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第46 练 实验十：观察电容器的充、放电现象
分值：50 分
1.(8 分)(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)(2 分)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)(2 分)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)(4 分)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，曲线与横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”)。
2.(7 分)(2025·山东潍坊市校考)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(相当于电流表)与计算机相连，可以显示电路中
电流随时间的变化关系。图甲中直流电源电动势E＝8 V，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)(2 分)乙图中阴影部分的面积S1 S2(填“>”“<”或“＝”)；
(2)(3 分)计算机测得S1＝1 203 mA·s，则该电容器的电容为 F(保留两位有效数字)；
(3)(2 分)由甲、乙两图可判断阻值R1 R2(填“>”“<”或“＝”)。
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3.(10 分)(2024·山东德州市期末)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。
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。其中C 表示电容器的电容，R 表示电阻的阻值，E 表示电源的电动势(电源
内阻可忽略)。
(1)(4 分)开关S 改接2 后，电容器进行的是 (填“充电”或“放电”)过程。此过程得到的I－t 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I－t 曲线与坐标轴所围成的面
积将 (填“增大”“不变”或“减小”)；
(2)(2 分)若R＝500 Ω，结合放电过程获取的I－t 图像，则加在电容器两极板的最大电压约为 V；
(3)(2 分)改变电路中某一元件的参数对同一电容器进行两次充电，两次充电对应的电容器电荷量Q 随时间t
变化的图像分别如图丙中a、b 所示。根据图像分析：a、b 两条曲线不同是 (填“R”或“E”)不
同造成的；
(4)(2 分)电容器充电过程实际是克服极板上电荷的静电力做功，使电势能增加的过程(即极板间储存电场能
的过程)，若某次充电过程的两极板间电压U 与电荷量Q 的关系图像如图丁所示，请类比v－t 图像求位移
的方法，计算该充电过程电容器储存的电场能为 (用U0、Q0表示)。
4.(10 分)(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)；
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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。
回答以下问题：
(1)(2 分)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 (填
“a”或“b”)端滑动。
(2)(2 分)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)(2 分)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)(2 分)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)(2 分)电容器充电后，将开关S2掷向2，发光二极管 (填“D1”或“D2”)闪光。
5.(15 分)(2023·福建卷·13)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(4.7 μF，10 V)、定值电阻R(阻值2.0 kΩ)、开关S、导线若干。
(1)(3 分)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)(3 分)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 Hz。
(3)(6 分)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UC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。
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(4)(3 分)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Um与频率f 关系图像，如图(e)所示。当f＝45 Hz 时电容器所带电荷量
的最大值Qm＝ C(结果保留两位有效数字)。
(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。
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答案精析
1.(1)正极 (2)C (3)R2 电荷量
2.(1)＝ (2)0.15 (3)<
解析 (1)题图乙中阴影面积S1和S2分别表示充电和放电中电容器上的总电荷量，所以两者相等。
(2)由阴影面积代表电容器上的电荷量得q＝S1＝1.203 C，U＝E＝8 V，则C＝q
U ＝1.203
8
F≈0.15 F。
(3)由题图乙可知充电瞬间电流大于放电瞬间电流，且充电瞬间电源电压与放电瞬间电容器两极板电压相等，
由
E
R0＋R1
>
E
R0＋R2
，解得R1<R2。
3.(1)放电 不变 (2)1.2 (3)E (4)1
2U0Q0
解析 (1)开关S 改接2 后，电容器进行的是放电过程。只减小电阻R 的阻值，不改变电容的带电荷量，则
此过程，电容的放电量不变，则I－t 曲线与坐标轴所围成的面积不变；
(2)若R＝500 Ω，由题图乙可知，放电过程的最大电流为2.4 mA，则加在电容器两极板的最大电压约为U
＝IR＝1.2 V。
(3)a、b 两条曲线分别趋近于不同最大值，则电容器带的最大电荷量不同，根据Q＝CU 可知，两次不同是
电源的电动势E 不同造成的；
(4)该充电过程电容器储存的电场能等于U－Q 图像与Q 轴围成的“面积”，大小为1
2U0Q0。
4.(1)b (2)6.5 (3)3.5×10－3
(4)4.4×10－4 (5)D1
解析 (1)滑动变阻器采用的是分压式接法，故向b 端滑动滑动变阻器滑片电容器充电电压升高；
(2)表盘量程为15 V，每个小格0.5 V，故示数为6.5 V；
(3)I－t 图像与t 轴所围的面积，等于电容器存储的电荷量，共35 个小格，故电容器存储的电荷量为
3.5×10－3 C；
(4)由电容的定义式C＝q
U 得C≈4.4×10－4 F；
(5)开关S2掷向2，电容器放电，故D1闪光。
5.(1)见解析图 (2)40 (3)充电 B
(4)1.8×10－5
解析 (1)根据电路图连接实物图，如图所示
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(2)由题图(c)可知周期T＝25×10－3 s，
所以该矩形波的频率为f＝1
T ＝40 Hz
(3)由题图(d)可知，B 点处于电容器两端的电压在慢慢增大的过程，即电容器处于充电状态；从题图中可得
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)由题图(e)可知，当f＝45 Hz 时，电容器此时两端的电压最大值约为Um＝3.77 V
根据电容的定义式C＝Q
U 得此时电容器所带电荷量的最大值为Qm＝CUm＝4.7×10－6×3.77 C≈1.8×10－5
C。
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