文档文本内容
高考实验解读与针对性训练
实验11 观察电容器充、放电现象
【实验解读】
一、教材实验解读
实验原理
实验操作
注意事项
图甲 电容器充电
图乙 电容器放电
如图甲，电容器与电源相
连，形成充电电流，随着
极板电荷量的增加，充电
电流减小。
如图乙，电容器的正、负
电荷中和，形成放电电
流，随着极板电荷量的减
少，放电电流减小
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
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i－t 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C
＝估算出电容器的电容C。
二、拓展创新实验
【高考启示】
高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景。
因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中
实验的原理、方法和技巧处理新问题。
实验器材创新：1.利用电流传感器代替电流表；
2. 利用二极管代替开关。
【高考典例】
【典例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
后到放电结束间放电量为
根据题意
，解得
【典例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
联立可得
【典例3】. （2024 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
解得
[2]设
时电容器两极板间电压为
，得
代入数值解得
【典例4】 (2023·山东卷，14)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2 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。
图2
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”)。
(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)。
(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S2掷向2，发光二极管________(选填“D1”或“D2”)闪
光。
答案 (1)b (2)6.5 (3)3.7×10－3 (4)4.6×10－4 (5)D1
解析 (1)滑动变阻器采用分压式接法，要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑
片应向b 端滑动。
(2)电压表量程15 V，每个小格0.5 V，故读数为6.5 V。
(3)I－t 图像所围的面积等于电容器存储的电荷量，37 个小格，故电容器存储的
电荷量为
Q＝37×0.2×10－3×0.5 C＝3.7×10－3 C。
(4)由电容的定义式C＝得C＝4.6×10－4 F。
(5)开关S2掷向2，电容器放电，放电电流方向为从左向右，故D1闪光。
【针对性训练】
1.. （2025 年5 月贵州贵阳普通高中教学检测）某同学为观察电容器的充放电现象，设计
了如图（a）所示的实验电路图。
（1）根据图（a），在答题卡上完成图（b）中的实物图连线。
（2）该同学正确连接电路后，将单刀双掷开关拨到位置“1”，发现电流计指针向右偏转，
待指针稳定后把开关迅速拨到位置“2”，观察到电流计的指针_____。（选填正确答案前
的序号）
①继续向右偏转，然后保持不变
②继续向右偏转，然后回到零刻度线
③向左偏转，然后回到零刻度线
（3）该同学将电容器充电后断开开关，经过一段较长的时间后发现电压表的示数最终为零，
原因是_____。
【答案】（1）
（2）③
（3）电容器通过电压表放电了
【解析】（1）根据电路图连接实物图，如图所示
（2）开关S 接1，电容器充电，电容器上极板带正电，通过微安表的电流方向从左往右，
微安表指针向右偏转，稳定后，充电完成，微安表示数减为0，开关S 接2，电容器放电，
电容器上极板带正电，通过微安表的电流方向从右往左，则微安表指针向左偏转后示数逐
渐减小，故选③。
（3）用电压表接在电容器两端测量电压，发现读数缓慢减小，说明电压表
内阻不是无穷
大，电容器通过电压表在缓慢放电，放电结束后电压表示数为0。
2. (2023·新课标卷，22)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
________(填“正极”或“负极”)接触。
(2)某同学设计的实验电路如图11(a)所示。先将电阻箱的阻值调为R1，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R2(R2＞R1)，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”)。
图11
答案 (1)正极 (2)C (3)R2 电荷量
解析 (1)在使用多用电表时，应保证电流从红表笔流入，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R2；根据电流的定义式I＝可知q＝It，则I－t 图像中曲线与坐标轴围成
的面积为电荷量。
3. （6 分）(2025 广西重点高中质检)电容器在数码电子产品中应用广泛。观察电容器的充、
放电现象的实验装置如图甲所示，S 是单刀双掷开关，
为灵敏电流计，C 为平行板电容
器。
甲
乙
（1）当开关S 接________（填“1”或“2”）时平行板电容器放电。
（2）实验中测出不同电压下电容器所带的电荷量，记录的数据如表所示，请在图乙中画出
图像（在答题卡上作答）；根据图像可知，实验中使用的电容器的电容为F_______
（结果保留两位有效数字）。
U/V
2.0
4.0
6.0
8.0
4.80
9.60
14.40
19.20
【答案】.（1）2 （2 分）
（2）
（2 分）
（2 分）
【解析】（1）开关S 接1 时电容器充电，接2 时电容器放电。
（2）根据描点法在坐标系中描好点，连接各点后发现其图像为正比例图线，如图所示。根
据电容器的定义式
，解得电容器的电容
。
4. (2024 湖北名校联考)利用如图所示电路观察电容器的充、放电现象，其中E 为电源，S
为单刀双掷开关，R 为定值电阻，C 为电容器，A 为电流传感器，V 为电压传感器。
（1）如图甲所示，开关S 接________（填“1”或者“2”）时，电容器处于充电过程中。
（2）开关S 接1，同时开始计时，得到的U-t 图像为（ ）
A.
B.
C.
D.
