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实验 09 观察电容器的充、放电现象
1.了解电容器的充电、放电过程，会计算电容器充、放电电荷量
2.了解影响平行板电容器电容大小的因素，能利用公式判断平行板电容器电容的变化
1．实验原理
(1)电容器的充电过程
如图所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在静电力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移
动，正极板因失去电子而带正电，负极板因获得电子而带负电．正、负极板带等量的正、负电荷．电荷在
移动的过程中形成电流．
在充电开始时电流比较大(填“大”或“小”)，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐减小(填“增大”或
“减小”)，当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止定向移动，电流I＝0 .
(2)电容器的放电过程
如图所示，当开关S接2时，相当于将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷发
生中和．在电子移动过程中，形成电流．
放电开始电流较大(填“大”或“小”)，随着两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流逐渐减小(填“增
大”或“减小”)，两极板间的电压也逐渐减小到零．
2．实验步骤
(1)按图连接好电路．
(2)把单刀双掷开关S打在上面，使触点1和触点2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3和触点2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．
3．注意事项
(1)电流表要选用小量程的灵敏电流计．
(2)要选择大容量的电容器．
(3)实验要在干燥的环境中进行．
【典例1】（2022·浙江温州·高一期末）在“观察电容器的充、放电现象”实验中，
（1）用如图1所示的电容器做实验，电容器外壳上面标着“2200μF，10V”，下列说法正确的是_________；
A．电容器的击穿电压为10V
B．电压为10V时，电容器才正常工作
C．电容器电压为5V时，电容是2200μF
D．电容器电压为5V时，电容是1100μF
（2）把干电池 、电阻箱 、电容器 、电流表 、单刀双掷开关S按图2电路图连成实验电路如图3所
示，将电阻箱 调到合适阻值。
①先使开关S接1，电源给电容器充电，观察到电流表指针偏转情况为____________；
A．逐渐偏转到某一刻度后保持不变 B．逐渐偏转到某一刻度后迅速回到0
C．迅速偏转到某一刻度后保持不变 D．迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0
②电容器充电完毕，断开开关，此时如图2所示电路图中电容器上极板____________（填“带正电”、
“带负电”或“不带电”）；
③然后将开关S接2，电容器放电。在放电过程中，电路中的电流大小为 ，电容器所带电荷量为 ，电容器两极板电势差为 ，电容器的电容为 。下面关于 、 、 、 随时间 的变化的图像，正确的是
____________。
A． B．
C． D．
【典例2】（2022·辽宁一模）电容器作为储能器件，在生产生活中有广泛的应用。对给定电容值为C的电
容器充电，无论采用何种充电方式，其两极间的电势差u随电荷量q的变化图像都相同。
（1）求两极间电压为U时电容器所储存的电能 ___________
（2）在如图1所示的充电电路中，R表示电阻，E表示电源（忽略内阻）。通过改变电路中元件的参数对
同一电容器进行两次充电，对应的 曲线如图2①②中所示。
a、①②两条曲线不同是___________（选填E或R）的改变造成的；
b、电容器有时需要快速充电，有时需要均匀充电。依据a中的结论，说明实现这两种充电方式的途径。
___________
（3）设想使用理想的“恒流源”替换（2）中电源对电容器充电，可实现电容器电荷量随时间均匀增加。
请思考使用“恒流源”和（2）中电源对电容器的充电过程，填写下表（选填“增大”、“减小”或“不
变”）。
“恒流源” （2）中电源电源两端电压 ___________ ___________
通过电源的电流 ___________ ___________
【典例3】（2022·北京房山·二模）电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛。使用图
甲所示电路观察电容器的充、放电过程。电路中的电流传感器与计算机相连，可以显示电路中电流随时间
的变化。图甲中直流电源电动势E=8V，实验前电容器不带电。先使S与“1”端相连给电容器充电，充电
结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的i-t曲线如图乙所示。
（1）图像阴影为i-t图像与对应时间轴所围成的面积，表示的物理意义是___________；
（2）乙图中阴影部分的面积 ___________ ；（选填“>”、“<”或“=”）
（3）计算机测得 ，则该电容器的电容为___________F；（保留两位有效数字）
（4）由甲、乙两图可判断阻值 ___________ 。（选填“>”、“<”或“=”）
【典例4】（2021·广东·揭阳华侨高中高三阶段练习）电流传感器可以像是电流表一样测量电流，不同的是
它的反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化。此外，由于它与计算机相连，还能显示出电流随时间变化
的 图像。实验电路图如甲所示，直流电源电动势 ，内阻可以忽略，电容器为几百微法的电解电容
器。先使开关 与1端相连，电源向电容器充电，这个过程可以在短时间内完成；然后把开关 打向2端，
电容器通过电阻 放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示电流随时间变化的 图像。一位同
学得到的 图像如图乙所示。（1）在如图乙所示的 图像中用阴影标记面积的物理意义是__________。
（2）根据图甲中电路图，连接图丙中的实物图。( )
（3）如果不改变电路其他参数，只增大电阻 ，充电时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”）
【典例5】（2022·浙江温州）在“观察电容器的充、放电现象”实验中，
（1）用如图1所示的电容器做实验，电容器外壳上面标明的“ ”的含义是__________
A．电容器的击穿电压为
B．电容器的额定电压为
C．电容器在 电压下才正常工作
（2）把干电池、电阻箱、电容器、微安表、开关连成如图2所示的实验电路，闭合开关，观察到微安表指
针偏转情况为__________
A．逐渐变大后保持不变
B．逐渐变大后迅速回到0
C．迅速偏转到某一刻度后保持不变
D．迅速偏转到某一刻度后逐渐减小
（3）电流传感器可以像电流表一样测量电流，不同的是反应比较灵敏，可以和计算机相连直接显示电流与时间的变化图象。按如图3所示电路图连接好实验电路，开关 与2接通待充电完成后，开关 与1接通，
电容器通过电阻放电，通过电阻 的电流方向为__________（填“向左”或“向右”）。电流传感器将电
流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的 图像如图4所示。根据图像估算出电容器全部放电过程中
释放的电荷量为__________ （保留三位有效数字）。
【典例6】（2021·北京·北大附中高三阶段练习）某实验小组做“观察电容器充、放电现象”的实验。
（1）同学甲用图所示的电路做实验。实验器材有电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开
关。关于电源和电流表的选取，下列说法正确的是( )
A．交流电源、零刻度线在左侧的电流表B．交流电源、零刻度线在中间的电流表
C．直流电源、零刻度线在左侧的电流表D．直流电源、零刻度线在中间的电流表
（2）同学乙将同学甲电路中的电流表和电压表换成电流传感器和电压传感器。同学乙先使开关S与1端相
连，稳定后得到图所示的图像，然后把开关S掷向2端，稳定后得到图所示的图像。根据图像，在表格内
各空格处填上合理的答案。
开关位置 电容器是在充电还是在放电 电流传感器中的电流正在增大还是减小
S与1端相连 ____________ ____________
S与2端相连 ___________ _______________（3）请你结合图，画出S与1端相连后，通过电流传感器的电流随时间变化的图像。并分析说明，在该过
程中，电流为什么会如此变化？( )
