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第41 讲 观察电容器的充、放电现象
目录
复习目标
网络构建
考点一 教材原型实验
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点 实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析
【提升·必考题型归纳】
考向1 实验原理与操作
考向2 数据处理与误差分析
考点二 创新实验方案
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点 实验方案的改进
【提升·必考题型归纳】
考向1 实验原理的改进
考向2 实验器材的创新
考向3 实验思路的创新
真题感悟
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。
1
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考点要求
考题统计
考情分析
观察电容器的充放电现象
2023 年山西卷第9 题
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。
考点一 教材原型实验
知识点 实验目的、器材、原理、步骤、注意事项、误差分析
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。
观察电容器的充、放电现象
教材原型实验
1. 实验原理与操作
2. 数据处理与误差分析
创新实验方案
1. 实验装置的改进
2. 实验器材的创新
3. 实验思路的创新
2
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（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
3
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时,则电路中就没有电流流过。电路中的平均电流为I= Δq
Δt 。
考向1 实验原理与操作
1．小理同学利用如图甲所示电路观察电容器的充、放电现象，图乙是毫安表表头。
（1）小理先将单刀双抛开关打到1 位置，发现毫安表指针向右偏转，电容器开始充电，充电电流逐渐变
____，此时电容器的上极板带____；再将开关打到2 位置，发现毫安表指针向____偏转，电容器开始放电，
放电电流逐渐变小。以上三空格，判断正确的是
A．大、正、右B．小、正、左
C．大、负、右D．小、负、左
（2）小理同学将放电过程所获得的数据绘制成图丙中的a 图线（图中实线）。再通过调节电阻箱，增大电
阻R，重复电容器的冲、放电过程，再收集放电电流的数据，将得到图丙中的 曲线（选填“b”或
“c”）。小理同学通过观察图像中的 （选填“截距”、“斜率”或“面积”），认为在误差允许的
范围内，控制充电电压不变，改变电路中的电阻，不会影响电容器放电的电荷量。
（3）在“观察电容器的充、放电现象”实验中，以下观点错误的是
A．在ef 之间增加一个微型直流小风扇，可以展示电容器是储能元件
B．更换电容C 值更小的电容器，在电源电压不变的情况下，电容器放电时释放的电荷量仍不变
C．将电源电压增大，且不超过电容器的耐压，可以增大电容器放电时释放的电荷量
D．将变阻箱转移动mn 之间，可以减少电容器的充电时间
考向2 数据处理与误差分析
2．某同学利用图（a）所示电路测量一电容器的电容，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。回答下列问题：
（1）下表记录了放电过程中某个时刻t 的物理量及其变化，在表中①②③空格处填上合理的答案；
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放电过程中某个时刻t
通过电阻R 的电流方向（选填“
”或“
”）
①
通过电阻R 的电流正在增大还是减小
②
电容器两端的电压正在增大还是减小
③
（2）充电过程中，电流传感器和电压传感器将信息即时输入计算机，屏幕上显示出如图（b）所示的电流
I、电压U 随时间t 变化的I-t 图线、U-t 图线。根据图（b）估算当电容器刚开始放电时所带的电荷量Q=
C，计算电容器的电容C= F；已知待测电容器电容标称值为
，则测量值C 与
的
差异为
%。（结果均保留2 位有效数字）
考点二 创新实验方案
知识点1 实验器材的改进：使用传感器测量数据
知识点2 实验思路的改进：组成LC 振荡电路，一个实验分饰两角。
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考向1 实验原理的改进
1．为了测量该电容器电容的大小，甲同学利用电流表和电压表来观察电容器充、放电现象，如图（a）所
示，所选用电流表的零刻度在表盘的正中央，指针可向左、右偏转，已知电流从该电流表的“+”接线柱流
入时，指针向右偏转，反之向左偏转。所选用的电压表的零刻度在表盘的最左侧。
（1）为观察电容器C 充电时的现象，应将单刀双掷开关S 接 （选填“1”或“2”）。
（2）在利用图（a）电路进行实验时，下列操作或现象正确的是 。
A．连接电路时，电流传感器的下端为“+”接线柱
B．电容器C 在放电时，流经电阻R 的电流忽左忽右
C．电容器C 充电结束后，电压表示数等于电源电动势
（3）乙同学用图（a）所示电路来观察电容器C 放电现象：他利用电流传感器采集放电过程电路中的电流，
并输入计算机，得到了图（b）所示的电流与时间的关系图像。已知该同学所选用的直流电源电动势
。
已知图（b）中图线与坐标轴所围成图形的面积表示电容器放电过程中所释放的电量，每一小格面积表示
的电荷量为
，据此可求出电容器放电前所带电荷量
C；根据该图，可知他所选用的
电容器最可能是下列的 （选填序号“A”，“B”或“C”）。
（4）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
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器两极间电压
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。为此他做出电容器两极间的电压
随电荷量
变化的图像如图所
示。按他的想法，下列说法正确的是 。
A．
图线的斜率越大，电容
越大
B．搬运
的电量，克服电场力所做的功近似等于
上方小矩形的面积
C．对同一电容器，电容器储存的能量
与两极间电压
成正比
D．若电容器电荷量为
时储存的能量为
，则电容器电荷量为
时储存的能量为
考向2 实验器材的创新
2．在“观察电容器的充、放电现象”实验中，某研究小组同学按照图甲所示连接电路，并将传感器与计
算机相连。实验时，先将开关S 掷向1，一段时间后，将开关掷向2，传感器将信息传入计算机屏幕上，显
示出电流或电压随时间变化的图线。
（1）由电路图可知，传感器1 应为 ，传感器2 应为 。
A．电流传感器 B．电压传感器 C．温度传感器 D．压力传感器
（2）用U 表示电容器两端的电压，I 表示电路中的电流，当开关掷向1 后的一段时间里，下列图像正确的
有 。
A．
B．
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C．
D．
（3）开关掷向2 后，通过R 的电流方向为 （填“向上””或“向下”）。
（4）若电源电动势为2V，开关掷向2 后，通过R 的电流大小的变化图像如图乙所示，则该电容器的电容
为 F。（结果保留两位有效数字）
考向3 实验思路的创新
3．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I‒t 图像是 。
A．
B．
C．
D．
②从I‒t 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，I‒t 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LC 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LC 振荡电流的部分图像，如图乙
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所示，根据图像中记录的坐标信息可知，振荡电路的周期T= s（结果保留两位有效数字）。
④如果使用电动势更大的电源给电容器充电，则LC 振荡电路的频率将 （填“增大”、“减小”或
“不变”）。
⑤已知电源电动势E，测得充电过程I‒t 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L= 。（以上物理量的单位均为国际单位制单位）
（2023 年山西卷高考真题）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（a）所示。先将电阻箱的阻值调为
，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
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“电荷量”）。
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