实验10　观察电容器的充、放电现象

实验10观察电容器的充、放电现象目录CONTENTS实验基础·必备实验技能·创新课时跟踪训练实验基础·必备装置原理

操作要领注意事项（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（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，避免烧坏电流表数据处

理小方格

面积

方格

实验技能·创新一、教材原型实验

（2024·海南高考15题）用如图（a）所示的电路观察电容器的充放

电现象，实验器材有电源E、电容器C、电压表、电流表、电流传感器、计

算机、定值电阻R、单刀双掷开关S1、开关S2、导线若干。（1）闭合开关S2，将S1接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3

V。在此

过程中，电流表的示数

。（填选项标号）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解析：

闭合开关S2，S1接1后，电路中的电流瞬间达到最大值，然后

电源给电容器充电，电压表的示数逐渐增大，电路中的电流逐渐减小，当

电压表示数稳定后，电路中的电流减为0，即电流表的示数先增大，后逐

渐减小为0，B正确。B

（2）先后断开开关S2、S1，将电流表更换成电流传感器，再将S1接2，此

时通过定值电阻R的电流方向为

（选填“a→b”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-t图像，如图

（b），t＝2

s时，I＝1.10

mA，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出R

＝

kΩ（保留2位有效数字）。a→b

5.2

解析：

闭合开关S2，S1接1时，电源正极与电容器上极板相连，则电

容器上极板带正电，因此S1接2时，电容器放电过程通过R的电流方向为

a→b，根据I-t图像与坐标轴围成图形的面积表示电荷量可知，0～2

s过程

电容器放出的电荷量Q1与2

s后至放电结束过程电容器放出的电荷量Q2之比

为8∶7，根据电容的定义式可知，Q1＝CΔU1，Q2＝CΔU2，由电路图可知

ΔU1＝U0－IR，ΔU2＝IR，代入数据解得R≈5.2

kΩ。

（2024·广西高考12题）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）。解析：

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。15.0

（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。

2

（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）。4.7×103

2.8

二、创新拓展实验创新角度1：实验目的、器材的创新利用电压传感器探究电容器充放电的U-t图像见〔典例3〕创新角度2：实验原理、考查角度的创新

（1）利用分压式控制电路控制电容器的充电电压。（2）考查发光二极管单向导电性见〔典例4〕

（2026·山东青岛期末）在“观察电容器的充、放电现象”实验中。

实验装置如图甲所示：电池、电容器、电阻箱、定值电阻、电压传感器、

电流表、电压表、单刀双掷开关以及导线若干。（1）先将单刀双掷开关S与“1”端相接，调节电阻箱接入电路的R的阻

值，使电流表的指针满偏，记下这时电流表的示数I0＝500

μA、电压表的

示数U0＝6.0

V，此时电阻箱接入电路的R的阻值为9.5

kΩ，则电流表的内

阻为

kΩ；

2.5

a到b

（3）若换用另一个电介质相同、极板间距相等、极板正对面积较小的电

容器进行实验，则得到的U-t图像中图线与坐标轴所围成的面积将

⁠

。（选填“变大”“变小”或“不变”）

变

小

（2023·山东高考14题）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。某同学设计图甲所示电路，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10

V，电容标识不清）；电源E（电动势12

V，内阻不计）；电阻箱R1（阻值0～99

999.9

Ω）；滑动变阻器R2（最大阻值20

Ω，额定电流2

A）；电压表V（量程15

V，内阻很大）；发光二极管D1、D2，开关S1、S2，电流传感器，计算机，导线若干。回答以下问题：（1）按照图甲连接电路，闭合开关S1，若要升高电容器充电电压，滑动变

阻器滑片应向

端滑动（选填“a”或“b”）。解析：题图甲中滑动变阻器为分压式接法，滑动变阻器滑片左端的部分与电容器并联，要升高电容器两端的电压，滑动变阻器的滑片应向b端移动。b

（2）调节滑动变阻器滑片位置，电压表表盘如图乙所示，示数

为

V（保留1位小数）。解析：

电压表量程为15

V，分度值为0.5

V，则电压表示数为6.5

V。6.5

（3）继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为8.0

V时，开关S2掷向1，得到电容器充电过程的I-t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）。

3.7×10－3

（4）本电路中所使用电容器的电容约为

F（结果保留2位有

效数字）。

4.6×10－4

（5）电容器充电后，将开关S2掷向2，发光二极管

（选填“D1”或

“D2”）闪光。解析：

电容器充电后，左板电势高，电容器放电时电流由左板经导

线流出，故D1闪光。D1

课时跟踪训练1.

