观察电容器的充、放电现象 专项训练（学生版）-2025年高考物理一轮复习

考点35观察电容器的充、放电现象

Ir•考情探究•

i.高考真题考点分布

题型考点考查考题统计

实验题观察电容器充放电现象2024年海南卷

2.命题规律及备考策略

【命题规律】各地高考对观察电容器的充放电现象这个实验的考查近几年频度不高，主要考查原型实验的

原理。

【备考策略】

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。

［命题预测】重点利用创新性实验装置或方法对观察电容器充放电现象。

IA.考点梳理

1.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。

2.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。

③①的读数变大。

④最后国的大小等于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。

②⑥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⑨指示为电源电压，逐渐减小,直至为0o

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/黑。

|考点精iM

考点一教材原型实验

典例引领

1.电容器是一种重要的电学元件，有着广泛的应用。某学习兴趣小组用图甲所示电路探究电容器两极板

间的电势差与所带电荷量的关系。实验操作如下：

甲

①开关S1接1给电容器A充电，记录电压表示数口，A带电荷量记为&；

②开关航接2,使另一个相同的但不带电的电容器B跟A并联，稳定后断开所，记录电压表示数A

带电荷量记为0,闭合S2,使B放电，断开S?。

③重复操作②，记录电压表示数A带电荷量记为2。

电荷量e.2032

电压表示数/V3.151.600.780.39

⑴在操作②中，开关S?闭合前电容器A带电荷量（填"大于"、"等于"或"小于"）电容器B带电荷

量。结合表格数据进一步分析可知电容器的电势差与其所带电荷量成（填"正比"或"反比"）关系。

（2）该小组用图乙所示电路进一步探究电容器A的充放电规律。

①开关接1，电源给电容器A充电，观察到电流计G的指针偏转情况为；

A,逐渐偏转到某一刻度后迅速回到0B.逐渐偏转到某一刻度后保持不变

C.迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0D.迅速偏转到某一刻度后保持不变

②图丙为电容器A放电时的/一图像。已知电容器放电之前的电压为3V,该电容器A的实测电容值为

F（结果保留2位有效数字）。

2.如图甲所示为利用传感器研究电容器的实验电路。

（1）要求电压表示数能从零开始逐渐增大，请将图甲中的电路连接完整

（2）闭合开关S和S「对电容器C充电，当充电完毕时电压表的示数U=8.00V；

（3）然后断开开关SL电容器通过电阻R放电，利用电流传感器得到放电电流/随时间f变化图像如图乙

所示，可估算电容器充电完毕时所带电荷量。=C,则该电容。=F；（保留两位有效数字）

（4）保持滑动变阻器的滑片位置不变，如果将电阻R更换为阻值更大的电阻，重做实验，电容器放电时

的/一图像用虚线表示，与原来放电图像进行比较，可能正确的是o

考向2数据处理与误差分析

典例引领

3.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，某同学设计了如下装

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S的金属板，桶内有一面积为S

的轻质金属箔板，漂浮在液体表面上。圆桶由绝缘材料制成，桶壁厚度可忽略不计，使用时需要进行如下

操作：

⑴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。可知电容器充满电后的电荷量。=C»

（2）再将开关接"1"接线柱，电容器充满电后，将开关接"3"接线柱，电压传感器的示数为U。可根据。的大

小得出液体的深度〃；改变深度〃，电压传感器示数随之改变。根据所学知识判断电压传感器示数和液体

的深度成关系（填"线性"、"非线性"）。

⑶由于工作过程中电荷量会有一定的损失，将导致深度的测量结果（填"偏大"、"偏小"、"不受

影响”）。

4.在"用传感器观察电容器的充放电过程"实验中，按图甲所示连接电路。电源电动势为8.OV,内阻可以

忽略。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1,一段时间后，把开关再改接2,实验中使用了电

流传感器来采集电流随时间的变化情况。

（1）开关S改接2后，电容器进行的是（填"充电"或"放电"）过程，此过程中流经电阻R上的电

流方向（填"自上而下"或"自下而上”）。实验得到的/T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/一曲线与坐标轴所围成的面积将（填"减小""不变"或"增

大"）；

（2）若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量。=1.72xl（）-3c,则该电容器的电容为

