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专题46 电容器充放电实验、
描绘小灯泡的伏安特性曲线
和探究电磁感应现象、变压器实验
考点
三年考情（2022-2024）
命题趋势
考点1 电容器
充放电实验
（5 年3 考）
2024 年高考海南卷：用如图a 所示的电路观察
电容器的充放电现象。
2024 年1 月浙江选考·第17 题：“观察电容器的
充、放电现象”实验
2023 年高考福建卷：某同学用图（a）所示的电
路观察矩形波频率对电容器充放电的影响。
1. 电容器充放电实验高考考查频
率较高，主要表现在对充放电电
流图像意义的理解。
2. 描绘小灯泡的伏安特性曲线电
路是滑动变阻器分压接法；考查
要点主要有：电路连接、元件选
用、伏安特性曲线的分析、电功
率计算及其相关知识点。
3. 一般采用条形磁铁、螺线管、
灵敏电流计、滑动变阻器、电池
等实验装置探究影响感应电流方
向的因素；采用可拆变压器等探
究变压器的电压与匝数关系。
考点2 描绘小
灯泡的伏安特
性曲线
（5 年2 考）
2024 年6 月高考浙江卷：在测绘发光二极管在
导通状态下的伏安特性曲线实验
2023 高考全国甲卷：某同学用伏安法测绘一额
定电压为6V、额定功率为3W 的小灯泡的伏安
特性曲线，
2022·全国理综乙卷第23 题：一同学探究阻值约
为
的待测电阻
在
范围内的伏
安特性。
考点3 探究电
磁感应现象和
变压器实验
（5 年2 考）
2024 年高考北京卷：用图2 所示的实验装置探
究影响感应电流方向的因素；
2023 高考重庆卷：兴趣小组拟研究某变压器的
输入和输出电压之比，以及交流电频率对输出
电压的影响。
1
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考点47 观察电容器的充放电现象
1. （2024 年高考海南卷）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
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）。
【答案】（1）B （2） ①.
②.
【解析】
（1）电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从0 增大某一最大值，后随着电容器的不断充电，
电路中的充电电流在减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于开路，电流为0。故选B。
（2）[1]根据电路图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R
的电流方向
；
[2]
时
可知此时电容器两端的电压为
电容器开始放电前两端电压为
，根据
图像与横轴围成的面积表示放电量可得
间的放电量
为
2
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后到放电结束间放电量为
根据题意
，解得
2. （2024 年1 月浙江选考·17）在“观察电容器
充、放电现象”实验中，把电阻箱
（
）、
一节干电池、微安表（量程
，零刻度在中间位置）、电容器
（
、
）、单刀双掷
开关组装成如图1 所示的实验电路。
（1）把开关S 接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零：然后把开关S 接2，微安表指针偏转
情况是___；
A.迅速向右偏转后示数逐渐减小 B.向右偏转示数逐渐增大
C.迅速向左偏转后示数逐渐减小 D.向左偏转示数逐渐增大
（2）再把电压表并联在电容器两端，同时观察电容器充电时电流和电压变化情况。把开关S 接1，微安表
指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到
时保持不变；电压表示数由零逐渐增大，指针偏转到如图2 所
示位置时保持不变，则电压表示数为___V，电压表的阻值为___
（计算结果保留两位有效数字）。
【答案】 （1）. C （2）. 0.50 . 3.1
【解析】
（1）[1]把开关S 接1，电容器充电，电流从右向左流过微安表，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小
到零；把开关S 接2，电容器放电，电流从左向右流过微安表，则微安表指针迅速向左偏转后示数逐渐减
小。
故选C。
（2）[2]由题意可知电压表应选用0~3V 量程，由图2 可知此时分度值为0.1V，需要估读到0.01V，则读数
为0.50V。
[3]当微安表示数稳定时，电容器中不再有电流通过，此时干电池、电阻箱、微安表和电压表构成回路，根
据闭合电路欧姆定律有
根据串联电路规律有
3
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联立可得
3. （2024 年高考广西卷） 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
，内阻不计），电阻
，电阻
，电流传感器，开关
、
，
导线若干。实验步骤如下：
（1）断开
、
，将电流传感器正极与a 节点相连，其数据采样频率为
，则采样周期为
_____s；
（2）闭合
，电容器开始充电，直至充电结束，得到充电过程的
曲线如图乙，由图乙可知开关
闭
合瞬间流经电阻
的电流为_____
（结果保留3 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
_____V；
（4）实验得到放电过程的
曲线如图丙，
曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为
，则电容器的电容C 为_____
。图丙中
曲线与横坐标、直线
所围面积对应电容器释
放的电荷量为
，则
时电容器两极板间电压为_____V（结果保留2 位有效数字）。
【答案】（1）
（2）15.0 （3）2
（4） ①.
