2026高三物理复习讲义 第九章 第3节 电容器 实验十：观察电容器的充、放电现象

第3讲电容器实验十：观察电容器的充、放电现象

■备知识梳理自主学习•基础回扣

1.电容器

(1)组成：由两个彼此理经又相距很近的导体组成。

(2)带电荷量；一个极坂所带电荷量的绝对值。

(3)电容器的充、放电

①充电：电容器充电的过程中，两极板所带的甩荷量增加，极板间的市场强度增大,甩

源的能量不断储存在电容器中。

②放电：放电过程中，电容器把储存的能量通过曳血做功转化为其他形式的能量。

2.电容

(1)定义：电容器所带的电荷量。与电容器两极板之间的电势差U之比。

(2)定义式：C=g。

(3)单位：法拉(F)、微法(阳、皮法(pF)。

1F=106UF=1012DFO

(4)意义：表示电容器容组曳苞本领的物理量。

(5)决定因索：由电容器本身物理条件(大小、形状、极板相对位置及电介质)决定，与电

容器是否带电及两极板间电压无关。

3.平行板电容器的电容

(1)决定因素：正对面积、电介质、两极板间的距离。

(2)决定式：。=产£。

471kd

［概念辨析？

1.电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和。(X)

2.电容器的电容与电容器所带电荷量成反比。(X)

3.放电后的电容器电荷量为零，电容也为零。(X)

4.平行板也容器的两极板间插入一块导体板，其电容将变大。(J)

国键能力提升互动探完•考点精讲

考点一实验十：观察电容器的充、放电现象

I.实验原理(如图所示)

甲电容器充电

2.实验操作

(1)连电路，按原理图连接器材。

(2)单刀双掷开关S接1,观察充电现象。

(3)单刀双掷开关S接2,观察放电现象。

(4)关闭电源，整理器材。

3.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。

4.数据处理

(1)观察电流表示数变化，总结电容器充、放电电流的变化规律。

(2)可将电流表换成电流传感器，由计算机绘制充、放电的/一/图像，由图像计算充、放

电过程通过电流传感器的电荷量。

方法：先算出一个小方格代表的电荷量，然后数出整个图像与横轴所围的面积中的方格

数(大于半个的按一个方格计算，小于半个的舍弃)。电容器充电或放电过程中电荷量为一个

小方格代表的电荷量乘以方格数。

(3)电容器两极板之间的电压等于电源电动势，由电容的定义式。=与估算出电容器的电

容C。

5.误差分析

(1)电流测量和读数不准确带来误差。

(2)利用/一/图像进行数据处理时也会造成误差。

考向1电容器充、放电现象的定性分析

【典例1】某同学通过实验观察电容器的放电现象，采用的实验电路如图甲所示，己

知所用电解电容器的长引线是其正极，短引线是其负极。

(1)按图甲连接好实验电路，开关S应先接到1，再接到2,观察电容器的放电现象。(以

上均选填“1”或“2”)

(2)根据图甲电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接。

【答案】见解析图(a)

(3)电容器开始放电，同时开始计时，每隔5s读一次电流/的值，记录数据如下表。

时间t/s0510152025

电流你A500392270209158101

时间t/s303540455055

电流你A7549302393

请根据表中的数据，在图丙中作出电流/随时间，变化的图线。

【答案】见解析图(b)

【解析】(1)连接好也路图，开关S应先接到1对电容器进行充电，再接到2使电容器

放电，观察电容器的放电现象。

(2)根据题图甲所小电路图连接实物电路图，注意电容蓄正极接电流表正接线枉，实物电

路图如图(a)所示。

(3)根据表中实脸数据在题图丙中描出对应点，然后画一条平滑曲线，让尽可能多的点过

曲线，不能过曲线的点大致均匀分布在曲线两侧，作出图像如图(b)所示。

〃出A

图(b)

考向2电容器充、放电现象的定量计算

【典例2】(2024•海南卷)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C、电压表、电流表、电流传感器、计算机、定值电阻M单刀双掷开关

