场强度增大 D.电容器储存能量增大 答案　D 解析　分析题图可知静电计测量电容器两极板间的电势差，静电计指针张角增大，电容器两极板间的电势差增大，A错误;由于保持电荷量不变，而电势差增大，由C=可知电容器的电容减小，B错误;由电容的决定式C=和两极板间电场强度E==，联立可得E=，可知电容器两极板间电场强度与极板间距d无关，故仅改变极板间距，极板间电场强度不变，C错误;根据E=QU可知，Q不变，U增大时，电容器储存能量增大，D正确。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1.(2024·重庆卷)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，单刀双掷开关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　　　　　　(填“电流”或“电压”)仪器。  (2)接通电路并接通开关，当电压表示数最大时，电流表示数为　　　　　　。  (3)根据测得的数据，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　　　　(填“充电”或“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。0.2 s时R0消耗的功率　　　　　 W。  答案　(1)电压　(2)0　(3)放电　0.32 解析　(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，充电电流为零，电流表示数为零。 (3)题图乙中=k为定值，结合电路，将图像逆向分析，此为放电过程，k=R0， 故该过程为电容器放电过程。 由题图丙可知t=0.2 s时电容器两端电压为U=8 V， 由题图乙可知当U=8 V时，电流I=40 mA， 则电阻R0消耗的功率 P=UI=8×40×10-3 W=0.32 W。 2.(2024·甘肃高考)一平行板电容器充放电电路如图所示。开关S接1,电源E给电容器C充电;开关S接2,电容器C对电阻R放电。下列说法正确的是 (　 ) A.充电过程中,电容器两极板间电势差增加,充电电流增加 B.充电过程中,电容器的上极板带正电荷,流过电阻R的电流由M点流向N点 C.放电过程中,电容器两极板间电势差减小,放电电流减小 D.放电过程中,电容器的上极板带负电荷,流过电阻R的电流由N点流向M点 答案　C 解析　根据电容C=,充电过程中,随着电容器所带电荷量的增加,电容器两极板间电势差增加,充电电流减小,故A错误;根据题图可知,充电过程中,电容器的上极板带正电荷,流过电阻R的电流由N点流向M点,故B错误;放电过程中,随着电容器所带电荷量的减小,电容器两极板间电势差减小,放电电流减小,故C正确;根据题图可知,放电过程中,电容器的上极板带正电荷,流过电阻R的电流由M点流向N点,故D错误。 3.(2024·浙江1月选考)在“观察电容器的充、放电现象”实验中,把电阻箱R(0~9 999 Ω)、一节干电池、微安表(量程0~300 μA,零刻度在中间位置)、电容器C(2 200 μF,16 V)、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160 μA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　　　　 kΩ(计算结果保留两位有效数字)。  答案(1)C　(2)0.50　3.1 解析(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)由题意可知电压表应选用0~3 V量程,由题图2可知此时电压表分度值为0.1 V,需要估读到0.01 V,则示数为0.50 V。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,根据欧姆定律有RV=,可得RV≈3.1 kΩ。 4.(2023·新课标卷)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、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。 (1)用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时,红表笔应该与电池的　　　　 　(填“正极”或“负极”)接触。  (2)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　　　　 　。