②. 5.2
【解析】
（1）采样周期为
（2）由图乙可知开关
闭合瞬间流经电阻
的电流为
；
（3）放电结束后电容器两极板间电压等于
两端电压，根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为
（4） [1]充电结束后电容器两端电压为
，故可得
4
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解得
[2]设
时电容器两极板间电压为
，得
代入数值解得
4. （2023 年高考福建卷） 某同学用图（a）所示的电路观察矩形波频率对电容器充放电的影响。所用器
材有：电源、电压传感器、电解电容器C（
，
），定值电阻R（阻值
）、开关S、导线
若干。
（1）电解电容器有正、负电极的区别。根据图（a），将图（b）中的实物连线补充完整_________；
（2）设置电源，让电源输出图（c）所示的矩形波，该矩形波的频率为_________
；
（3）闭合开关S，一段时间后，通过电压传感器可观测到电容器两端的电压
随时间周期性变化，结果
如图（d）所示，A、B 为实验图线上的两个点。在B 点时，电容器处于_________状态（填“充电”或“放
电”）在_________点时（填“A”或“B”），通过电阻R 的电流更大；
（4）保持矩形波的峰值电压不变，调节其频率，测得不同频率下电容器两端的电压随时间变化的情况，
并在坐标纸上作出电容器上最大电压
与频率f 关系图像，如图（e）所示。当
时电容器所带
电荷量的最大值
_________C（结果保留两位有效数字）；
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（5）根据实验结果可知，电容器在充放电过程中，其所带的最大电荷量在频率较低时基本不变，而后随
着频率的增大逐渐减小。
【参考答案】 （1） .
（2）.
（3） 充电 . B （4）
【名师解析】
（1）根据电路图连接实物图，如图所示
（2）由图（c）可知周期
，所以该矩形波的频率为
（3）由图（d）可知，B 点后电容器两端的电压慢慢增大，即电容器处于充电状态；从图中可得出，A 点
为放电快结束阶段，B 点为充电开始阶段，所以在B 点时通过电阻R 的电流更大。
（4）由图（e）可知当
时，电容器此时两端的电压最大值约为
根据电容的定义式
得此时电容器所带电荷量的最大值为
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5. （2023 高考山东高中学业水平等级考试） 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
，电容标识不清）；
电源E（电动势
，内阻不计）；
电阻箱
（阻值
）；
滑动变阻器
（最大阻值
，额定电流
）；
电压表V（量程
，内阻很大）；
发光二极管
，开关
，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
，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向___________端滑
动（填“a”或“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）。
（3）继续调节滑动变阻器滑片位置，电压表示数为
时，开关
掷向1，得到电容器充电过程的
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）。
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（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）。
（5）电容器充电后，将开关
掷向2，发光二极管___________（填“
”或“
”）闪光。
【参考答案】 （1） b （2）6.5 （3）
（4） .
（5） .
【名师解析】
（1）滑动变阻器分压式接法，故向b 端滑动充电电压升高；
（2）电压表量程15 V，每个小格0.5 V，
估读，电压表示数为6.5 V；
（3）
图像所围的面积，等于电容器存储的电荷量，35 个小格，故电容器存储的电荷量为
C；
（4）由电容的定义式
得：
C；
（5）开关
掷向2，电容器放电，故
闪光。
6．（2023 全国高考新课程卷）（6 分）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。
图（a） 图（b）
（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________（填“正极”或“负
极”）接触。
（2）某同学设计的实验电路如图（a）所示。先将电阻箱的阻值调为R，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
________。（填正确答案标号）
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
，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I 随时间t 变化如图（b）中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为________（填“R1”或