四,放电过程中电容器的电容将（填"减小""不变"或"增大"）。

|考点精讲|

考点二创新实验方案

叁向一L实验器材的创新

典例引领

5.某学校兴趣小组利用电流传感器观察电容器的充、放电现象，设计电路如图甲所示。开关K闭合，将

开关S与端点2连接时电源短时间内对电容器完成充电，充电后电容器右极板带负电；然后把开关S连接

端点1,电容器通过电阻放电，计算机记录下电流传感器中电流随时间的变化关系。如图乙是计算机输出

的电容器充、放电过程电流随时间变化的/-，图像；

八//mA

C

甲

乙

⑴根据/T图像估算电容器在充电结束时储存的电荷量为（结果保留两位有效数字）；

（2）已知直流电源的电压为6V,则电容器的电容约为F（结果保留两位有效数字）；

⑶如果不改变电路其他参数，断开开关K,重复上述实验，则充电时的/T图像可能是图丙中的虚线

（选填或"c"中的一个，实线为闭合开关K时的/一图像）。

即时检测

6.某兴趣小组想自制一个电容器。如图所示，他们用两片锡箔纸做电极，在两层锡箔纸中间夹以电容纸

（某种绝缘介质），一起卷成圆柱形，然后接出引线，再密封在塑料瓶当中，电容器便制成了。

1-锡箔纸；2-电容纸；3-引线

（1）为增加该电容器的电容，应当（填正确答案标号）。

A.增大电容器的充电电压

B.减小电容器的充电电压

C.锡箔纸面积尽可能大

D.锡箔纸卷绕得尽可能紧

（2）为了测量该电容器电容的大小，由于实验室没有电容计，该小组采用了如图所示的电路进行测量。

其中电压传感器和电流传感器可以在计算机上显示出电压和电流随时间变化的U-t,/t图像。

E

R

先将开关S置于。端，电压和电流随时间变化图像分别如图1、2所示，则该电容器充满电后所带的电荷

量约为0=C；电容大小约为C=F。（结果均保留两位有效数字）

〃(xlO"s)

图2

（3）在（2）问基础上，电容器充满电后，才。时刻再把开关S置于6端，则以下电流和电压随时间变化的

图像符合实际的是（填正确答案标号）。

ABCD

考向2实验思路的创新

典例引领

7.（1）观察电容器的充、放电现象实验装置如图所示。

①应选择的电流表表头为图中的（选填"甲"或"乙"）。

②图中①②两条曲线不同是（选填"。或"R"）的改变造成的。

1

（2）如图。所示为某品牌方块电池，小文同学分别用电路图b和电路图c测量此方块电池的电源电动势和内

阻。他选用的电压表量程15V、内阻未知，电流表量程0.6A、内阻等于0.5。，滑动变阻器R（0~100C）。

规范实验并根据测量数据描绘的U—/图线分别得到如图d中I、II所示。完成下列几个问题。

①根据电路图b测量数据描绘的。一/图线应为图d中（填"I"或"U"）

②根据题中条件，本次实验应选择实验电路图中（填"图b"或"图c"）。

③综合分析可得该电源电动势为V,内阻为Q。（保留3位有效数字）

即B嫡测

8.电流传感器可以在电脑端记录电流随时间变化的图线，探究实验小组设计了如图甲所示的实验电路,

探究电容器在不同电路中的充放电现象。

电流

传感器

⑴第一次探究中先将开关接1,待电路稳定后再接2。探究电容器充电及通过电阻放电的电流规律。

①已知电流从右向左流过电流传感器时，电流为正，则与本次实验相符的图像是o

②从/一图像的面积可以计算得出电容器电荷量的大小。关于本次实验探究，下列判断正确的

是O

A.若只增大电阻箱尺的阻值，电容器放电的时间将变短

B.若只增大电阻箱7?的阻值，/T图像的面积将增大

C.在误差允许的范围内，放电和充电图像的面积应大致相等

（2）第二次探究中，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。

③探究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

所示，根据图像中记录的坐标信息可知，振荡电路的周期「=s（结果保留两位有效数字）。

中-

寸-

-

，-

-

9-

--

-

°?-

0-

一-

-

二-

-

一-

-

二-

-

T-

g-

-

T-

g-

-

-

-T-

④已知电源电动势E,测得充电过程/-/图像的面积为S,以及振荡电路的周期7,可以得到电感线圈的

电感表达式/=。（以上物理量的单位均为国际单位制单位）

I'.好即冲关，

，基础过关

1.电流传感器不仅可以和电流表一样测电流，而且还具有反应快、能捕捉到瞬间电流变化等优点。某学

习小组用传感器观察电容器的充放电现象并测量该电容器的电容。实验操作如下:

电流

传感器

甲

①小组成员按照图甲所示的电路进行实物连接；

②先将开关S拨至工端，电源向电容器充电，电压传感器记录这一过程中电压随时间变化的图线，如

图乙所示；

③然后将开关S拨至2端，电容器放电，电流传感器记录这一过程中电流随时间变化的图线，如图丙

乙丙

（1）电容器放电时，流过电阻R的电流方向为；（选填好6"或〜玲a"）；

（2）已知图线与/轴所围成的面积表示电荷量，若图丙中，―图线与/轴所围的小格数约为60个，则该

电容器充电完毕后所带的电荷量约为C,电容大小约为F。（结果均保留两位有效数字）

2.图甲所示电路为"用传感器观察电容器的放电过程"实验电路图。开关未闭合时，电源的电压

U=6.0V。实验操作时，单刀双掷开关S先跟2相接。某时刻开关改接1,一段时间后，把开关再改接

2。实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。开关再改接2后得到的/-1图像如图乙所

O

乙

⑴开关S改接1后流经电阻&上的电流方向为（填"自上而下"或"自下而上"）。

（2）已知电容器的电容为4x103四,则图乙中图线与坐标轴所围“面积”为.Co

⑶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0及电容器两

极板间电压U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电场力所做的功。为此他还做出电容器两极板间的电压u随电荷量Q变化的图像如图