(填正确答案标号)  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 (3)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　　　　　 　(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　　　　　 　(填“电压”或“电荷量”)。  答案(1)正极　(2)C　(3)R2　电荷量 解析(1)多用电表红表笔流入电流,黑表笔流出电流,故红表笔应该与电池的正极接触。 (2)电容器充电完成后,两极板电量较多,电势差较大,当开关S与“2”端相接,回路立即形成电流,小灯泡迅速变亮;随后两极板电量逐渐变少,电势差变小,流过灯泡的电流减小,直至两极板电荷量为零,小灯泡熄灭,故选C。 (3)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,由图像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。 5.(2024·广西高考)某同学为探究电容器充、放电过程,设计了图甲实验电路。器材如下:电容器,电源E(电动势6 V,内阻不计),电阻R1=400.0 Ω,电阻R2=200.0 Ω,电流传感器,开关S1、S2,导线若干。实验步骤如下: (1)断开S1、S2,将电流传感器正极与a节点相连,其数据采样频率为5 000 Hz,则采样周期为　　　　s;  (2)闭合S1,电容器开始充电,直至充电结束,得到充电过程的I⁃t曲线如图乙,由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为　　　　mA(结果保留3位有效数字);  (3)保持S1闭合,再闭合S2,电容器开始放电,直至放电结束,则放电结束后电容器两极板间电压为　　　　V;  (4)实验得到放电过程的I⁃t曲线如图丙,I⁃t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.018 8 C,则电容器的电容C为　　　　μF。图丙中I⁃t曲线与横坐标、直线t=1 s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.003 8 C,则t=1 s时,电容器两极板间电压为　　　　V(结果保留2位有效数字)。  答案(1)2×10-4　(2)15.0　(3)2　(4)4.7×103　2.8 解析(1)采样周期为T==2×10-4 s。 (2)由题图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0 mA。 (3)放电结束后电容器两极板间电压等于R2两端电压,根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为UC=·R2=2 V。 (4)充电结束后电容器两端电压为UC'=E=6 V,故可得ΔQ=C=0.018 8 C,解得C=4.7×103 μF 设t=1 s时,电容器两极板间电压为UC″,得C=0.003 8 C 代入数值解得UC″≈2.8 V。 6.在测定电容器电容的实验中,将电容器、电压传感器、阻值为3 kΩ的电阻R、电源、单刀双掷开关按图甲所示电路图进行连接。先使开关S与1端相连,电源向电容器充电,充电完毕后把开关S掷向2端,电容器放电,直至放电完毕。实验得到的与电压传感器相连接的计算机所记录的电压随时间变化的u⁃t曲线,如图乙所示,图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录的“峰值”及曲线与时间轴所围“面积”。 (1)根据图甲所示的电路,观察图乙可知:充电电流与放电电流方向　　　　(填“相同”或“相反”),大小都随时间　　　　(填“增大”或“减小”)。  (2)该电容器的电容值为　　　　F。(结果保留两位有效数字)  (3)某同学认为:仍利用上述装置,将电压传感器从电阻两端改接在电容器的两端,也可以测出电容器的电容值。请你分析并说明该同学的说法是否正确。 答案(1)相反　减小　(2)1.0×10-2　(3)见解析 解析(1)由题图甲、乙可知,充电和放电时R两端的电势相反,说明流过R的电流方向相反;电压均随时间减小,说明电流均随时间减小。 (2)根据欧姆定律I=,图像的面积表示Ut,可知图像面积与R的比值表示电荷量。故极板所带最大电荷量q= C=0.060 9 C,该电容器的电容值C== F≈1.0×10-2 F。 (3)该同学的说法正确。因为当开关S与2连接,电容器放电的过程中,电容器C与电阻R上的电压大小相等,因此通过对放电曲线进行数据处理后记录的“峰值Um”及曲线与时间轴所围“面积S”,仍可应用C==计算电容值。 7.