“R2”）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________（填“电压”或“电
荷量”）。
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【参考答案】（1）正极 （2）C （3）R2 电荷量
【名师解析】（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极接触。
（2）电容器充电完成后，开关S 再与“2”端相接，电容器放电，通过小灯泡的电流迅速减小，即相接后
小灯泡亮度变化情况可能是迅速变亮，然后亮度逐渐减小至熄灭，C 正确；（3）将电阻箱的阻值调为
，得到的电流I 随时间t 变化如图（b）中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值较大即为R2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电荷量。
考点02 描绘小灯泡的伏安特性曲线实验
1. . （2024 年6 月高考浙江卷） 在测绘发光二极管在导通状态下的伏安特性曲线实验中，
（1）用多用电表欧姆挡判断发光二极管的正负极选用
挡时，变换表笔与二极管两极的连接方式，发
现电表指针均不偏转。选用挡_______（选填”
”或“
”）重新测试，指针仍不偏转，更换二极
管极性后，发现指针偏转，此时与多用电表红色表笔相连的是二极管_________（选填“正极”或“负
极”）。
（2）图（A）是已完成部分连线的实物图，为实现电压可从零开始调节，并完成实验，P 应连接________
接线柱（选填“a"“b”“c”或“d”），Q 应连接_________接线柱（选填“a”、“b”、“c”或
“d”）。某次选用多用电表量程为50 mA 挡测量，指针如图（B）所示，则电流I=__________mA
（3）根据测得数据，绘出伏安特性曲线如图（C）所示，说明该二极管是__________元件（选填“线性”
或“非线性”，正常发光时电压在_________V 范围。
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【答案】（1） ①. ×1k ②. 负极
（2） ①. a ②. d ③. 45.0
（3） ①. 非线性 ②. 1.9-2.5
【解析】（1）指针未偏转，说明可能电阻过大，应换用
档继续实验；根据“红进黑出”原则及二极
管单向导电性可知红色表笔相连的是二极管负极。
（2）实现电压可从零开始调节，滑动变阻器采用分压式接法，P 应连接a；根据图C 可知电压表选取
量程，故Q 接d；
多用电表量程为50 mA，分度值为1mA，需要估读到0.1mA，故电表的读数为
（3）根据图像可知I 随U 非线性变化，故说明该二极管是非线性元件，根据图像可知正常发光时即有电流
通过时电压在1.9V-2.5V 范围。
2 （2023 高考全国甲卷）（5 分）某同学用伏安法测绘一额定电压为6V、额定功率为3W 的小灯泡的伏安
特性曲线，实验所用电压表内阻约为6kΩ，电流表内阻约为1.5Ω，实验中有图（a）和（b）两个电路供选
择。
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（1）实验中得到的电流I 和电压U 的关系曲线如图（c）所示，该同学选择的电路为图 （填“
a ”或
“
b ”）
（2）若选择另一电路图进行实验，在答题卡所给图上画出实验中应得到的关系曲线的示意图。
【参考答案】（1）图（a）
（2）
【命题意图】本题考查描绘小灯泡伏安特性曲线电路选择及其对伏安特性曲线的理解。
【解题思路】
（1）根据得到的电流I 和电压U 的关系图像可知，当电压为额定电压U=6V 时，通过的电流为I=0.5A，可
知，该同学选择的电路为图（a）。
（2）由于小灯泡正常发光时电阻RD =U/I=6Ω，若选择另一电路图进行实验，则在电流表读数为0.5A 时，
电压表读数为U’=I（RD+rA）=0.5×（6+1.5）=3.75A，所以实验应该得到的关系图像如下。
【规律总结】采用电流表外接电路，则电流表读数稍大于通过小灯泡的电流；采用电流表内接电路，则电
压表读数稍大于通过小灯泡两端电压。
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3. （2022·全国理综乙卷·23）一同学探究阻值约为
的待测电阻
在
范围内的伏安特性。
可用器材有：电压表V（量程为
，内阻很大），电流表A（量程为
，内阻为
），电源E
（电动势约为
，内阻不计），滑动变阻器R（最大阻值可选
或
），定值电阻
（阻值可选
或
），开关S，导线若干。
（1）要求通过
的电流可在
范围内连续可调，在答题卡上将图（a）所示的器材符号连线，画
出实验电路的原理图________；
（2）实验时，图（a）中的R 应选最大阻值为______（填“
”或“
”）的滑动变阻器，
应
选阻值为______（填“
”或“
”）的定值电阻；
（3）测量多组数据可得
的伏安特性曲线。若在某次测量中，电压表、电流麦的示数分别如图（b）和
图（c）所示，则此时
两端的电压为______V，流过
的电流为_____
，此组数据得到的
的阻值
为______
（保留3 位有效数字）。
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【参考答案】 ①.
②.
③.
④.
⑤.
⑥.
