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第46 课时 实验十：观察电容器的充、放电现象
目标要求 1.理解电容器充、放电过程中，电路中的电流和电容器两端电压的变化规律。2.理解电容器的
储能特性及其在电路中能量的转换规律。
1.实验原理
(1)电容器的充电过程
如图所示，当开关S 接1 时，电容器接通电源，在静电力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移
动，正极板因 电子而带 电，负极板因 电子而带 电。正、负极板带
的正、负电荷，电荷在移动的过程中形成电流。在充电开始时电流比较 (填“大”或“小”)，以
后随着极板上电荷的增多，电流逐渐 (填“增大”或“减小”)，当电容器两极板间电压等于电源
电压时电荷停止定向移动，电流I＝0。
(2)电容器的放电过程
如图所示，当开关S 接2 时，相当于将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷发
生 ，在电子移动过程中，形成电流。放电开始电流较 (填“大”或“小”)，随着两极板
上的电荷量逐渐减少，电路中的电流逐渐 (填“增大”或“减小”)，两极板间的电压也逐渐减小
到零。
2.实验步骤
(1)按图连接好电路。
(2)把单刀双掷开关S 打在上面，使触点1 和开关连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中。
(3)将单刀双掷开关S 打在下面，使触点2 和开关连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中。
(4)记录好实验结果，关闭电源。
3.实验数据处理
(1)在I－t 图像中，图线与时间轴围成的面积表示电荷量的变化，故整个图线与横轴所围的面积就是整个充
电或放电时间内通过灵敏电流表的电荷量，也等于电容器的充电电荷量或放电电荷量。
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(2)估算电容器的充电电荷量或放电电荷量的方法：先算出一个小方格代表的电荷量，然后数出整个图线与
横轴所围的面积中的方格数(大于半格的按一个方格计算，小于半格的舍弃)。电容器的充电电荷量或放电
电荷量等于一个小方格代表的电荷量乘以方格数。
4.注意事项
(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)实验过程中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。
例1 (2024·重庆卷·12)探究电容器充放电规律，实验装置如图甲所示，有电源E，定值电阻R0，电容
器C，单刀双掷开关S。
(1)为测量电容器充放电过程电压U 和电流I 变化，需在①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测
(填“电流”或“电压”)仪器。
(2)接通电路并接通开关，当电压表示数最大时，电流表示数为 。
(3)根据测得的数据，某过程中电容器两端电压U 与电流I 的关系图如图乙所示。该过程为
(填“充电”或“放电”)。放电过程中电容器两端电压U 随时间t 变化关系如图丙所示。0.2 s 时R0消耗
的功率 W。
例2 (2024·山东济宁市校考)某同学用如图甲所示电路研究电容器的充放电规律，直流电源的电动势
为6 V。
(1)将单刀双掷开关合向“1”，电流传感器记录电容器充电电流随时间变化规律如图乙所示，则图乙中
图线与坐标轴所围的面积的物理意义为 。
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(2)充电结束时电容器两端的电压为U＝ V，结合图像面积可知，电容器的电容为C＝
F(结果保留两位有效数字)。
(3)将单刀双掷开关合向“2”，得到放电电流随时间变化的图像，从图像上得到放电电流的最大值为
I1，图线与坐标轴所围的面积为S1；将R 调大，将开关合向“1”后再合向“2”，再次得到的放电电流
随时间变化的图像，从图像上得到放电电流的最大值为I2，图线与坐标轴所围的面积为S2。则I1
I2，S1 S2(均选填“>”“<”或“＝”)。
电容器充、放电现象中的几点注意事项
1.电容器充电时电流流向正极板，电容器放电时电流从正极板流出，且充、放电电流均逐渐减小至零。
2.电容器充、放电过程，电容器的电容不变，极板上所带电荷量和电压按正比关系变化。
3.电容器充、放电过程，I－t 图中曲线与坐标轴围成的面积表示电容器储存的电荷量。
4.在i－t 图像中，根据Im＝U
R 可知，图像的峰值由电容器充电结束或放电开始时其两极板间的电势差和电
路总电阻决定。
例3 (2024·海南卷·16)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S1、开关S2、导线若干。
(1)闭合开关S2，将S1接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3 V。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，后逐渐减小为零
C.先增大，后稳定在某一非零数值
(2)先后断开开关S2、S1，将电流表更换成电流传感器，再将S1接2，此时通过定值电阻R 的电流方向
_________(选填“a→b”或“b→a”)，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I－
t 图像，如图(b)，t＝2 s 时I＝1.10 mA，图中M、N 区域面积比为8∶7，可求出R＝
kΩ(保留2 位有效数字)。
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答案精析
1.(1)失去 正 获得 负 等量 大 减小 (2)中和 大 减小
例1 (1)电压 (2)0 (3)放电 0.32
解析 (1)位置②与电容器并联，为测电压仪器。
(2)电压表示数最大时，电容器充电完毕，充电电流为零，电流表示数为零。
(3)题图乙中U
I ＝k 为定值，结合电路，将图像逆向分析，此为放电过程，k＝R0，
故该过程为电容器放电过程。
由题图丙可知t＝0.2 s 时电容器两端电压为U＝8 V，
由题图乙可知当U＝8 V 时，电流I＝40 mA，
则电阻R0消耗的功率
P＝UI＝8×40×10－3 W＝0.32 W。
例2 (1)充电后电容器的带电荷量 (2)6 5.7×10－4 (3)> ＝
解析 (1)根据Q＝It 可知，I－t 图线与坐标轴所围的面积的物理意义为充电后电容器的带电荷量。
(2)充电结束时电容器两端的电压等于电源两端电压，为U＝6 V，I－t 图线与坐标轴所围的格数为43 个，
则充电后电容器的带电荷量为Q＝43×0.2×10－3×0.4 C＝3.44×10－3 C，则电容器的电容C＝Q
U ≈5.7×10
－4 F。
(3)根据Im＝U
R 可知，R 变大，则放电电流的最大值减小，则有I1>I2，R 变大，两次充电电荷量相等，因此
图线与坐标轴所围面积相等，即S1＝S2。
例3 (1)B (2)a→b 5.2
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 增大到某一最大值，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)根据电路图可知充电结束后电容器上极板带正电，将S1接2，电容器放电，此时通过定值电阻R 的电流
方向a→b；
t＝2 s 时I＝1.10 mA，可知此时电容器两端的电压为U2＝IR，电容器开始放电前两端电压为12.3 V，根据I
－t 图像与横轴围成的面积表示放电量可得0~2 s 间的放电量为
Q1＝ΔU·C＝(12.3－1.10×10－3×R)C
2 s 后到放电结束间放电量为
Q2＝ΔU'·C＝1.10×10－3·RC
根据题意
Q1
Q2
＝8
7，解得R≈5.2 kΩ
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