(2025·广东深圳模拟)某同学设计了一款河水水位监测器，如图，平行板电容器、电流表和电源组成一电路，绝缘细杆一端连接漂浮在水面上的浮子a，另一端与电容器极板P连接(极板Q固定)，a上下移动就带动P上下移动(初始时，极板P的高度低于极板Q)，监测人员通过电流表指针偏转情况就可以远距离得知河水水位的变化。已知电流从左侧进入电流表，其指针左偏;电流从右侧进入电流表，其指针右偏。若监测人员发现电流表指针右偏，可以得出(　　) A.河水水位在下降 B.Q极板的电荷量在减少 C.平行板电容器的电容在增大 D.P、Q间的电场强度在变大 答案　C 解析　监测人员发现电流表指针右偏，说明电流从电流表右侧进入，又由于Q板与电源正极连接，说明电容器在充电，P、Q极板的电荷量Q在增加，故B错误;由于与电源相连，所以电压U不变，板间距d也没有变化，由E=可得，E不变，故D错误;由于电压U不变，由C=可得平行板电容器的电容在增大，故C正确;由C=可得，P、Q极板的正对面积增大，说明水位在上升，故A错误。 8.(2025·广东梅州模拟)图示为某电容传声器结构示意图，当人对着传声器讲话，膜片会振动。若某次膜片振动时，膜片与极板距离减小，则在此过程中(　　) A.膜片与极板间的电容减小 B.极板所带电量减小 C.膜片与极板间的电场强度增大 D.电阻R中有向上的电流 答案　C 解析　膜片与极板距离d减小，根据电容决定式C=，可知膜片与极板间的电容增大，膜片与极板间的电压不变，由C=可知极板所带电量增大，A、B错误;根据电场强度公式E=，可知膜片与极板间的电场强度增大，C正确;极板所带电量增大，电源给极板充电，充电电流向下通过电阻R，D错误。 9.如图，一平行板电容器充电后与电源断开。若电容器的正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离x0，则电容器的电容C、极板上带电荷量Q、两极板间电势差U及电场强度E与负极板移动的距离x的关系图像正确的是(　　) 答案　D 解析　根据平行板电容器的决定式C=，负极板向右移动，板间距离d增大，电容减小，故A错误;充电后的电容器与电源断开连接后，极板带电荷量Q保持不变，故B错误;由C=知，当Q不变，C减小时，U增大，故C错误;由C=，C=，E=可得E=，在带电荷量Q一定时，只改变距离d，E不变，故D正确。 10.(多选)如图所示，带电平行板电容器两极板水平放置，充电后与电源断开。带电小球静止于电容器内的A点，B点位于上极板附近，忽略电容器极板的边缘效应及带电小球对电场的影响。下列说法正确的是(　　) A.把小球由A点移到B点，小球的电势能增大 B.把小球由A点移到B点，小球的电势能减小 C.若将下极板向上移动一小段距离，小球在A点时的电势能减小 D.若将下极板向上移动一小段距离，小球在A点时的电势能增大 答案　BD 解析　小球静止在A点，受到竖直向上的静电力，把小球由A点移到B点静电力做正功，小球的电势能减小，故A错误，B正确;充电后与电源断开，电容器的带电荷量不变，对平行板电容器有C==，平行板电容器间的电场强度E=，整理有E=，由上述分析可知，将下极板向上移动一小段距离，其平行板电容器间的电场强度不变，A点和下极板之间的距离减小，由于下极板接地，电势为零，所以A点电势升高，由于Ep=qφ，又因为小球带正电，所以小球在A点时的电势能增大，故C错误，D正确。 11.(多选)通过手机内电容式加速度传感器可以实现运动步数的测量，传感器原理如图所示，电容器的M极板固定，当手机的加速度变化时，与弹簧相连的N极板只能按图中标识的“前后”方向运动，图中R为定值电阻。下列对传感器描述正确的是(　　) A.静止时，电流表示数为零，电容器M极板带负电 B.由静止突然向前加速时，电容器的电容减小 C.由静止突然向前加速时，电流由b向a流过电流表 D.保持向前匀减速运动时，电阻R以恒定功率发热 答案　BC 解析　静止时，N板不动，电容器的电容不变，则电容器电荷量不变，则电流表示数为零，电容器M极板因为与电源正极相连，所以其带正电，故A错误;由静止突然向前加速时，N板向后运动，则板间距变大，根据C=可知，电容器的电容减小，电容器带电荷量减小，则电容器放电，则电流由b向a流过电流表，故B、C正确;保持向前匀减速运动时，加速度恒定不变，则N板的位置在某位置不动，电容器电荷量不变，电路中无电流，则电阻R发热功率为零，故D错误。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $函学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 第33讲实验十 观察电容器的充、放电现象 电容器的动态 分析 考点一实验：观察电容器的充、放电现象《 考向1实验：观察电容器的充、放电现象 例1答案1)负2)电容器存储的电荷量(3)9.5×104(4④9.5×105（⑤）不变变短 【变式训练1·变载体】答案(1)图见解析(2)C(3)电容器通过电压表放电了 【变式训练2】答案(1)图见解析(3)①减小减小②4.4×102（④漏电 考点二平行板电容器的动态分析、 考向一两极板间电势差U保特不变【重】 例1答案B 【变式训练1变载体】答案BD 考向二两极板所带电荷量不变【重】 例2答案B 【变式训练2】答案D 1/2 函学科网·上好课 www.zxxk.com 上好每一堂课 真题溯源•考向感知 一一溯源真题逻辑，感知高考考向 1.