（3）改接开关，电容器放电。此过程中，得到的I-t 图像如图乙所示，则通过R 的电荷量
约为_______C。（结果保留两位有效数字）。
【答案】（1）1 （2）B
（3）5.5×10-3（5.1×10-3~5.9×10-3均算对）
【解析】
(1)开关接1 时，电源与R 和C 组成电路，此时C 处于充电状态，开关接2 时， R 和C 组成
电路，此时C 处于放电状态。故选1
(2)开关接1 时，此时C 处于充电状态，其两极板不断积累电荷，由公式
电容只跟本身结构有关，保持不变，Q 不断变大，所以两极板电压不断增加，最终趋于稳
定等于电源电压。故选B。
(3)改接开关，电容器放电。此过程中，得到的I-t 图像如图乙所示，其图线与坐标轴围成
的面积表示电荷量的大小，通过图像可知一个方格表示电荷量为
，大约有70 个
方格，则通过R 的电荷量约为
5 .(8 分)(2024·安徽高三联考)在“用传感器观察电容器的充、放电过程”实验
中，按图1 所示连接电路。电源电动势为8.0 V，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)如果用欧姆表直接连接待测电容器(未充电)两端，观察到指针的偏转情况是
________。
A.偏转角度一直很小
B.偏转角度一直很大
C.偏转角度逐渐增大
D.偏转角度先很大，再逐渐减小
(2)开关S 突然接“1”时，电容器处于________(选填“充电”或“放电”)状态，
电容器板________(选填“A”或“B”)带正电。
(3)电容器充电后，开关S 改接2 使电容器进行放电，此过程得到的I－t 图像如
图2 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I－t
曲线与坐标轴所围成的面积将__________(选填“减小”“不变”或“增大”)。
(4)若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量Q＝3.44×10－3 C，
则该电容器的电容为________μF。
(5)关于电容器在整个充、放电过程中的q－t 图像和uAB－t 图像的大致形状，可
能正确的有________(q 为电容器极板所带的电荷量，uAB为A、B 两板的电势差)。
【参考答案】.(1)D (2)充电 A (3)不变 (4)430 (5)AD
解析 (1)用欧姆表直接连接待测电容两端，表内部电源给电容器充电，在开始
时电流较大，所以指针的偏转角度很大，随着电容器所带电荷量不断增大，充
电电流逐渐减小，所以指针的偏转角度逐渐减小，故D 正确。
(2)开关接“1”时，电容器开始充电，A 板带正电。
(3)根据Q＝CU，电荷量与电阻值R 无关，如果不改变电路其他参考数，只减小
电阻R 的阻值，则此过程的I－t 曲线与坐标轴所围成的面积将不变。
(4)根据电容的定义式可得
C＝＝ F＝430 μF。
(5)电容器在充电过程中，电流由最大逐渐减小，放电过程电流也是由最大逐渐
减小，根据q－t 图像的切线的斜率表示电流的大小，故A 正确，B 错误；根据
电容的定义式可得U＝，电容器的电容不变，图像的形状与q－t 图像相似，C
错误，D 正确。
6（2）（2024 年4 月北京朝阳质检）某同学用图甲所示的电路观察电容器的充、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根据图甲，将图乙中的实物连线补充完整。
②将图乙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
图像是______。
A．
B．
C．
D．
③将图乙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，如图丙所示。已知开关接2 瞬间开始计时，此时电压传感器记录数据为
，利用数据
处理软件得到
图线与坐标轴围成的面积为
。根据该实验数据曲线可以粗测实验中
电容器的电容
______。（用题中已知物理量
、R 和
表示）
【参考答案】．（8 分）（1）BE
（2）①见图 ②A ③
【名师解析】①根据图甲的原理电路图，用笔划线代替导线将图乙中的实物连线。
②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
图像是A。
③由于I——t 图像的面积表示电容器所带电荷量Q，根据欧姆定律U=IR，可知
图线
与坐标轴围成的面积为
=QR，由C=Q/U 可知该实验数据曲线可以粗测实验中电容器的电
容
。
7. （2024 江苏泰州3 月调研）电容储能已经在电动汽车、风力发电等方面得到广泛应用。
某同学设计了图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程和测定电容器的电容。
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）；滑动变阻器
（最大阻值
）；
电阻箱
（阻值
）；电压表V（量程
，内阻较大）；
开关
，电流传感器，计算机，导线若干
（1）按照图甲连接电路，闭合开关
、断开开关
，若要升高电容器充电电压，滑动变
阻器
滑片应向___________端滑动（选填“a”或“b”）。
（2）当电压表
示数为
时，调节
的阻值，闭合开关
，通过计算机得到电容
器充电过程电流随时间变化的图像；保持
的阻值不变，断开开关
，得到电容器放电
过程电流随时间变化的图像，图像如图乙所示。测得
，则
___________
。
（3）重复上述实验，得到不同电压下电容器的充、放电过程的电流和时间的图像，利用面
积法可以得到电容器电荷量的大小，测出不同电压下电容器所带的电荷量如下表：
实验次数
1
2
3
4
5
6
3
4
5
6
7
8
0.1
4
0.1
9
0
2
4
0.3
0
0.3
3
0.3
8
请在图丙中画出
图像_____，并利用图像求出电容器的电容为____F。（结果保留两
位有效数字）
（4）实验发现，相同电压下电容器充、放电过程的电流和时间的图像中的
总是略大于
，其原因是___________。
【参考答案】（1）b （2）500
（3） ①. 见解析 ②.
（4）充电过程，R2会把一部分电能转化为内能，导致充电电流的最大值略大于放电电流的
最大值。
【名师解析】（1）由图甲所示的电路可知，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器
的
滑片应向b 端滑动。
（2）由图乙可知，充电的最大电流值为I1=6mA，电压U1=3V。根据欧姆定律可得
（3）根据实验测出不同电压U 下电容器所带的电荷量Q，先在坐标系中描出各个数据点，
然后过尽可能的数据点，用直尺绘出
图像如图所示。
根据电容定义式
结合图像可得图线的斜率倒数表示电容器电容，即
。
（4）充电过程，R2会把一部分电能转化为内能，导致充电电流的最大值略大于放电电流的
最大值。