SH开关出、导线若干。

1.1()mA

甲乙

(1)闭合开关S2,将Si接1,电压表示数增大,最后稳定在12.3V。在此过程中，电流表

的示数B。

A.一直稳定在某一数值

B.先增大，后逐渐减小为零

C.先增大，后稳定在某一非零数值

(2)先后断开开关S2、Si,将电流表更换成电流传感器，再将5接2,此时通过定值电阻

R的电流方向为0(选填"ai”或“b-a”),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I图像如图乙所示,f=2s时7=1.10mA,图中M、N区域面积比为8：7,

可求出R=22kQ(结果保留两位有效数字)。

【解析】(1)电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从()增大到某一最大值，

后随着包容器的不断充电，电路中的充电电流在减小，充电结束封路稳定后，此时电路相当

于开路，电流为0,故选B。

(2)根据题图甲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A的电流方向为〃-b"=2s时/=L10mA,可知此时电容器两端的电压为U2=1R,

电容器开始放电前两端电压为12.3V,根据/一/图像与横轴围成的面积表示释放电荷量可得

0〜2s间的释放电荷量为0=AU-C=(I2.3—I.IOXIO-3X7?)C,2s后到放包结束时释放电荷

量为02=AU'・C=1.10X10-3.〃。，根据题意有。|=8,解得火光5.2k。。

。27

考向3实验器材创新拓展

【典例3】(2024・广西卷)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6V,内阻不计)，电阻R=400.0。，电阻&=200.0Q,

电流传感器，开关％、5,导线若干。实验步骤如下：

传感器

FE

工J

(1)断开Si、S2,将电流传感器正极与〃节点相连，其数据采样频率为5000Hz,如采样

周期为2义10%。

(2)闭合Si，电容器开始充电，直至充电结束，得到充电过程的/一/曲线如图乙所示，由

图乙可知开关Si闭合瞬间流经电阻R的电流为坨HmA］结果保留三位有效数字)。

(3)保持，闭合.再闭合电容器开始放电,直至放电结束,则放电结束后电容器两

极板间电压为2V。

(4)实验得到放电过程的I-t曲线如图丙所示，/-/曲线与坐标轴所围面积对应电容器释

放的电荷量为0.0188C,则电容器的电容C为曳江图丙中/一,曲线与横坐标、直

线/=1s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0038C,贝h=ls时电容器两极板间电压为

£2V(结果保留两位有效数字)。

【解析】(1)采样周期为7=1=1s=2X1O'4s»