答案(1)电压(2)0(3)放电0.32 2.答案C 3.答案(1)0(2)0.503.1 4.答案(1)正极(2)C(3)电荷量 5.答案(1)2×104(2)15.0(3)2(4)4.7×1032.8 6.答案(1)相反减小(2)1.0×102(3)见解析 7.答案C 8.答案C 9.答案D 10答案BD 11.答案BC 2/2 第33讲 实验十　观察电容器的充、放电现象　电容器的动态分析 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 实验：观察电容器的充、放电现象 知识点1 实验：观察电容器的充、放电现象 考向1 实验：观察电容器的充、放电现象 考点二 平行板电容器的动态分析 知识点1 平行板电容器的动态分析 考向1两极板间电势差U保持不变 考向2 两极板所带电荷量不变重 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 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 实验：观察电容器的充、放电现象 —— —— 平行板电容器的动态分析 —— —— 考情分析 题型与考向： 从近年广东高考物理命题趋势来看,未来会持续以物理学科核心素养为导向,静电场部分可能着重考查学生对电场能的性质、电场力做功等物理观念的理解,以及运用建模、推理等科学思维解决问题的能力。例如可能会创设带电粒子在电场中运动的情境,要求学生建立物理模型进行分析。 2.结合生活与科技前沿 静电场试题可能会以生活中的静电现象、科技领域的静电应用为背景,如静电除尘、静电感应在电子设备中的应用等,引导学生关注科技发展。 3.加强综合能力考查 静电场与力学、电磁学等知识联系紧密,未来试题可能会更多地将静电场与其他知识综合起来考查,如带电粒子在电场和磁场组合场中的运动,将考查学生的综合分析和应用能力。 4.深化基础性与创新性 在深化静电场基础知识的同时,增强试题的应用性和创新性。试题可能会创设新颖的情境,要求学生运用所学知识进行分析和解答,考查学生的创新思维和解决实际问题的能力。 情境与立意： 当静电场与力学、电磁学等知识综合考查时,问题的复杂性增加。例如带电粒子在电场和磁场组合场中的运动,需要学生综合运用牛顿第二定律、动能定理等知识进行分析,对学生的综合分析能力和逻辑推理能力要求较高。 复习目标 1.了解电容器的充、放电过程，会定量计算电容器充、放电的电荷量。 2.掌握电容的定义式和平行板电容器的决定式，会分析电容器动态变化问题。 思维建模·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 实验：观察电容器的充、放电现象 知识点1 实验：观察电容器的充、放电现象 知●识●解●构 原理及 装置图 当开关S接1时，电容器接通电源，在静电力作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正负极板带等量正、负电荷，电荷移动过程中形成电流。当开关S接2时，电容器对电阻R放电，正、负电荷中和，形成放电电流 实验步骤 (1)按图接好电路 (2)把单刀双掷开关S打在上面，使触点1和开关连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中 (3)将单刀双掷开关S打在下面，使触点2和开关连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中 (4)记录好实验结果，关闭电源 数据处理 (1)在I-t图像中，图线与时间轴围成的面积表示电荷量的变化，故整个图线与横轴所围的面积就是整个充电或放电时间内通过灵敏电流表的电荷量，也等于电容器的充电电荷量或放电电荷量 (2)估算电容器的充电电荷量或放电电荷量的方法：先算出一个小方格代表的电荷量，然后数出整个图线与横轴所围的面积中的方格数(大于半格的按一个方格计算，小于半格的舍弃)。电容器的充电电荷量或放电电荷量等于一个小方格代表的电荷量乘以方格数 注意事项 (1)电流表要选用小量程的灵敏电流表 (2)要选择大容量的电容器 (3)实验过程要在干燥的环境中进行 (4)在做放电实验时在电路中串联一个电阻，避免烧坏电流表 考●向●破●译 考向1 实验：观察电容器的充、放电现象 例1 (2025·广东省摸底考)许多中学实验室逐渐普及了传感器使用，某中学有个学习小组的同学用电流传感器做“观察电容器的充、放电现象”，设计了如图甲所示电路。 (1)K断开，使开关S与2相连，电源对电容器充电，这个过程可在极短时间内完成，充满电的电容器左极板带　　　　(填“正”或“负”)电。  (2)然后把开关S掷向1端，电容器通过电阻R1放电。传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电容器充放电过程电流随时间变化的I-t图像，如图乙所示，充放电过程I-t曲线与横轴所围成的面积表示的物理量是　　　　　　。  (3)根据I-t图像可估算电容器在全部放电过程释放的电荷量为　　　　　　 C(结果保留两位有效数字)。  (4)已知直流电源的电动势为10 V，内阻忽略不计，则电容器的电容为　　　　　　 F(结果保留两位有效数字)。  (5)如果不改变电路其他参数，闭合开关K，重复上述实验，则放电时I-t曲线与横轴所围成的面积将　　　　　　(填“变大”“不变”或“变小”)；放电时间将　　　　　　(填“变长”“不变”或“变短”)。  电容器充、放电现象中的几点注意事项 1.电容器充电时电流流向正极板，电容器放电时电流从正极板流出，且充、放电电流均逐渐减小至零。 2.电容器充、放电过程，电容器的电容不变，极板上所带电荷量和电压按正比关系变化。 3.电容器充、放电过程，I-t图中曲线与t轴围成的面积表示电容器储存的电荷量。 4.在i-t图像中，根据Im=可知，图像的峰值由电容器充电结束或放电开始时其两极板间的电势差和电路总电阻决定。 【变式训练1·变载体】 (2025·广东汕尾模拟)某同学为观察电容器的充放电现象,设计了如图甲所示的实验电路图。 (1)根据图甲,在图乙中完成实物图连线。 (2)该同学正确连接电路后,将单刀双掷开关拨到位置“1”,发现微安表指针向右偏转后回到零刻度线,待指针稳定后把开关迅速拨到位置“2”,观察到微安表的指针　　　　。(填字母)  A.向右偏转,然后保持不变 B.向右偏转,然后回到零刻度线 C.向左偏转,然后回到零刻度线 (3)该同学在电容器充电完成后断开开关,经过一段较长的时间后发现电压表的示数最终为零,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。  【变式训练2】(2025·广东广州模拟)如图甲所示为“观察电容器的充、放电现象”实验。 实验器材:电源E(电动势9.5 V,内阻可忽略)、电容器C(标称电容值为470 μF,击穿电压为 10 V)、电阻箱R、微安表G、单刀双掷开关S和导线若干。完成下列实验的相关内容: (1)按照图甲的电路图,把图乙中的器材连接成完整的实验电路。 (2)实验步骤: 步骤①:将开关S打到1位置,给电容器C充电,观察微安表G的示数变化直到读数稳定; 步骤②:先打开手机视频录制软件,再将开关S打到2位置,观察并用视频记录电容器C的放电过程中微安表G的示数变化情况; 步骤③:断开开关S,查阅视频,记录0~160 s内微安表G的读数随时间变化的数据; 步骤④:在坐标纸上以时间t为横轴,微安表G的读数I为纵轴,描点作出I-t图像,如图丙所示。 (3)分析图丙可知: ①电容器放电过程中电流的变化规律为放电电流逐渐　　　　,放电电流随时间的变化率逐渐　　　　。(均选填“增大”“减小”或“不变”)  ②图丙中,图像与横轴所包围的面积为84格,可求得该电容器的电容值为　　　　 μF(结果保留2位有效数字)。  (4)步骤①中,微安表G的读数稳定时,并不为0,始终保持在12 μA,出现这种现象的原因是电容器　　　　(选填“短路”或“漏电”)。  考点二 平行板电容器的动态分析 知识点1 平行板电容器的动态分析 知●识●解●构 1.电容器 (1)组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。 (2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值。 (3)电容器的充、放电： ①充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能。 ②放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能。 2.电容 定义 电容器所带的电量Q与电容器两极板间的电压U之比 定义式 C= 决定式 C= 单位 法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1 F=106 μF=1012 pF 意义 表示电容器容纳电荷本领的高低 决定 因素 由两极板的正对面积、相对介电常数、两极板的距离决定，与电容器是否带电及两极板间是否存在电压无关 3.