第10章 10.4 课时2 实验 观察电容器的充放电现象（分层评价）（Word版）-【未来密码】2026-2027学年高中物理必修第三册关键能力提升同步学案（人教版）

**基本信息** 分层清晰，从基础概念到综合应用再到实验拓展，构建电容器充放电现象的完整认知路径，适配新授课知识巩固与能力进阶。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础巩固|电容器充放电现象、电路分析、元器件影响等单一知识点|教材改编题为主，强化概念辨析，落实物理观念| |综合运用|充放电图像分析、能量计算等综合应用|结合I-t图像考查科学推理，深化能量观念| |拓广探索|实验操作、数据处理与实际情境探究|联系工业测量情境，培养科学探究能力|

课时 2 实验:观察电容器的充、放电现象 基础巩固 1. (教材改编题)如图所示为“观察电容器的充、 放电现象”实验的电路图，把开关 接 2，此时电容器对电阻放电. 下列图像能正确反映放电过程中电流与时间、电荷量与电压关系的是 ( ) 第 1 题 A. B. C. D. 2. 在 “观察电容器充、放电实验” 中, 实验电路如图所示, 其中电源为 2 节干电池, 调节电阻箱阻值为 ,电流表应选择 ( ) 第 2 题 C. D. 3. 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甲所示. 若该同学测量完一次充电过程后, 只更换了电路中的一个元器件, 再次测量充电过程, 得到的两次电流随时间变化的图像分别如图乙中①②所示, 则他更换的元器件是 ( ) 第 3 题 A. 更换的是电源,且 B. 更换的是电容器,且 C. 更换的是电阻,且 D. 更换的是电流传感器，且 1 的精度小于 2 的精度 4. 如图所示是演示电容器充电的电路图, 图中 是平行板电容器, 是可变电阻. 接通后, 电容器的上、下两极板带有等量电荷, 两极板间产生匀强电场. 调节可变电阻 使其阻值分别为 和 ,对电容器进行充电 (充电前电容器均不带电). 表示该电容器的电容, 表示电容器两极板的电势差, 表示电容器所带电荷量, 表示电容器所存储的电能, 表示电容器充电过程中流经电阻的电流, 表示充电时间，已知电源的电动势保持不变， 其内阻忽略不计, . 以下描绘 、 两个充电过程的图像, 合理的是 ( ) 第 4 题 A. B. C. D. 5. 在如图所示的电路中,单刀双掷开关 原来与 2 连接,从 开始改接 1,一段时间后, 将开关 改接 2,则流经电路中 点的电流 随时间 变化的图像 (取图中向右的电流方向为正方向)、电容器两极板间电势差 随时间 变化的图像、电容器带电荷量 随时间 变化的图像、电容器的电容 随时间 变化的图像正确的是 ( ) 第 5 题 A. B. C. D. 6. 工业生产中经常会用到需要避光储存的绝缘液体原料，为了方便测量其深度，某同学设计了如图甲所示装置. 在储存液体原料的桶的外侧底部，放置一个与桶底形状相同、面积为 的金属板，桶内有一面积为 的轻质金属箔板，漂浮在液体表面上. 圆桶由绝缘材料制成，桶壁及桶底厚度可忽略不计，可看成平行板电容器.将开关接 “ 1 ” 接线柱, 电容器充满电后, 将开关接 “ 2 ” 接线柱, 电流传感器记录下电流随时间的变化关系如图乙所示. 再将开关接 “ 1 ” 接线柱, 电容器充满电后, 将开关接 “ 3 ” 接线柱. 接着改变深度 ，电压传感器示数 随之改变. 电压传感器、电流传感器可以近似为理想电表. 下列说法正确的是 ( ) 第 6 题 A. 可知电容器充满电后的电荷量 B. 接“2”时，电流从下向上流过电流传感器 C. 越大，电压传感器示数 越小 D. 电压传感器示数 随高度 线性变化 题号 1 2 3 4 5 6 答案 综合运用 7. 利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象, 电流传感器可以捕捉到瞬间的电流变化,直流电源电动势 ,内阻可忽略,实验过程中屏幕上显示出电流随时间变化的 图像如图乙所示. 甲 第 7 题 (1)关于电容器充电过程中电容器两极间电压 、电容器所带电荷量 随时间 变化的图像,下面四个图像中,正确的是_____. A. B. C. D. (2)电容器充电后就储存了能量，某同学研究电容器储存的能量 与电容器的电容 、电荷量 及电容器两极间电压 之间的关系. 他从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服静电力所做的功. 为此他做出电容器两极间的电压 随电荷量 变化的图像如图丙所示. 按他的想法，下列说法正确的是_____. 丙 第 7 题 A. 图线的斜率越大,电容 越大 B. 搬运 的电荷量,克服静电力所做的功近似等于 上方小矩形的面积 C. 对同一电容器,电容器储存的能量 与两极间电压 成正比 D. 