f5000

(2)由题图乙可知开关Si闭合瞬间流经电阻凡的电流为15.0mA。

(3)放包结束后电容器两极板间电压等于&两端也压，根据闭合也路欧姆定律得电容器

F

两极板间电压为Uc=Ri=2Vo

R1+R2

(4)充电结束后电容器两端电压为U'c=E=6V,故可得△Q=(U'c—Uc)C=0.0188C,解

得0=4.7X103"。设/=1s时电容器两极板间电压为U"c,得(0c-U"c)C=O.OO38C,代

入数值解得U7-5.2V。

考点二电容器的理解及动态分析

1.对电容定义式C=°的理解

U

(1)一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的，与电容器的带电情况无关。

(2)不能理解为电容C与。成正比，与U成反比。

2.两类典型动态分析思路比较

考向1电容器的理解

【典例4】（2025•黑龙江大庆检测）如图所示，自力体外除颤器是一种便携式的医疗设

备，它可以诊断特定的心律失常，并且给予电击除颤，是可被非专业人员使用的用于抢救心

脏骤停患者的医疗设备。某型号自动体外除颤器的电容器电容是16RF,先将其充电至电压

达到4kV,然后使用该除颤器，其电容器在4ms时间内完成放电，下列说法正确的是

（B）

al

A.电容器充电后的电荷量为（）.64C

B.电容器放电的平均电流为16A

C.电容器的击穿电压为4kV

D.电容器放电完成后电容为零

【解析】电容器充电后的带电荷量2=CU=16X10-6X4X103C=0.064C,故A错误；

电容器该次放电的平均电流1=。=0064,A=16A,故B正确；该电容器此次充电后电压

t4X10-3

为4kV,没有被击穿，则该电容器的击穿电压大于4kV,故C错误；电容是表征电容器储

存电荷本领大小的物理量，是电容器的固有属性，与电容器是否带电无关，故D错误。

考向2两极板间电压不变的动态分析

【典例5】（2022•重庆卷）如图为某同学采用平行板电容器测量材料竖直方向尺度随温

度变化的装置示意图，电容器上极板固定，下极板可随材料尺度的变化上下移动，两极板间

电压不变。若材料温度降低时，极板上所带电荷量变少，则（A）

:邈电路

--被测材料

・加热器；

A.材料竖直方向尺度减小

B.极板间电场强度不变

C.极板间电场强度变大

D.电容器电容变大

【解析】根据题意可知极板之间电压U不变，极板上所带电荷量Q变少，根据电容定

义式C=°可知，电容器的电容C减小，D错误；根据电容的决定式C=&S可知，极板间

距d增大，极板之间形成为强电场，根据£="可知，极板间电场强度E减小，B、C错误;

极板间距“增大，材料竖直方向尺度减小，A正确。

考向3两极板电荷量不变的动态分析

【典例6】（多选）如图所示，。为中间插有电介质的电容器，b极板与静电计金属球连

接，a极板与静电计金属外壳都接地。开始时静电计指针张角为零，在b板带电后，静电计

指针张开了一定角度。以下操作能使静电计指针张角变大的是（CD）

A.将b板也接地

B.b板不动，将a板向右平移

C.将a板向上移动一小段距离

D.取出a、b两极板间的电介质

【解析】将b板也接地，a、b板间也压为零，则将电计指针张角为零，A错误：b板

不动，将a板向右平移，根据C=可知，变小时。变大，。不变时，根据c=°,可知

471kdU

U减小，即价电计指针张角变小，B错误；将"a板向上移动一小段距离，根据C=crS可知，

S变小时C变小，。不变时，根据C=,可知U变大，即辞电计指针张渐变大，C正确；取

出a、b两极板间的电介质，根据C='S可知，济变小时。变小，0不变时，根据。=。可

知U变大，即静电计指针张角变大，D正确。

考向4电容器的综合动态分析

【典例7】（多选）如图所示的电路中，闭合开关，待电路稳定后，可看成质点的带电小

球恰好静止在平行板电容器之间的M点、,其中二极管可视为理想二极管，下列说法正确的是

（BC）

向右移动当的滑片，小球向下移动

向右移动凡的滑片，小球的电势能将减小

C.向卜移动电容器的下极板，二极管右端电势高于左端电势

D.断开S后，紧贴电容器的上极板附近插入金属板，M点的电势将升高

【解析】向右移动处的滑片，电容器两端电压不变，两极板之间的电场强度不变，因

此小球仍静止不动，A错误；向右移动4的滑片，&两端电压增大，电容器两端电压博大，

两极板之间的电场强度增大，小球受到的静电力增大，小球将向上运动，静电力做正切，小

球的电势能减小，B正确；向下移动电容器的下极板，电容器极板间距d增大，根据C=,

4Ud

C=g,可知。减小，若U不变时，。将减小，但由于二极管的存在，电容器无法放电，所

以。不变，U增大，二极管右端电为高于左端电为，C止确；断开b后，紧贴电容器的上极

板附近插入金属板，电容器极板间距d减小，根据C=&S,C=QE=U,可得E=""Q,

4MdUd£rS

可知极板间电场强度不变，〃点到下极板间距不变，电势差不变，因此M点电势不变，D错

误。

课时作业45

坦基础巩固―

1.(5分)如图所示，电容器上标有“8()V1()()()四"字样。下列说法正确的是(C)

A.电容器两端电压为0时其电容为零

B.电容器两端电压为8()V时才能存储电荷

C.电容器两端电压为80V时储存的电荷量为0.08C

D.电容器两端电压低于80V时其电容小于1000"