所示。按照他的想法，下列说法正确的是（）

A.。-。图线的斜率越大，电容C越小

B.对同一电容器，电容器储存的能量E与电荷量。成正比

C.对同一电容器，电容器储存的能量E与电容器两极板间电压。的平方成正比

3.某同学用如图所示的电路观察电容器的充电放电现象。所用器材有：电源£、电流表A、电压表V、电

容器C、定值电阻尺、单刀双掷开关S、导线若干。

⑴将图中的电流表换成电流传感器，可以在电脑端记录电流随时间变化的图线。先将开关接1,待电路稳

定后再接2。已知电流从左向右流过电阻R时为正，则与本次实验相符的N图像是。

(2)将图中的电压表换成电压传感器，可以在电脑端记录放电过程中电压随时间变化的图线，如图所示。己

知开关接2瞬间开始计时，此时电压传感器记录数据为Um,利用数据处理软件得到U-t图线与坐标轴围成

的面积为义。根据该实验数据曲线可以粗测实验中电容器的电容C==(用题中已知物理量为,、R

和表示)

4.利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象，连接计算机的电流传感器可以捕捉并记录到电流变

化，当电流从上向下流过电流传感器时，电流计为正值，已知直流电源电动势为9V,内阻可忽略，实验过

程中显示出电流随时间变化的/Y图像如图乙所示。

⑴在4~7s时间内，开关S接（填"甘或"2"）。

（2）关于电容器充电过程中两极板所带电荷量0随时间f变化的图像，下列正确的是（）

⑶如果不改变电路其他参数，只减小电阻R,充电时力曲线与横轴所围成的面积将（填"增大""不

变"或"变小”充电时间将（填“变长""不变"或"变短"）。

⑷某同学研究电容器充电后储存的能量E与电容C、电荷量0及两极板间电压U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电场力所做的

功。为此他作出电容器两极间的电压U随电荷量。变化的图像如图丙所示，下列说法正确的是（）

A.对同一电容器，电容器储存的能量£与电荷量0成正比

B.搬运Aq的电量，克服电场力所做的功近似等于％上方小矩形的面积

TTF

C.若电容器两极板间电压为。时储存的能量为E,则电压为■时储存的能量为彳

!能力提升I

5.某实验小组利用a图所示电路测量一电容器的电容，实验器材有:待测电容器，电池组，定值电阻R,

电压传感器，电流传感器，计算机，单刀双掷开关S,导线若干。

请回答下列问题：

(a)(b)

(c)

⑴按a图连接实物电路。先将开关S从2端拨至1端，电源对电容器充电;再将开关S拨至2端，电容器放

电。传感器将信息即时输入计算机，屏幕上显示出图（b）所示的电流/、电压U随时间，变化的/T图线、

UT图线，则曲线表示电容器充电过程的UT图线，曲线表示电容器放电过程的/T图

线。（选填①、②、③、④）

（2）根据图b估算当电容器充电完毕时所带的电荷量是C,计算电容器的电容C=四。（结果均保

留2位有效数字）

⑶图c中实线表示上述实验中得到的图线，若串联接入电路的干电池个数保持不变，增加电阻尺则

得到图线可能是图丙中的虚线（选填"％"、"）。

6.用图（a）的电路研究电容器的充放电，电源电动势为12V（内阻忽略不计）；Ri、七、必为定值电阻，

其中七=160。；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乙图像。

（1）①闭合开关G，开关K1与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的4图像如图（b）中的

图线/,图线/与时间轴围成的“面积"为用,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/Y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S/________邑（选填"＞或"="）；

（2）测得S/为2.64mA・s,由此可知电容器的电容。=pF,定值电阻舄=Q；开关G闭合时，电

容器放电过程中通过舄的电量为C„

7.电容储能已经在电动汽车，风光发电、脉冲电源等方面得到广泛应用。某物理兴趣小组设计图甲所示

电路，探究不同电压下电容器的充放电过程。器材如下：

电容器C（额定电压10V,电容标识不清）；

电源（电动势12V,内阻不计）；

电阻箱氏/（阻值0~99999.9Q）；

滑动变阻器（最大阻值20Q,额定电流2A）；

电压表V（量程15V,内阻很大）

024丙68

（1）电容器充电过程，若要提高电容两端电压，应将滑片向（选填"左"，"右"）移动。

（2）某次实验中，完成充电后电压表读数如图乙所示，电容器两端的电压为0

⑶继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为8.0V时，开关S2掷向1,得到电容器充电过程的口图

像，如图丙所示。借鉴"用油膜法估测油酸分子的大小"实验中估算油膜面积的方法，根据图像可估算出充

电结束后，电容器存储的电荷量为C（结果保留2位有效数字），电容器的电容为F。

⑷电容器充电后，将开关S2掷向2,发光二极管（选填"DJ,"D2"）发光。

8.电荷的定向移动形成电流，电流表示单位时间内通过导体横截面的电荷量