若电容器电荷量为 时储存的能量为 ,则电容器电荷量为 时储存的能量为 拓广探索 8. 用如图甲所示的电路观察电容器的充、放电现象,实验器材有电源 、电容器 、理想电压表、理想电流表、电流传感器、计算机、定值电阻 、单刀双掷开关 、开关 、导线若干. 第 8 题 (1)闭合开关 ，将 接 1，电压表示数增大，最后稳定在 . 在此过程中，电流表的示数_____. A. 一直稳定在某一数值 B. 先增大，后逐渐减小为 0 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，此后通过定值电阻 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，如图乙所示， 时 ， 图中 区域面积比为 ，可求出 _____ (保留两位有效数字) 学科网（北京）股份有限公司 $ 课时 2 实验:观察电容器的充、放电现象 基础巩固 1. (教材改编题)如图所示为“观察电容器的充、 放电现象”实验的电路图，把开关 接 2，此时电容器对电阻放电. 下列图像能正确反映放电过程中电流与时间、电荷量与电压关系的是 ( ) 第 1 题 A. B. C. D. 【答案】A 【解析】把开关 接 2,此时电容器对电阻放电,放电电流 ,可知放电过程,随着电荷量的逐渐减小,放电电流逐渐减小,且有 ,可知 图像的切线斜率逐渐减小,故 正确, 错误; 根据 ,可得 ,则 图像为过原点的倾斜直线,故 错误. 故选 A. 2. 在 “观察电容器充、放电实验” 中, 实验电路如图所示, 其中电源为 2 节干电池, 调节电阻箱阻值为 ,电流表应选择 ( ) 第 2 题 C. D. 【答案】 【解析】根据欧姆定律可知,最大电流约为 ,电容器的充、放电,还需要电流方向的翻转,需要选择零刻度在中间的电流表,故 正确, 错误. 故选 D. 3. 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甲所示. 若该同学测量完一次充电过程后, 只更换了电路中的一个元器件, 再次测量充电过程, 得到的两次电流随时间变化的图像分别如图乙中①②所示, 则他更换的元器件是 ( ) 第 3 题 A. 更换的是电源,且 B. 更换的是电容器,且 C. 更换的是电阻,且 D. 更换的是电流传感器，且 1 的精度小于 2 的精度 【答案】B 【解析】因 图像的面积等于电容器的带电荷量,由图像可知图像②对应的面积较①大，带电荷量较大，因放电开始时电流相等, 则电容器两板间电压相等, 串联的电阻也相等,若仅仅更换了一个元件,一定不是电源和电阻,根据 可知,两电容器的电容不等,则更换的是电容,且 . 故选 B. 4. 如图所示是演示电容器充电的电路图, 图中 是平行板电容器, 是可变电阻. 接通后, 电容器的上、下两极板带有等量电荷, 两极板间产生匀强电场. 调节可变电阻 使其阻值分别为 和 ,对电容器进行充电 (充电前电容器均不带电). 表示该电容器的电容, 表示电容器两极板的电势差, 表示电容器所带电荷量, 表示电容器所存储的电能, 表示电容器充电过程中流经电阻的电流, 表示充电时间，已知电源的电动势保持不变， 其内阻忽略不计, . 以下描绘 、 两个充电过程的图像, 合理的是 ( ) 第 4 题 A. B. C. D. 【答案】B 【解析】电容器的电容是由电容器本身决定的, 与两板电压无关, 选项 A 错误; 电路中连接的电阻越大, 则开始放电时的放电电流越小, 由于电容器带电荷量一定, 则放电时间变长,因为 ,所以 对应的最大放电电流大,放电时间短,故 正确; 根据 知,电容器电容 不变,则 图像是斜率相同的直线,选项 错误; 电容器储存的电能由电容器决定,则两种情况下最终电容器储存的电能是相同的, 选项 D 错误. 故选 B. 5. 在如图所示的电路中,单刀双掷开关 原来与 2 连接,从 开始改接 1,一段时间后, 将开关 改接 2,则流经电路中 点的电流 随时间 变化的图像 (取图中向右的电流方向为正方向)、电容器两极板间电势差 随时间 变化的图像、电容器带电荷量 随时间 变化的图像、电容器的电容 随时间 变化的图像正确的是 ( ) 第 5 题 A. B. C. D. 【答案】C 【解析】从 开始改接 1，电源给电容器充电，电流向右为正值，一段时间后，将开关 改接 2，电容器通过电阻放电，电流的方向向左为负值， 错误；从 开始改接 1，电源给电容器充电，上极板带正电， ，一段时间后，将开关 改接 2,电容器通过电阻放电,上极板仍然带正电, , B 错误; 从 开始改接 1,电源给电容器充电,上极板带正电, 两极板所带的电荷量增大, 开关接 2 之前, 电荷量不变, 将开关 S 改接 2 , 电容器通过电阻放电, 上极板仍然带正电, 电荷量减少, C 正确; 电容器的电容与充电和放电无关,电容器的电容保持不变, D 错误. 故选 C. 6. 