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微专题65 电容器 实验：观察电容器的充放电现象
1．电容器的电容由电容器本身性质决定，与电荷量及电压无关。2.电容器充电放电过程：
最大电荷量不变，电流方向相反。
1．(2023·江苏省联考)如图所示为实时监控生产绝缘材料厚度的传感器的结构简化图，M、
N 为两个固定的、水平正对放置的金属板，分别与恒压电源的正、负极相连，绝缘材料从两
金属板间穿行的过程中，电流显示器检测的电流为I，则( )
A．I＝0 且恒定时，绝缘材料厚度均匀
B．I>0 且恒定时，绝缘材料厚度均匀
C．I 变大时，绝缘材料厚度一定增大
D．I 由a 流向b 时，绝缘材料厚度增大
答案 A
解析 M、N 两个水平正对放置的金属板构成电容器，板间的绝缘材料厚度变化即改变相对
介电常数，根据电容的决定式C＝，当绝缘材料厚度均匀时，相对介电常数不变，电容不变，
根据电容的定义式C＝可得，电容上的电荷量保持不变，电路中电流恒为0，故A 正确，B
错误；当绝缘材料厚度增大时，相对介电常数增大，电容增大，电容器所带电荷量增加，电
容器充电，充电电流可能增大；当绝缘材料厚度减小时，相对介电常数减小，电容减小，电
容器所带电荷量减小，电容器放电，放电电流也可能增大，故C 错误；I 由a 流向b 时，电
容器上的电荷量减小，即电容减小，绝缘材料的厚度减小，故D 错误。
2. (2023·江苏省模拟)如图所示，一个电容为C 的理想电容器与两个阻值均为R 的电阻串联
后通过开关K 连接在电动势为E 的直流电源的两端，电源的内阻不计。开始开关K 断开，
电容器不带电，t＝0 时刻闭合开关K 接通电路，则能正确表示1、2 两点间电压随时间变化
的图像是( )
1
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答案 C
解析 根据闭合电路欧姆定律，电容器不带电的情况下，刚开始充电时短暂时间内电流不为
0，电路视为通路，只有两电阻R 分压，故电容器和串联的电阻R 两端电压之和初始值为
0.5E，之后随着电容器充电结束，电路视为断路，故电容器和串联的电阻R 两端电压等于电
动势E 不变。故选C。
3．(多选)如图所示，取一个电容器A 和数字电压表(可视为理想电表)相连，把开关S1接1，
用几节干电池串联后给A 充电，可以看到A 充电后数字电压表显示一定数值。取另一个相
同的但不带电的电容器B 跟A 并联，通过改变开关S1和S2的闭合与断开状态，从而探究电
容器两极板间电势差跟所带电荷量的关系，在没有电荷漏失的情况下，下列说法正确的是(
)
A．S1接1，S2处于断开状态，A、B 两电容器都处于充电状态
B．S1从1 接2，S2处于断开状态，稳定后，A、B 两电容器电荷量相等
C．S1从1 接2，S2处于断开状态，达到稳定状态时电压表示数不变
D．S1从1 接2，S2处于断开状态，达到稳定状态时电压表示数变为原来的一半
答案 BD
解析 S1接1，S2处于断开状态，只有A 电容器处于充电状态，故A 错误；S1从1 接2，S2
处于断开状态，A、B 两电容器并联，稳定后，A、B 两电容器电压相等，所以电荷量相等，
故B 正确；S1从1 接2，S2处于断开状态，A 放电、B 充电，电压表示数减小，达到稳定状
态时电压表示数变为原来的一半，故C 错误，D 正确。
4．某实验小组做“观察电容器的充、放电现象”实验。
(1)同学甲用如图所示的电路做实验。实验器材有电源、电阻、电容器、电流表、电压表以
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及单刀双掷开关。关于电源和电流表的选取，下列说法正确的是__________。
A．交流电源、零刻度线在左侧的电流表
B．交流电源、零刻度线在中间的电流表
C．直流电源、零刻度线在左侧的电流表
D．直流电源、零刻度线在中间的电流表
(2)同学乙将同学甲电路中的电流表和电压表换成电流传感器和电压传感器。同学乙先使开
关S 与1 端相连，稳定后得到图a 所示的图像，然后把开关S 掷向2 端，稳定后得到图b 所
示的图像。根据图像，在表格内各空格处填上合理的答案。
a b
开关位置
电容器是在充
电还是在放电
电流传感器中的电流正在增大还是减小
S 与1 端相
连
________
________
S 与2 端相
连
________
________
(3)请你结合图a，画出S 与1 端相连后，通过电流传感器的电流随时间变化的图像。
答案 (1)D (2)充电 减小 放电 减小 (3)见解析
解析 (1)因为要观察电容器的充、放电现象，只能选择直流电源，若选择交流电源，电流
表将一直有示数。电流表要往左右两个方向偏，所以要选零刻度线在中间的电流表，故选
D。
(2)开关S 与1 端相连后，此时由题图a 可知电压传感器中的电压正在增大，是电容器充电过
程，电流传感器中的电流正在减小。开关S 掷向2 端后，此时由题图b 可知电压传感器中的
电压正在减小，是放电过程，电流传感器中的电流正在减小。
(3)开关S 与1 端相连后，此时由题图a 可知电压传感器中的电压正在增大，是电容器充电过
程，电流变小，则通过电流传感器的电流随时间变化的图像如图所示。
3
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5．(2023·湖北武汉市模拟)某实验小组利用图(a)所示电路测量一电容器的电容，实验器材有：
待测电容器(电容标称值C0＝1000 μF)，6 节干电池，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。
(a)
请回答下列问题：
(1)按图(a)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，则曲线________表示电容器充电过程的U－t 图
线，曲线________表示电容器放电过程的I－t 图线；
(2)已知每节干电池的电动势为1.6 V，为了完成上述实验，至少需要将________节干电池串
联作为电源；
(3)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，该值与C0的差异为×100%＝________%；(结果均保留2 位有效数字)
(4)图(c)中实线表示上述实验中得到的I－t 图线，若串联接入电路的干电池个数保持不变，
减小电阻R，则得到I－t 图线可能是图(c)中的虚线________(选填“a”“b”或“c”)。
答案 (1)① ④ (2)5 (3)7.2×10－3 9.2×102 8.0 (4)b
解析 (1)充电过程，电压逐渐增大，且增大得越来越慢，故电压随时间变化的图线为①；
放电过程电压逐渐变小，减小得越来越慢，电容器放电，放电电流与充电电流方向相反，电
4
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流逐渐变小，且减小得越来越慢，故电流随时间变化的图像为④。
(2)由题图(b)可以看出，充电完成时，电容器两端电压约为7.8 V，设至少需要将n 节干电池
串联作为电源，n≥≈4.9，知至少需要将5 节干电池串联作为电源。
(3)由题图(b)图线④表示电容器放电过程的I－t 图线，图线与t 轴围的面积表示放电的总电
荷量，即电容器充电完毕时所带的电荷量
Q＝9×2 mA×0.4 s＝7.2×10－3 C
电容器的电容为C＝＝×10－3 F≈9.2×102 μF
该值与C0的差异为×100%＝×100%＝8.0%
(4)由于干电池个数保持不变，充电完成时电容器两端电压不变，电荷量不变，减小电阻，
则放电初始电流增大，电荷量不变即图线与t 轴所围面积不变，则图线可能是虚线b。
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