文档内容
考点 35 观察电容器的充、放电现象
1. 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。
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。
③ 的读数变大。④最后 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。
② 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 指示为电源电压,逐渐减小,直至为0。
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
Δq
时,则电路中就没有电流流过。电路中的平均电流为I= 。
Δt
考点一 教材原型实验
考向 1 实验原理与操作
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：
①开关 接1给电容器A充电，记录电压表示数 ，A带电荷量记为 ；
②开关 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 ，记录电压表示数 ，A带
电荷量记为 ，闭合 ，使B放电，断开 。③重复操作②，记录电压表示数 ，A带电荷量记为 。
电荷量 …
电压表示数/V 3.15 1.60 0.78 0.39 …
(1)在操作②中，开关 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0 B．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0 D．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 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 ，对电容器C充电，当充电完毕时电压表的示数 ；
（3）然后断开开关 ，电容器通过电阻R放电，利用电流传感器得到放电电流I随时间t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 图像用虚线表示，与原来放电图像进行比较，可能正确的是 。
A． B． C． D．
考向 2 数据处理与误差分析
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：
(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。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 。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”）。
(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 （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 ，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 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 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 ，则该电容器的电容为
，放电过程中电容器的电容将 （填“减小”“不变”或“增大”）。
考点二 创新实验方案
考向 1 实验器材的创新
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；(1)根据 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）；
(3)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 图像可能是图丙中的虚线
（选填“a”“b”或“c”中的一个，实线为闭合开关K时的 图像）。
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）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 、 图像。
先将开关S置于a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 C；电容大小约为 F。（结果均保留两位有效数字）
（3）在（2）问基础上，电容器充满电后， 时刻再把开关S置于b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）。
考向 2 实验思路的创新
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“E”或“R”）的改变造成的。(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 、内阻未知，电流表量程 、内阻等于 ，滑动变阻器 。
规范实验并根据测量数据描绘的 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 图线应为图d中 （填“I”或“Ⅱ”）
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 ，内阻为 。（保留3位有效数字）
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。
(1)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 。A． B． C． D．
②从 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
。
A．若只增大电阻箱R的阻值，电容器放电的时间将变短
B．若只增大电阻箱R的阻值， 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 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 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）。
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T，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）
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：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1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
所示。
则：
(1)电容器放电时，流过电阻R的电流方向为 ；（选填“a→b”或“b→a”）；
(2)已知 图线与t轴所围成的面积表示电荷量，若图丙中 图线与t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
。实验操作时，单刀双掷开关 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 图像如图乙所示。
(1)开关 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 ，则图乙中图线与坐标轴所围“面积”为 。
(3)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
极板间电压 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电场力所做的功。为此他还做出电容器两极板间的电压 随电荷量 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 越小B．对同一电容器，电容器储存的能量 与电荷量 成正比
C．对同一电容器，电容器储存的能量 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E、电流表A、电压表V、电
容器C、定值电阻R、单刀双掷开关S、导线若干。
(1)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I-t图像是_________。
A． B．
C． D．
(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。已
知开关接2瞬间开始计时，此时电压传感器记录数据为U ，利用数据处理软件得到U-t图线与坐标轴围成
m
的面积为S。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U 、
0 m
R和S 表示）
0
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I-t图像如图乙所示。(1)在4~7s时间内，开关S接 （填“1”或“2”）。
(2)关于电容器充电过程中两极板所带电荷量Q随时间t变化的图像，下列正确的是（ ）
A． B． C．
(3)如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，充电时I-t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”）。
(4)某同学研究电容器充电后储存的能量E与电容C、电荷量Q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Q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E与电荷量Q成正比
B．搬运∆q的电量，克服电场力所做的功近似等于∆q上方小矩形的面积
C．若电容器两极板间电压为U时储存的能量为E，则电压为 时储存的能量为
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:
(1)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I、电压U随时间t变化的 图线、
图线，则曲线 表示电容器充电过程的 图线，曲线 表示电容器放电过程的
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＝ μF。（结果
均保留2位有效数字）
(3)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R，则
得到 图线可能是图丙中的虚线 （选填“a”“b”“c”）。
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）；R、R、R 为定值电阻，
1 2 3
其中R=160Ω；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I-t图像。
2
(1)①闭合开关K ，开关K 与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的I-t图像如图（b）中的
2 1
图线I，图线I与时间轴围成的“面积”为S，其物理意义是 ；
1
②断开开关K ，开关K 与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的I-t图像如图（b）中的图线
2 1II，图线II与时间轴围成的“面积”为S ，理论上应该有S S（选填“>”“<”或“=”）；
2 1 2
(2)测得S 为2.64mA•s，由此可知电容器的电容C= μF，定值电阻R= Ω；开关K 闭合时，
1 3 2
电容器放电过程中通过R 的电量为 C。
3
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R（阻值0~99999.9Ω）；
1
滑动变阻器（最大阻值20Ω，额定电流2A）；
电压表V（量程15V，内阻很大）
发光二极管D 和D ，开关S 和S ，电流传感器，计算机，导线若干。
1 2 1 2
(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 。
(3)继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为8.0V时，开关S 掷向1，得到电容器充电过程的I-t图像，
2
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。
(4)电容器充电后，将开关S 掷向2，发光二极管 （选填“D ”，“D ”）发光。
2 1 2
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，即 。图甲是研究电容
器充、放电过程中电压和电流随时间变化规律的实验电路图，按图甲连接好实验器材，根据实验步骤，回答下列问题：
（1）先接通开关K ，给电容器充电，然后断开开关K ，再闭合开关K ，电容器放电，电阻R中电流的方
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向为 （选填“a到b”或“b到a”）；
（2）闭合开关K 的同时开始计时，通过计算机在同一坐标系中描绘出电压U和电流I随放电时间t的变化
2
图线，如图乙所示。图中电流I随时间t的变化图线与坐标轴围成的阴影面积的物理意义是 ，
图中阴影面积S 与阴影面积S 的比值是 ；
1 2
（3）若用计算机测得图中阴影面积S=916.13mA•s，则该电容器的电容为 F。（结果保留两位
1
有效数字）
9．（2024·海南·高考真题）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 、开关 、导线若干
(1)闭合开关 ，将 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_____（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
(2)先后断开开关 、 ，将电流表更换成电流传感器，再将 接2，此时通过定值电阻R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b， 时 ，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出 （保留2位有效数字）。