电容器两类典型动态问题 (1)电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差U保持不变。 (2)电容器充电后与电源断开，电容器两极板所带的电荷量Q保持不变。 两类典型动态分析思路比较 考●向●破●译 考向一 两极板间电势差U保持不变【重】 例1 (2024·黑吉辽卷)某种不导电溶液的相对介电常数εr与浓度cm的关系曲线如图(a)所示。将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中，并与恒压电源、电流表等构成如图(b)所示的电路。闭合开关S后，若降低溶液浓度，则(　　) A.电容器的电容减小 B.电容器所带的电荷量增大 C.电容器两极板之间的电势差增大 D.溶液浓度降低过程中电流方向为M→N 【变式训练1·变载体】 (多选)如图所示，D是一只理想二极管，电流只能从a流向b，而不能从b流向a。平行板电容器的A、B两极板间有一电荷，在P点处于静止状态。以E表示两极板间的电场强度，U表示两极板间的电压，Ep表示电荷在P点的电势能。若保持极板B不动，将极板A稍向下平移，则下列说法中正确的是(　　) A.E变小 B.U变大 C.Ep不变 D.电荷仍保持静止 考向二 两极板所带电荷量不变【重】 例2(2024·广东深圳市三模)某同学设计了一个电容式风力传感器，如图所示。将电容器与静电计组成回路，可动极板在风力作用下向右移动，风力越大，移动距离越大(可动极板不会与固定极板接触)。若极板上电荷量保持不变，则下列说法正确的是(　　) A.风力越大，电容器电容越小 B.风力越大，静电计指针张角越小 C.风力越大，静电计指针张角越大 D.风力越大，极板间电场强度越大 【变式训练2】 (2024·浙江6月选考)如图所示是“研究电容器两极板间距对电容大小的影响”实验，保持电荷量不变，当极板间距增大时，静电计指针张角增大，则(　　) A.极板间电势差减小 B.电容器的电容增大 C.极板间电场强度增大 D.电容器储存能量增大 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1.(2024·重庆卷)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，单刀双掷开关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　　　　　　(填“电流”或“电压”)仪器。  (2)接通电路并接通开关，当电压表示数最大时，电流表示数为　　　　　　。  (3)根据测得的数据，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　　　　(填“充电”或“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。0.2 s时R0消耗的功率　　　　　 W。  2.(2024·甘肃高考)一平行板电容器充放电电路如图所示。开关S接1,电源E给电容器C充电;开关S接2,电容器C对电阻R放电。下列说法正确的是 (　 ) A.充电过程中,电容器两极板间电势差增加,充电电流增加 B.充电过程中,电容器的上极板带正电荷,流过电阻R的电流由M点流向N点 C.放电过程中,电容器两极板间电势差减小,放电电流减小 D.放电过程中,电容器的上极板带负电荷,流过电阻R的电流由N点流向M点 3.(2024·浙江1月选考)在“观察电容器的充、放电现象”实验中,把电阻箱R(0~9 999 Ω)、一节干电池、微安表(量程0~300 μA,零刻度在中间位置)、电容器C(2 200 μF,16 V)、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160 μA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　　　　 kΩ(计算结果保留两位有效数字)。  4.(2023·新课标卷)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、多用电表、电流表、秒表、单刀双掷开关以及导线若干。 (1)用多用电表的电压挡检测电池的电压。检测时,红表笔应该与电池的　　　　 　(填“正极”或“负极”)接触。  (2)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　　　　 　。(填正确答案标号)  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 (3)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　　　　　 　(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　　　　　 　(填“电压”或“电荷量”)。  