（2024·重庆高考12题）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

（选填“电流”“电压”）仪器。解析：

位置②与电容器并联，为测量电压的仪器。电压

12345（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

⁠。解析：

电压表示数最大时，电容器充电完毕，电流表示数为零。0

12345（3）根据测到的数据，某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图像如

图乙所示。该过程为

（选填“充电”“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。放电

0.32

12345解析：

电容器放电时电压和电流都减小，图像逆向分析，该过程为

电容器放电过程。电容器充电完毕后的电压等于电源电动势，大小为12

V，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消耗的功率为P＝8×40×10－3

W＝

0.32

W。123452.

（2026·四川德阳期末）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的装置。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：12345（1）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。可知电容器充满电

后的电荷量Q＝

C。解析：

I-t图像与坐标轴围成的面积表示电荷量，一小格的电荷量为q＝0.25×10－3

A×1

s＝2.5×10－4

C图中总共约14小格，所以电容器充满电的电荷量为Q＝14q＝3.5×10－3

C。3.5×10－3

12345（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U的大小得出液体的深度h；改变深度

h，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

（选填“线性”或“非线性”）关系。

线性

12345（3）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

（选填“偏大”“偏小”或“不受影响”）。解析：

由于工作过程中电荷量会有一定的损失，则极板间电压随之

减小，将导致深度的测量结果偏小。偏小

123453.

（2025·四川遂宁三模）某同学在实验室发现一只电压标称为10

V、电

容标称模糊的电容器，现他找了以下器材来测该电容器的电容值。蓄电池：20

V，内阻可不计电压表：12

V，内阻很大定值电阻有三只：10

Ω；50

Ω；100

Ω滑动变阻器：标称为“30

V，50

Ω”一只单刀单掷开关：S1一只单刀双掷开关：S2一台数字电流计，可接电子显示屏，显示电流随时间的变化过程12345实验操作步骤如下：（1）该同学按图1所示电路图进行组装电路，则定值电阻R1阻值应

选

Ω。50

解析：

根据题意可知蓄电池电压为20

V，电容器电压标称为10

V，滑动变阻器的最大阻值为50

Ω，根据串联电阻分压关系可知定值电阻的阻值应选50

Ω；12345（2）他先闭合开关S1，S2刀片掷于

，调节滑动变阻器R2，稳定后读出电压表读数为4

V。然后，他把S2刀片掷于

，在电子显示屏上得到如图2中的甲曲线。解析：

他先闭合开关S1，S2刀片掷于b端，调节滑动变阻器R2，稳定

后读出电压表读数为4

V，电容器充电；然后，他把S2刀片掷于a端，电容

器放电；b

a

12345（3）利用单位面积法算得I-t图像中甲曲线和两坐标轴所围的面积为0.04

mA·s，已知电容器放电时其内阻可以忽略不计，则电容器的电容为C＝

F。

1×10－5

12345（4）接着，他以同样的操作步骤，重新调节滑动变阻器R2，在电子显示屏上得到如图2中的乙曲线，则稳定时电压表读数为

V。（保留两位有效数字）

7.2

123454.

（2026·河北秦皇岛模拟）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的“面积”。12345（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

（选填“相同”或“相反”），大小都随时间

（选填

“增加”或“减小”）。解析：

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。相反

减小

12345（2）该电容器的电容为

F（结果保留2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。请你分析并说明该同学的说法是

否正确。答案：见解析1.0×10－2

12345

123455.

（2026·辽宁大连模拟）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。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。其中C表示电容器的电容，R表示电阻的阻值，E表示电

源的电动势（电源内阻可忽略）。12345（1）开关S改接2后，电容器进行的是

（选填“充电”或“放

电”）过程。此过程得到的I-t图像如图乙所示。如果不改变电路其他参

数，只减小