解析：电容表征电容器储存电荷的特性，与电压。和电荷量。无关，给定的电容器电容

C一定，故A、D错误；由于电容一定，由0=CU可知，电容器两端只要有电压，电容器就

能存储电荷，故B错误；由。=CU可知，电容器两端电压为80V时储存的电荷量为。=1

000X1()-6X8OC=O.O8C,故C正确。

2.(5分)如图所示，目前多媒体教学一体机普遍采用了电容触摸屏，因为工作面上接有

高频信号，当用户手指触摸电容触摸屏时，手指相当于接地导体，手指和工作面形成一个电

容器，控制器由此确定手指位置。对于电容触摸屏，下列说法正确的是(A)

A.手指与屏的接触面积变大时，电容变大

B.手指与屏的接触面积变大时，电容变小

C.手指压力变大时，手指与屏的工作面距离变小，电容变小

D.手指压力变大时，手指与屏的工作面距离变小，电容不变

解析：根据C=&S可知，手指与屏的接触面积变大时，电容变大，故A正确，B错误:

4nkd

同理，手指压力变大时，手指与屏的工作面非离变小，电容变大，故C、D错误。

3.（5分）（2022•北京卷）利用如图所示电路观察电容器的充、放电现象，其中石为电源，

H为定值电阻，。为电容器，A为电流表，V为电压表。下列说法正确的是（B）

A.充电过程中，电流表的示数逐渐增大后趋于稳定

B.充电过程中，电压表的示数迅速增大后趋于稳定

C.放电过程中，电流表的示数均匀减小至零

D.放电过程中，电压表的示数均匀减小至零

解析：充电过程中，随着电容器C两极板电荷量的积累，电路中的也流逐渐减小，电容

器充电结束后，电流表示数为零，A错误；也压表测量电容器两端的也压，充电过程中，随

看电容器。两极板电荷量的积累，电容器两端的电压迅速增大，电容器充电结束后，电容器

两端电压即电压表示数趋于稳定，B正确；电容器放电过程的/一，图像如图所示，可知电流

表和电压表的示数不是均匀减小至0的，C、D错误。

4.（5分）如图所示，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xo,则电容器的电容C、极板上带电荷量。、两极板间电

势差U及电场强度£与负极板移动的距离x的关系图像正确的是（D）

解析：根据包容的决定式C=,负极板向右移动，极板间距离d增大，也容减小，

471kd

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。保持不变，故B错误；由。

=°,当。不变，c减小时，u增大，故c错误；由c='6,c=°,E=U可得E=CMQ,

U4nkdUd&S

在带电荷量。一定时，只改变距离"，£不变，故D正确。

5.（5分）（2024・辽宁卷）某种不导电溶液的相对介电常数却与浓度Cm的关系曲线如图甲所

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、电流表等构成如图乙所示

的电路，闭合开关S后，若降低溶液浓度，贝M

甲

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

解析：降低溶液浓度，不导电溶液的相对介电常数济噌大，根据电容的决定式C=2s可

4Md

知电容器的电容增大，故A错误；溶液不导电没有形成闭合回路，电容器两端的电压不变，

根据。=CU结合A选项分析可知电容器所带的电荷量搪大，故B正确.C错误：根据B选

项分析可知电容器所带的电荷量增大，则给电容器充电，结合题图可知电路中电流方向为

2M,故D错误。

6.（5分）一个平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，两极板间有一正电荷（带电

荷量很少）固定在尸点，如图所示。以£表示两极板间的场强，U表示两极板间的电压，力

表示正电荷在P点的电势能。若保持负极板不动，将正极板移到图中虚线所示的位置，那么

(D)

•P

_Ii

A.U不变,火不变B.E变大，/变大

C.U变小，力变大D.U变小，E不变

解析：若保持负极板不动，将正极板移到虚线所示的位置，那么两极板间距d减小，根

据。=’6可知，电容器的电容c增大，因带电荷量。一定，根据。=CU,可知两极板间

471kd

的电压U减小：根据£="=0=4*0,可得两极板间场强E不变，根据U加=£办0,可知

dCdcxS

P点与负极板间的电势差不变，则P点的电势不变，根据％=夕夕可知，正电荷在尸点的电势

能不变，故D正确。

7.（1（）分）（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正如（选填“正

极”或“负极”）接触。

（2）某同学设计的实验也路如图甲所示。先将电阻粕的阻值调为心，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Co

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4（对＞幻），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/随时间/变化如图乙中曲线所示,其中实线是电阻箱阻值为心（选

填“R"或"处”）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曳拉量（选

填“电压”或“电荷量”）。

解析：（1）在使用多用也表时，应保证电流从红表篦流入，黑表笔流出，即“红进黑出”，

因此红表笔,应该与电池的正极接触。

（2）S与“1”端相接时，小灯泡不发光，电容器充电；S与“2”端相接时，电容器放电，且

放电电流逐渐变小，直至为0,故C正确，A、B错误。

（3）开始充电时实线中的电流较虚线的小，说明电路中的电阻较大，对应电阻箱阻值为

〃2；根据电流的定义式/="可知q=〃，则/一Z图像中曲线与横轴围成的面积表示充电完成后

电容器上带的电荷量。

丹综合提升.

8.（5分）（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H为定值电阻。下列对传感器描述正确的是（BC）

R

量N量］E

A.静止时，电流表示数为零，电容器“极板带负目

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〃向。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

解析：静止时，N极板不动，电容器的电容不变，则电容器所带电荷量不变，则电流表

示数为零，因为电容器加极板与电源正极相连，所以其带正电，故A错误；由睛止突然向

前加速时，N极板向后运动，则极板间距变大，根据C="S可知，也容器的电容减小，电

471kd

容器带电荷量减小，则电容器放电，则电流由方向。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极板的位建在某位置不动，电容器所带电荷量不变，

包路中无电流，则电阻7?发热功率为零，故D错误。

9.（5分）如图所示，D是一只理想二极管，电流只能从。流向6,而不能从人流向口。平

行板电容器的A、B两极板间有一带电油滴，电荷量为q（电荷量很小不会影响两板间电场的

分布），带电油滴在P点处于静止状态。以。表示电容器储存的电荷量，U表示两极板间电

压，”表示P点的电势，表示带电油滴在P点的电势能。若保持极板A不动，将极板B

稍向下平移，则下列说法中正确的是（D）

A.。减小B.B减小

C.9〃减小D.JP减小

解析：保持极板A不动，将极板B稍向下平移，极板间距离d增大，根据电容的决定式

C=*rS知，电容。减小，电容器的电压不变时，则电容器所带电荷量将要减小，由于二极

管具有单向导电性，电容器不能放电，所以电容器的电荷量。保持不变，A错误：由于电容

C减小，由电容的定义式C=°,可知两极板间电压U变大，B错误；根据c=£°,C=°,

UAitkclU

E=U,可得E=4M0,极板间电场强度E不变，P点与B板间电势差UPB=及/『B,UPB增大，

d£rS

根据U%=（pp—（pB可知尸点的电势必增大，根据平衡条件可知带电油滴带负电，根据£pp=

处可知油滴在尸点的电势能£＞减小，C错误，D正确。

10.（5分）如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，Ro为定值电阻，火为滑现变阻

器，用绝缘细线将质量为，小带正电的小球悬于电容器内部。闭合开关S,电容器极板带电

荷量为。，小球静止时悬线与竖直方向的夹角为优下列判断正确的是（C）

A.若只将变阻器滑片P缓慢地向分端移动，则。角减小

B.若只将变阻器滑片P缓慢地向力端移动，则电容器带电荷品。减小

C.若只将电容器"极板靠近N极板，则0角增大

D.若只将电容器"极板靠近N极板，则电容器电荷量。不变

解析：由小球处于平衡状态时悬线与竖直方向的夹角为。可知Eq=/〃gtan。，若只将变阻

器滑片P缓慢地向方端移动，电容器两极板之间的电压增大，根据匀强电场电场强度与电势

差关系£="可知电场强度增大，则0角增大，电容器的带电荷量。=