【名师解析】
（1）[1]电流表内阻已知，电流表与
并联扩大电流表量程，进而准确测量通过
的电流，电压表单独
测量
的电压；滑动变阻器采用分压式接法，电表从
开始测量，满足题中通过
的电流从
连
续可调，电路图如下
（2）[2]电路中
应选最大阻值为
的滑动变阻器，方便电路的调节，测量效率高、实验误差小；
[3]通过
的电流最大为
，需要将电流表量程扩大为原来的
倍，根据并联分流的规律示意图如下
根据并联分流，即并联电路中电流之比等于电阻的反比，可知
解得
（3）[4]电压表每小格表示
，向后估读一位，即
；
[5]电流表每小格表示
，本位估读，即
，电流表量程扩大
倍，所以通过
的电流为
；
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[6]根据欧姆定律可知
考点03 探究电磁感应现象和变压器实验
1.（2024 年高考北京卷）（2）用如图2 所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素．如图3 所示，分别
把条形磁体的N 极或S 极插入、拔出螺线管，观察并标记感应电流的方向．
关于本实验，下列说法正确的是____________（填选项前的字母）．
A．需要记录感应电流的大小
B．通过观察电流表指针的偏转方向确定感应电流的方向
C．图3 中甲和乙表明，感应电流的方向与条形磁体的插入端是N 极还是S 极有关
【参考答案】BC
【名师解析】本实验探究影响感应电流方向的因素，故不需要记录感应电流的大小，A 错误；本实验通过
电流表指针的偏转方向确定感应电流的方向，B 正确；由题图3 甲和乙知，条形磁体插入N 极和S 极时，
电流方向不同，故感应电流的方向与条形磁体的插入端是N 还是S 有关，C 正确．
2.（9 分）（2023 高考重庆卷）一兴趣小组拟研究某变压器的输入和输出电压之比，以及交流电频率对输
出电压的影响。题12 图1 为实验电路图，其中L1和L2为变压器的原、副线圈，S1和S2为开关，P 为滑动变
阻器Rp 的滑片，R 为电阻箱，E 为正弦式交流电源（能输出电压峰值不变、频率可调的交流电）。
（1）闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P 向右滑动后，与滑动前相比，电表的
示数 （选填 “变大”“不变”“ 变小”）。
（2）保持S2断开状态，调整E 输出的交流电频率为50 Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈
L1两端的电压为2500 mV 时，用示波器测得线圈L2两端电压u 随时间t 的变化曲线如题12 图2 所示，则线
圈L1两端与L2两端的电压比值为 （保留3 位有效数字）。
（3）闭合S2，滑动P 到某一位置并保持不变。分别在E 输出的交流电频率为50 Hz、1000 Hz 的条件下，
改变R 的阻值，用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U，得到U-R 关系曲线如题12 图3 所示。用
一个阻值恒为20 Ω 的负载R0 替换电阻箱R，由图可知，当频率为1000 Hz 时，R0 两端的电压为
mV；当频率为50 Hz 时，为保持R0两端的电压不变，需要将R0与一个阻值为 Ω 的电阻串联。（均
保留3 位有效数字）
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【参考答案】（1）变大 （2）12.5 (3)270 13.0
【名师解析】
（1）闭合S1，用多用电表交流电压挡测量线圈L1两端的电压。滑片P 向右滑动后，与滑动前相比，变压器
原线圈输入电压增大，电表的示数变大。
（2）保持S2断开状态，调整E 输出的交流电频率为50 Hz，滑动滑片P，用多用电表交流电压挡测得线圈
L1两端的电压为U1=2500 mV 时，用示波器测得线圈L2两端电压u 随时间t 的变化曲线如题12 图2 所示，副
线圈输出电压最大值为280mV，其有效值为U2=0.707×280mV=200mV，则线圈L1两端与L2两端的电压比值
为
=12.5。
（4）闭合S2，滑动P 到某一位置并保持不变。分别在E 输出的交流电频率为50 Hz、1000 Hz 的条件下，
改变R 的阻值，用多用电表交流电压挡测量线圈L2两端的电压U，得到U-R 关系曲线如题12 图3 所示。用
一个阻值恒为20 Ω 的负载R0替换电阻箱R，由图可知，当频率为1000 Hz 时，R0两端的电压为270mV；
当频率为50 Hz 时，为保持R0两端的电压270mV 不变，需要将R0与一个阻值为13.0Ω 的电阻串联。（均
保留3 位有效数字）
3．（2023 年6 月高考浙江选考科目）（2 分）以下实验中，说法正确的是________（多选）。
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A．“观察电容器的充、放电现象”实验中，充电时电流逐渐增大，放电时电流逐渐减小
B．“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，滴入油酸酒精溶液后，需尽快描下油膜轮廓，测出油膜面
积
C．“观察光敏电阻特性”和“观察金属热电阻特性”实验中，光照强度增加，光敏电阻阻值减小；温度
升高，金属热电阻阻值增大
D．“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”实验中，如果可拆变压器的“横梁”铁芯没装上，原线
圈接入10V 的交流电时，副线圈输出电压不为零
【参考答案】CD
【名师解析】“观察电容器的充放电现象”实验中，充电时电流逐渐减小，放电时电流逐渐减小，A 错误；
“用油膜法估测油酸分子的大小”实验中，滴入油酸酒精溶液后，需要等到油膜充分扩展成单分子油膜后，
才能描绘油膜轮廓，测出油膜面积，B 错误；“观察光敏电阻特性”实验中，光照强度增加，光敏电阻阻
值减小；“观察金属热电阻特性”实验中，温度升高，金属热电阻阻值增大，C 正确；“探究变压器原、
副线圈电压与匝数的关系”实验中，如果可拆变压器的“横梁”铁芯没有装上，原线圈接入10V 的交流电
时，只是漏磁较大，在副线圈中仍能够产生感应电动势，副线圈输出电压不为零，D 正确。
16