工业生产中经常会用到需要避光储存的绝缘液体原料，为了方便测量其深度，某同学设计了如图甲所示装置. 在储存液体原料的桶的外侧底部，放置一个与桶底形状相同、面积为 的金属板，桶内有一面积为 的轻质金属箔板，漂浮在液体表面上. 圆桶由绝缘材料制成，桶壁及桶底厚度可忽略不计，可看成平行板电容器.将开关接 “ 1 ” 接线柱, 电容器充满电后, 将开关接 “ 2 ” 接线柱, 电流传感器记录下电流随时间的变化关系如图乙所示. 再将开关接 “ 1 ” 接线柱, 电容器充满电后, 将开关接 “ 3 ” 接线柱. 接着改变深度 ，电压传感器示数 随之改变. 电压传感器、电流传感器可以近似为理想电表. 下列说法正确的是 ( ) 第 6 题 A. 可知电容器充满电后的电荷量 B. 接“2”时，电流从下向上流过电流传感器 C. 越大，电压传感器示数 越小 D. 电压传感器示数 随高度 线性变化 【答案】D 【解析】图像与坐标轴围成的面积表示电荷量, 一小格的电荷量 ,图中总共约 14 小格,所以电容器充满电的电荷量为 , 故 A 错误; 接 “ 2 ” 时,由于电容器放电,电流从上向下经过电流传感器,故 错误; 根据 ,联立解得 ,可知电压传感器示数和液体的深度成正比关系, 错误, 正确. 故选 . 题号 1 2 3 4 5 6 答案 综合运用 7. 利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象, 电流传感器可以捕捉到瞬间的电流变化,直流电源电动势 ,内阻可忽略,实验过程中屏幕上显示出电流随时间变化的 图像如图乙所示. 甲 第 7 题 (1)关于电容器充电过程中电容器两极间电压 、电容器所带电荷量 随时间 变化的图像,下面四个图像中,正确的是_____. A. B. C. D. (2)电容器充电后就储存了能量，某同学研究电容器储存的能量 与电容器的电容 、电荷量 及电容器两极间电压 之间的关系. 他从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服静电力所做的功. 为此他做出电容器两极间的电压 随电荷量 变化的图像如图丙所示. 按他的想法，下列说法正确的是_____. 丙 第 7 题 A. 图线的斜率越大,电容 越大 B. 搬运 的电荷量,克服静电力所做的功近似等于 上方小矩形的面积 C. 对同一电容器,电容器储存的能量 与两极间电压 成正比 D. 若电容器电荷量为 时储存的能量为 ,则电容器电荷量为 时储存的能量为 【答案】(1)AC(2)BD 【解析】(1)电容器充电过程中,电容器两端的电压 逐渐增大,最后等于电源电动势,斜率逐渐减小, 最后为 0,故 A 正确, B 错误; 电容器所带的电荷量 逐渐增大,最后保持不变,充电电流逐渐减小,所以 图像的斜率逐渐变小,最后为 0,故 正确, 错误. 故选 、 C. (2) 图线的斜率 ，解得 ，斜率越大, 电容越小, A 错误; 类比速度一时间图像的面积代表位移，则 图像的面积代表克服静电力所做的功，所以搬运 的电荷量，克服静电力所做的功近似等于 上方小矩形的面积, B 正确; 他从等效的思想出发, 认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服静电力所做的功,也等于图像所围的面积 , 解得 ,从上面的式子看出, 和 成正比, 错误; 由公式 ,解得 ,又因为 ,解得 正确. 故选 B、D. 拓广探索 8. 用如图甲所示的电路观察电容器的充、放电现象,实验器材有电源 、电容器 、理想电压表、理想电流表、电流传感器、计算机、定值电阻 、单刀双掷开关 、开关 、导线若干. 第 8 题 (1)闭合开关 ，将 接 1，电压表示数增大，最后稳定在 . 在此过程中，电流表的示数_____. A. 一直稳定在某一数值 B. 先增大，后逐渐减小为 0 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，此后通过定值电阻 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，如图乙所示， 时 ， 图中 区域面积比为 ，可求出 _____ (保留两位有效数字) 【答案】(1)B(2) 5.2 【解析】(1)电容器充电过程中，当电路刚接通后, 电流表示数从 0 增大到某一最大值, 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 ) 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 的电流方向 时 ,可知此时电容器两端的电压 ,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荷量可得 间的放电荷量 后到放电结束间放电荷量为 ,根据题意 ,解得 . 学科网（北京）股份有限公司 $