5.(2024·广西高考)某同学为探究电容器充、放电过程,设计了图甲实验电路。器材如下:电容器,电源E(电动势6 V,内阻不计),电阻R1=400.0 Ω,电阻R2=200.0 Ω,电流传感器,开关S1、S2,导线若干。实验步骤如下: (1)断开S1、S2,将电流传感器正极与a节点相连,其数据采样频率为5 000 Hz,则采样周期为　　　　s;  (2)闭合S1,电容器开始充电,直至充电结束,得到充电过程的I⁃t曲线如图乙,由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为　　　　mA(结果保留3位有效数字);  (3)保持S1闭合,再闭合S2,电容器开始放电,直至放电结束,则放电结束后电容器两极板间电压为　　　　V;  (4)实验得到放电过程的I⁃t曲线如图丙,I⁃t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.018 8 C,则电容器的电容C为　　　　μF。图丙中I⁃t曲线与横坐标、直线t=1 s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.003 8 C,则t=1 s时,电容器两极板间电压为　　　　V(结果保留2位有效数字)。  6.在测定电容器电容的实验中,将电容器、电压传感器、阻值为3 kΩ的电阻R、电源、单刀双掷开关按图甲所示电路图进行连接。先使开关S与1端相连,电源向电容器充电,充电完毕后把开关S掷向2端,电容器放电,直至放电完毕。实验得到的与电压传感器相连接的计算机所记录的电压随时间变化的u⁃t曲线,如图乙所示,图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录的“峰值”及曲线与时间轴所围“面积”。 (1)根据图甲所示的电路,观察图乙可知:充电电流与放电电流方向　　　　(填“相同”或“相反”),大小都随时间　　　　(填“增大”或“减小”)。  (2)该电容器的电容值为　　　　F。(结果保留两位有效数字)  (3)某同学认为:仍利用上述装置,将电压传感器从电阻两端改接在电容器的两端,也可以测出电容器的电容值。请你分析并说明该同学的说法是否正确。 7.(2025·广东深圳模拟)某同学设计了一款河水水位监测器，如图，平行板电容器、电流表和电源组成一电路，绝缘细杆一端连接漂浮在水面上的浮子a，另一端与电容器极板P连接(极板Q固定)，a上下移动就带动P上下移动(初始时，极板P的高度低于极板Q)，监测人员通过电流表指针偏转情况就可以远距离得知河水水位的变化。已知电流从左侧进入电流表，其指针左偏;电流从右侧进入电流表，其指针右偏。若监测人员发现电流表指针右偏，可以得出(　　) A.河水水位在下降 B.Q极板的电荷量在减少 C.平行板电容器的电容在增大 D.P、Q间的电场强度在变大 8.(2025·广东梅州模拟)图示为某电容传声器结构示意图，当人对着传声器讲话，膜片会振动。若某次膜片振动时，膜片与极板距离减小，则在此过程中(　　) A.膜片与极板间的电容减小 B.极板所带电量减小 C.膜片与极板间的电场强度增大 D.电阻R中有向上的电流 9.如图，一平行板电容器充电后与电源断开。若电容器的正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离x0，则电容器的电容C、极板上带电荷量Q、两极板间电势差U及电场强度E与负极板移动的距离x的关系图像正确的是(　　) 10.(多选)如图所示，带电平行板电容器两极板水平放置，充电后与电源断开。带电小球静止于电容器内的A点，B点位于上极板附近，忽略电容器极板的边缘效应及带电小球对电场的影响。下列说法正确的是(　　) A.把小球由A点移到B点，小球的电势能增大 B.把小球由A点移到B点，小球的电势能减小 C.若将下极板向上移动一小段距离，小球在A点时的电势能减小 D.若将下极板向上移动一小段距离，小球在A点时的电势能增大 11.(多选)通过手机内电容式加速度传感器可以实现运动步数的测量，传感器原理如图所示，电容器的M极板固定，当手机的加速度变化时，与弹簧相连的N极板只能按图中标识的“前后”方向运动，图中R为定值电阻。下列对传感器描述正确的是(　　) A.静止时，电流表示数为零，电容器M极板带负电 B.由静止突然向前加速时，电容器的电容减小 C.由静止突然向前加速时，电流由b向a流过电流表 D.保持向前匀减速运动时，电阻R以恒定功率发热 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $