第十章 4 第2课时 实验：观察电容器的充、放电现象

观察电容器的充、放电现象[实验基本技能]一、实验目的1.理解电容器的储能特性及其在电路中能量的转换规律。

2.理解电容器充、放电过程中，电路中的电流随时间的变化规律。

二、实验原理如图所示，当开关拨到位置“1”时，电源E对电容器充电；当开关拨到位置“2”时，电容器放电。

在充电和放电过程中，利用电流计观察电路的电流大小和方向的变化，进而判断电容器两极板储存电荷量的变化及电流随时间的变化规律。

三、实验器材电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电阻、多用电表、电流表、导线。

四、实验步骤1.调节直流可调电源，输出为6V，并用多用电表校准。

2.关闭电源开关，正确连接实物图。

3.打开电源，把双掷开关S打到上面，使开关拨到位置“1”，观察电容器的充电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。

4.把双掷开关S打到下面，使开关拨到位置“2”，观察电容器的放电现象，并将结果记录在数据处理的表格中。

5.记录好实验结果，关闭电源。

[规律方法总结]一、数据处理实验项目实验现象电容器充电安培表读数由大到小最后为零电容器放电安培表读数由大到小最后为零二、实验结论1.观察电容器充电现象：充电电流由电源的正极流向电容器的正极板，同时，电流从电容器的负极板流向电源的负极，电流表示数逐渐变小，最后为0。

2.观察电容器的放电现象：放电电流由电容器的正极板经过电流表流向电容器的负极板，放电电流逐渐减小，最后为0。

充、放电电流的变化是极短暂的。

三、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。

考点一教材原型实验1.(实验原理与操作)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。

甲乙丙(1)小理先将单刀双掷开关打到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。

实验：观察电容器的充放电现象2020年4月11日1一、电容器充、放电实验电路 1.电路中可以串接：小灯泡——观察亮、暗，以确定有无电流 发光二极管——观察亮、暗，以确定电流方向定值电阻和电流表——观察电流方向和大小变化情况定值电阻和电流传感器、电压传感器——绘制i-t 图和u-t 图，以了解更细致的变化（1）充电：把电容器的一个极板与电池组的正极相连，另一个极板与负极相连，两个极板将分别带上等量的异号电荷，这个过程叫做充电。

从灵敏电流计可以观察到短暂的充电电流。

充电后，切断与电源的联系，两个极板上的电荷由于互相吸引而保存下来，两极板间有电场存在。

充电过程中由电源获得的电能储存在电容器中。

（2）放电：用导线把充电后的电容器的两极板接通，两极板上的电荷中和，电容器又不带电了，这个过程叫做放电。

从灵敏电流计可以观察到短暂的放电电流。

放电后，两极板间不再有电场，电场能转化为其他形式的能量。

2.要求：会描述电容器充、放电过程中q 、u 、i 、E 等量的变化 熟悉各图像，会分析图像截距、斜率、面积等的物理意义 会根据U-Q 图像求电容器储存的电能，了解半能损失电容概念的建立过程，类似比值定义法建立的概念还有哪些二、影响电容器电容的因素1.静电计是一个电容非常小的电容器，在与平行板电容器具有相同电压时，所带电荷量非常少。

静电计指针张角大小可以表示静电计带电量的大小，也可以表示静电计的电压，等于电容器电压。

2.电容的决定式A b a U =0 E S CAb a S U E +Q -Q实验：观察电容器的充放电现象2020年4月11日．如图所示，某时刻一平行板电容器两板间电场方向向右。

下列叙述正确的是 D ．电容器板间电场最强时，电路中电流一定最大2．在测定电容器电容值的实验中，将电容器、电压传感器、阻值为3k Ω的电阻R 、电源、单刀双掷开关按图甲所示电路图进行连接。

）先使开关S 与 端相连，电源向电容器充电，充电完毕后把开关S 掷向 端，电容器放电，直至放电完毕（填写“1”或“2”）。

高中物理学案：实验观察电容器的充、放电1.实验原理(1)电容器的充电过程如图1所示,当开关S接1时,电容器接通电源,在电场力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动,正极板因失去电子而带正电,负极板因获得电子而带负电.正、负极板带等量的正、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大(填“大”或“小”),以后随着极板上电荷的增多,电流逐渐减小(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移动,电流I＝0.图1(2)电容器的放电过程如图2所示,当开关S接2时,将电容器的两极板直接用导线连接起来,电容器正、负极板上电荷发生中和.在电子移动过程中,形成电流,放电开始电流较大(填“大”或“小”),随着两极板上的电荷量逐渐减小,电路中的电流逐渐减小(填“增大”或“减小”),两极板间的电压也逐渐减小到零.图2实验器材：6V的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、小灯泡2.实验步骤(1)按图3连接好电路.图3(2)把单刀双掷开关S打在上面,使触点1和触点2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3和触点2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.实验记录和分析：实验项目实验现象电容器充电灯泡灯泡的亮度由明到暗最后熄灭(选填“明”“暗”或“熄灭”)电流表1电流表1的读数由大到小最后为零(选填“大”“小”或“零”)电压表电压表的读数由小(选填“大”或“小”)到大(选填“大”或“小”)最后为6 V电容器放电灯泡灯泡的亮度由明到暗最后熄灭(选填“明”“暗”或“熄灭”)电流表2电流表2的读数由大到小最后为零(选填“大”“小”或“零”)电压表电压表的读数由大(选填“大”或“小”)到小(选填“大”或“小”)最后为0 V3.注意事项(1)电流表要选用小量程的灵敏电流计.(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,以免烧坏电流表.一、电容器充、放电现象的定性分析例1如图4所示实验中,关于平行板电容器的充、放电,下列说法正确的是( )图4A.开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带正电B.开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带负电C.开关接2时,平行板电容器充电,且上极板带正电D.开关接2时,平行板电容器充电,且上极板带负电答案 A解析开关接1时,平行板电容器充电,上极板与电源正极相连而带正电,A对,B错；开关接2时,平行板电容器放电,放电结束后上、下极板均不带电,C、D错.二、电容器充、放电现象的定量计算例2电流传感器可以像电流表一样测量电流,不同的是反应比较灵敏,且可以和计算机相连,能画出电流与时间的变化图象.图5甲是用电流传感器观察充、放电过程的实验电路图,图中电源电压为6V.图5先使开关S与1接通,待充电完成后,把开关S再与2接通,电容器通过电阻放电,电流传感器将电流信息传入计算机,显示出电流随时间变化的I－t图象如图乙所示.根据图象估算出电容器全部放电过程中释放的电荷量为C,该电容器电容为μF.(均保留三位有效数字)答案 3.04×10－3507解析根据题图乙的含义,因Q＝It,可知图形与时间轴围成的面积表示电荷量；根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子的电荷量为8×10－5C,由大于半格算一个,小于半格舍去,因此图象所包含的格子个数为38,所以释放的电荷量为q＝8×10－5C×38＝3.04×10－3C.根据电容器的电容C＝QU可知,C＝3.04×10－36F≈5.07×10－4F＝507μF.1.(多选)关于电容器的充、放电,下列说法中正确的是( )A.充、放电过程中外电路有瞬间电流B.充、放电过程中外电路有恒定电流C.充电过程中电源提供的电能全部转化为内能D.放电过程中电容器中的电场能逐渐减少答案AD解析电容器充、放电过程中会有电荷发生定向移动,电路产生变化的瞬间电流,电容器充、放电结束,电流消失,A对,B错；充电过程中电源提供的电能部分转化为电容器的电场能,C错；放电过程中电容器中的电场能转化为其他形式的能,D对.2.据国外某媒体报道,科学家发明了一种新型超级电容器,能让手机几分钟内充满电.某同学假日登山途中,用该种电容器给手机电池充电,下列说法正确的是( )A.该电容器给手机电池充电时,电容器的电容变大B.该电容器给手机电池充电时,电容器存储的电能变少C.该电容器给手机电池充电时,电容器所带的电荷量可能不变D.充电结束后,电容器不带电,电容器的电容为零答案 B解析电容是描述电容器容纳电荷的本领大小的物理量,与电容器的电压及电荷量无关,故A、D错误；当该电容器给手机电池充电时,电容器存储的电荷量减小,则电能变少,故B正确,C错误.3.电流传感器可以把电容器放电电流随时间变化规律描绘出来.一个电容器先把它接到8V的电源上充电,然后通过电流传感器放电,其电流随时间变化图象如图6所示.由图象和坐标轴所围的面积知道电容器放电前所带的电荷量,已知如图所围的面积约为40个方格,由图可算出电容器的电容为 F.图6答案4×10－4解析根据Q＝It以及图象的含义可知,图象与时间轴所围成的面积表示电荷量,则可知：电荷量q＝40×0.2×10－3×0.4C＝3.2×10－3C,电容器的电容C＝qU＝4×10－4F.。

第2课时实验:观察电容器的充、放电现象双基巩固学考突破1.观察电容器的充、放电现象的实验电路图如图所示,接通开关S,对电路中的电容器充电。

充电后,该电容器(选填“上”或“下”)极板带正电荷。

若电容器的两个极板分别带上了电荷量均为Q的等量异种电荷,此时电容器所带的电荷量为。

答案:上Q解析:题图中电容器充电过程,充完电后电容器上极板与电源的正极相连,则电容器上极板带正电;电容器电荷量是单极板所带电荷量的绝对值,故电荷量为Q。

2.探究电容器充、放电的实验装置示意图如图所示,已知灵敏电流计0刻度在表盘中央位置,经判断:当电流从左接线柱流入时指针左偏;电流从右接线柱流入时指针右偏。

请根据所学知识回答下列问题:(1)电容器充电结束后,将开关S扳到b,在放电的过程中,灵敏电流计指针会(选填“左”或“右”)偏。

(2)将开关S扳到a,让电源给电容器充电,结束后,保持开关位置不变,若在电容器中间插入一块有机玻璃板,则在插入过程中灵敏电流计指针(选填“左”或“右”)偏。

答案:(1)左(2)右解析:(1)当电流从灵敏电流计左接线柱流入时灵敏电流计指针左偏;电流从灵敏电流计右接线柱流入时灵敏电流计指针右偏。

电容器充电结束后,将开关S扳到b放电的过程中,电流自左向右通过灵敏电流计,灵敏电流计指针会左偏。

(2)将开关S扳到a,让电源给电容器充电,结束后,保持开关位置不变,电容器极板间电压恒定,若在电容器中间插入一块有机玻璃板,电容增大,电荷量增大,电流自右向左通过灵敏电流计,灵敏电流计指针会右偏。

选考奠基素养提升1.电路中电流大小可以用电流传感器测量,用电流传感器和计算机可以方便地测出电路中电流随时间变化的曲线。

某兴趣小组要测定一个电容器的电容,选用器材如下:待测电容器(额定电压为16 V),电流传感器和计算机,直流稳压电源,定值电阻R0=100 Ω,单刀双掷开关,导线若干。

实验过程如下:①按照图甲正确连接电路;②将开关S与1端连接,电源向电容器充电;③将开关S掷向2端,测得电流随时间变化的i-t图线如图乙中的实线a所示;④利用计算机软件测出i-t曲线和两坐标轴所围的面积。

观察电容器的充放电现象（实验创新课）说课尊敬的各位老师：大家好！我今天说课的内容是实验：观察电容器的充放电现象。

根据新课程标准，新的学科素养要求，我将从教材分析，学情分析，核心素养目标、实验重难点、实验设计亮点、实验设计思路、实验教学过程、实验效果评价与反思等八个方面进行详细阐述。

一、教材分析《观察电容器的充放电现象》是新教材人教版（2019版）必修三中第十章第四节《电容器的电容》中的重要实验，该实验是新高考新增的电学实验，本单元前面几节已经学习了电荷，电场，电势能，电势差等物理量，本节内容电容器是对静电场知识的综合应用。

二、学情分析已有认知：学生前面已经学习了电荷、电场、电场强度、电势能，电势差等基本物理概念，也有了比值定义法，控制变量法、微元法的思想基础。

认知缺乏：但是对电容器这一电学元件缺乏感性认识。

另外对于用图像解决问题还不太熟悉。

解决办法：本节课通过感性认识电容器类比储水容器，到解剖电容器构造，再到电容器的充放电实验，化抽象为具体。

三、核心素养目标分析本节课的教学核心素养目标主要包括四个方面：物理观念：学生通过观察和解剖常见的电容器，了解电容器构造。

培养学生对概念的形成与掌握能力。

科学思维：通过类比法了解电容器电容的物理意义，并能够运用科学的思维方法分析电容器充放电过程中的电流和电压变化规律。

培养学生思维与归纳总结的能力。

科学探究：通过实验观察电容器的充放电，了解电容器的作用。

培养学生分析问题的能力。

科学态度与责任：通过本节课的学习，学生掌握了电容器的基本工作原理，能查阅资料举例说明电容器的在我国生产生活领域的应用，增强学生的爱国情怀和民族自豪感。

四、实验重难点剖析本节课的教学重点主要集中在电容器的工作原理以及电容的概念和物理意义上。

学生需要深刻理解电容器如何储存和释放电荷，这是理解电容器所有功能的基础。

教学难点则在于电容器充放电过程中的电流和电压变化规律。

这部分内容涉及较为抽象的理论知识和实验操作技巧，需要学生具备一定的物理基础和实验能力。

电容器的充放电实验电容器是一种能够存储电荷的被动电子元件，广泛应用于各个领域。

为了更好地理解电容器的特性以及充放电过程，进行电容器的充放电实验是非常重要的。

本文将介绍电容器的充放电实验的步骤、原理和结果分析。

一、实验步骤1. 准备实验材料：- 一个电容器- 一个直流电源- 一对导线- 一个电阻- 一个开关2. 搭建电容器的充放电实验电路：将电容器、电阻和开关依次连接在直流电源的正负极上。

确保电路连接牢固，避免短路的情况发生。

3. 充电实验：打开开关，并观察电容器的充电过程。

记录下电容器充电的时间以及电容器两端的电压变化情况。

4. 放电实验：关闭电源开关，观察电容器的放电过程。

记录下电容器放电的时间以及电容器两端的电压变化情况。

5. 分析实验结果：根据所记录的充放电过程和电压变化情况，进行数据处理和结果分析。

可以绘制充放电曲线，进一步观察和理解电容器的充放电特性。

二、实验原理电容器的充放电实验基于电容器的特性。

在直流电路中，电容器能够存储电荷。

当电容器充电时，电荷从电源正极流向电容器的正极板，并在电容器中堆积。

电容器两端的电压逐渐增加，直到达到与电源电压相等的电压值。

当电容器放电时，电荷从电容器正极板流回电源，电容器两端的电压逐渐降低。

根据电容器充放电过程，可以得到以下几个重要的结论：- 充电时，电容器两端的电压随时间的推移而增加，增加的速率与电阻大小有关。

- 放电时，电容器两端的电压随时间的推移而降低，降低的速率与电阻大小有关。

- 充电和放电过程中的电流方向相反，但大小相等。

三、结果分析通过对电容器的充放电实验可以得到电容器的充放电曲线。

充电曲线为逐渐上升的曲线，放电曲线为逐渐下降的曲线。

根据实验结果，可以进一步分析电容器的特性和应用。

在实际应用中，电容器的充放电特性对电子电路的设计和工作有一定的影响。

例如，在滤波电路中，电容器的充放电特性可以用来平滑直流电信号，减小电压的波动。

此外，在调频调幅广播中，电容器的充放电特性也被广泛应用。

电容器的充电和放电实验电容器是一种能够储存电荷的装置，它在电子学中扮演着重要的角色。

为了更好地理解电容器的工作原理，我们可以进行一些简单的充电和放电实验。

1. 实验材料和设备准备在进行电容器的充电和放电实验之前，我们需要准备以下材料和设备：- 一个电容器（可以是电解电容器或电介质电容器）- 一个电源（可以是直流电源或电池）- 一根导线- 一个开关- 一个电阻（用于限制电流）- 一个电压表（用于测量电压）2. 充电实验首先，我们将电容器连接到电源的正极，并用导线将其与电源的负极连接起来。

然后，我们将电压表连接到电容器的两端，以便测量电压。

最后，我们将开关关闭，电源开始为电容器充电。

在开始充电后的一段时间内，电容器的电压会逐渐增加。

这是因为电源不断向电容器输送电荷，使得电容器内的电荷量增加。

当电容器的电压达到电源电压时，充电过程停止，电容器被充满。

在充电过程中，我们可以观察到电容器电压随时间的变化。

一开始，电压增加得很快，但随着时间的推移，电压的增加速度逐渐减慢。

这是因为电容器内部的电荷越来越多，电荷之间的斥力也越来越大，使得电荷更难被电源输送到电容器。

3. 放电实验在充电实验完成后，我们可以进行放电实验。

首先，我们将电源与电容器断开，并将电容器两端的导线连接起来，形成一个闭合回路。

然后，我们将电压表连接到电容器的两端，以便测量电压。

最后，我们将开关关闭，电容器开始放电。

在开始放电后的一段时间内，电容器的电压会逐渐降低。

这是因为电容器内的电荷被释放出来，使得电容器内的电荷量减少。

当电容器的电压降低到零时，放电过程停止，电容器被完全放空。

在放电过程中，我们可以观察到电容器电压随时间的变化。

一开始，电压下降得很快，但随着时间的推移，电压的下降速度逐渐减慢。

这是因为电容器内的电荷越来越少，电荷之间的斥力也越来越小，使得电荷更难从电容器释放出来。

4. 实验结果分析通过充电和放电实验，我们可以得到一些有趣的结果。

静电场观察电容器的充、放电现象观察电容器的充、放电现象是课标新增实验，在高考中已经出现了对该实验的考查，如2023年新课标卷T22、山东卷T14、福建卷T13.本实验可以形象地将电容器充、放电过程中电流随时间变化的规律呈现出来，更重要的是处理数据时由“i－t”图像求电容器充、放电的电荷量所用的方法，这对学生领会“微元”“化归”等思想方法有着积极意义.预计2025年高考中仍会出现该实验的考查.1.实验目的（1）理解电容器的储能特性及其在电路中能量的转换规律.（2）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.实验原理如图，在充电开始时电流比较[1]大（填“大”或“小”），以后电容器的充电过程随着极板上电荷的增多，电流逐渐[2]减小（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.电容器的放电过程如图，放电开始电流较[3]大（填“大”或“小”），随着两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流逐渐[4]减小（填“增大”或“减小”），两极板间的电压也逐渐减小到零.3.实验器材直流电源、导线、单刀双掷开关、电容器、定值电阻、电流表（电流传感器）、电压表（电压传感器）.4.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和触点2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3和触点2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.5.数据处理在I－t图中画出如图所示的竖立的狭长矩形（Δt很小），它的面积的物理意义是在Δt时间内通过电流表的电荷量.6.注意事项（1）电流表要选用小量程的灵敏电流计.（2）要选择大容量的电容器.（3）在做放电实验时，电路中要串联一个电阻，避免烧坏电流表.（4）实验要在干燥的环境中进行.命题点1教材基础实验1.在“用传感器观察电容器的充、放电过程”实验中，按图（a）所示连接电路.电源电动势为8.0V，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.实验中使用电流传感器来采集电流随时间的变化信息，并将结果输入计算机.（1）为观察电容器C充电时的现象，应将单刀双掷开关S接1（填“1”或“2”）.（2）在充电过程中，测绘的充电电流i随时间t变化的图像可能正确的是A.（3）用图（a）所示电路来观察电容器C的放电现象：使用电流传感器测量放电过程中电路的电流，并将结果输入计算机，得到了图（b）所示的电流i与时间t的关系图像.①通过i－t图像可以发现：电容器放电时，电路中的电流减小得越来越慢（填“快”或“慢”）.②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荷量，根据图像可估计电容器放电前所带电荷量Q约为 3.2×10－3C，电容器的电容C约为4.0×10－4 F.（结果均保留2位有效数字）（4）关于电容器在整个充、放电过程中的q－t图像和U AB－t图像的大致形状，可能正确的有AD（q为电容器极板所带的电荷量，U AB为A、B两板的电势差）.（5）图（c）中实线是实验得到的放电时的i－t图像，如果不改变电路的其他参数，只减小电阻R的阻值，则得到的i－t图线可能是图（c）中的②（填“①”“②”或“③”）.（6）改变电源电动势，重复多次上述实验，得到电容器在不同电压U下充满电时所带的电荷量Q，并作出Q－U图像，则图像应是B.解析（1）充电时必须将电容器接电源，故将单刀双掷开关拨向1.（2）电容器充电时，随着电荷量的增加，电容器两极板间电压升高，电阻R两端分得的电压减小，电路中电流逐渐减小，电容器两极板间电压增大到等于电源电压之后，电流减小为零，A正确.（3）①从图（b）中可以看出放电时电流减小得越来越慢（斜率的绝对值表示电流的变化快慢）；②可数出图线与坐标轴所围成图形有40小格（格数为38～42都正确），所以电容器放电前所带电荷量约为Q＝40×15×25×10－3C＝3.2×10－3C，根据电容的定义可得C＝＝4.0×10－4F.（4）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，最后变为0，根据Δq＝IΔt可知，q－t图像的斜率表示电流的大小，A正确，B错误；电容器两极板间的电压变化量ΔU AB＝Δ＝Δt，U AB－t图像的斜率表示，在充电和放电过程中电容器的电容不变，根据充电和放电过程中电流的特点可知，C错误，D正确.（5）若只减小电阻R的阻值，则开始时刻的电流将增大，i－t图像的纵截距增大，由于总的电荷量一定，则图像与坐标轴围成的面积相同，故曲线②符合要求.（6）对一个特定的电容器，由Q＝CU可知其带电荷量与电压成正比，B正确.命题点2创新设计实验2.[2023山东]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10V，电容标识不清）；电源E（电动势12V，内阻不计）；电阻箱R1（阻值0～99999.9Ω）；滑动变阻器R2（最大阻值20Ω，额定电流2A）；电压表V（量程15V，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.图乙图丙回答以下问题：（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b端滑动（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 6.5V（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8.0V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 3.8×10－3C（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 4.8×10－4F（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D1（填“D1”或“D2”）闪光.解析（1）滑动变阻器采用分压式接法，根据电路图可知，滑片向b端滑动时，充电电压升高.（2）电压表的量程为15V，每个小格表示0.5V，即电压表的分度值为0.5V，即在本位估读，读得示数为6.5V.（3）I－t图像与坐标轴所围的面积等于电容器存储的电荷量，按照多于半格算1格，少于半格可忽略的计数原则，可数得共38个小格，故电容器存储的电荷量为Q＝38×15×24×10－3C＝3.8×10－3C.（4）由电容的定义式可得C＝＝3.8×10－38.0F＝4.75×10－4F，结果保留2位有效数字得C＝4.8×10－4F.（5）电容器左侧极板为正极板，开关S2掷向2时电容器放电，电流从电容器左侧流出，结合二极管的单向导电性，易知D1导通并闪光，D2截止不亮.1.[2022北京]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，R为定值电阻，C为电容器，为电流表，为电压表.下列说法正确的是（B）A.充电过程中，电流表的示数逐渐增大后趋于稳定B.充电过程中，电压表的示数迅速增大后趋于稳定C.放电过程中，电流表的示数均匀减小至零D.放电过程中，电压表的示数均匀减小至零解析电容器充电电容器放电2.电流传感器可以捕捉到瞬间的电流变化，它与计算机相连，可以显示出电流随时间变化的I－t图像.按图甲所示连接电路.直流电源电动势为9V，内阻可忽略，电容器选用电容较大的电解电容器.先使开关S与1端相连，电源向电容器充电；然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机.屏幕上显示出电流随时间变化的I－t 图像如图乙所示.（1）在图乙所示的I－t图像中用阴影标记面积的物理意义是通电0.2s电容器增加的电荷量（或流过电阻R的电荷量）.（2）根据I－t图像估算当电容器开始放电时所带的电荷量q0＝ 1.8×10－3C（1.7×10－3C 也正确），并计算电容器的电容C＝ 2.0×10－4F（1.9×10－4F也正确）.（均保留2位有效数字）（3）如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，充电时I－t曲线与横轴所围成的面积将不变（选填“增大”“不变”或“变小”）；充电时间将变短（选填“变长”“不变”或“变短”），简要说明原因：充电电流增大.解析（1）题图乙中1～3.4s的I－t图线是充电电流随时间变化的规律图线，又I－t图线与t轴所围成的面积表示电荷量，则题图乙中阴影面积的物理意义是通电0.2s电容器增加（或流过电阻R）的电荷量.（2）电容器在全部放电过程中释放的电荷量在数值上等于放电过程I－t图线与横轴所围成的面积；首先以坐标纸上的一个小正方形作为一个面积计量单位，数出图线与横轴所围的图形中有多少个完整的小正方形，对于超过该格一半面积的计为一个，不足一半的舍去不计，这样即可以得到包含的小正方形的个数为44个（43～45个都正确）；其次确定每个小方格所对应的电荷量，纵坐标的每个小格为0.2mA，横坐标的每个小格为0.2s，则每个小格所代表的电荷量为q＝0.2×10－3×0.2C＝4.0×10－5C，则电容器开始放电时所带的电荷量q0＝nq＝44×4.0×10－5C＝1.8×10－3C；电容器的电容C＝0＝1.8×10－39F≈2.0×10－4F.（3）如果不改变电路其他参数，只减小电阻R，将开关掷向1，充电完毕时电容器两端的电压不变，由于电容器的电容不变，根据Q＝CU可知充入电容器的电荷量不变，即充电时I－t曲线与横轴所围成的面积将不变.将开关掷向1，电容器开始时所带电荷量为0，可知电容器两端的电压U C＝0，则电阻R两端的电压U R＝E，此时通过R的电流即电容器开始充电时的电流，即I max＝；只减小电阻R，则I max增大，而充电时I－t图线与横轴所围成的面积将不变，所以充电时间将变短.3.某同学通过实验观察电容器的放电现象，采用的实验电路如图甲所示，已知所用电解电容器的长引线是其正极，短引线是其负极.（1）按图甲连接好实验电路，开关S应先接到1，再接到2（均选填“1”或“2”），观察电容器的放电现象.（2）根据图甲电路，请在图乙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接.（3）电容器开始放电的同时开始计时，每隔5s读一次电流表的值i，记录数据如下表.时间t/s0510152025电流i/μA500392270209158101时间t/s303540455055电流i/μA7549302393请根据表中的数据，在图丙中作出电流i随时间t变化的图线.答案（2）如图1所示（3）如图2所示图1图2解析（1）连接好电路图，开关S应先接到1对电容器进行充电，再接到2使电容器放电，观察电容器的放电现象.（2）根据题图甲所示电路图连接实物电路图，注意电容器正极接电流表正接线柱，实物电路图如图1所示.（3）根据表中实验数据在题图丙中描出对应点，然后画一条平滑曲线，让尽可能多的点过曲线，不能过曲线的点大致均匀分布在曲线两侧，作出图像如图2所示.4.在“用传感器观察电容器的充电”实验中，电路图如图甲所示.一位同学使用的电源电压为8.0V，测得充满电的电容器放电的I－t图像如图乙所示.（1）I－t图线与两坐标轴围成的面积表示的物理意义是放电过程中放出的总的电荷量；若按“数格子”（等于或多于半格算一格，小于半格舍去）法计算，则电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为 2.4×10－3C（结果保留2位有效数字）.（2）根据以上数据估算电容器的电容为 3.0×10－4F（结果保留2位有效数字）.（3）如果将电阻R换成一个阻值更大的电阻，则放电过程释放的电荷量不变（填“变多”“不变”或“变少”）.解析（1）电容器的放电图像是一条逐渐下降的曲线，而q＝It，由微元法可知，I－t图线与坐标轴围成的面积表示放电过程中放出的总的电荷量.图线下约有30格，所以电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为Q＝30×0.0002×0.4C＝2.4×10－3C.（2）电容器充满电后所带的电荷量Q＝2.4×10－3C，而所加电压U＝8.0V，所以电容器的电容C＝＝2.4×10－38.0F＝3.0×10－4F.（3）由于电容器充满电后所带的电荷量一定，所有电荷量将通过电阻释放，若将电阻R换成一个阻值更大的电阻，对应的I－t图像更加平缓些，但释放电荷的总量不变.5.如图甲所示是利用电流传感器系统研究电容器充电情况的电路图.将电容器C1接入电路检查无误后进行了如下操作：图甲图乙①将S拨至1，并接通足够长的时间；②将S拨至2；③观察并保存计算机屏幕上的I－t图，得到图线Ⅰ（图乙Ⅰ）；④换上电容器C2重复前面的操作，得到图线Ⅱ（图乙Ⅱ）.（1）操作①的作用是使电容器不带电.（2）两个电容器相比较，C1的电容较大（填“较大”“较小”或“与C2的电容相等”）.（3）由I－t图线可以分析出，两个电容器都充电2s时，C1的电压小于（填“大于”“小于”或“等于”）C2的电压.解析（1）由题图甲可知，将S拨至1，电容器与电阻R串联，所以电容器放电，最终电容器不带电.（2）由题图乙结合图像的含义可知，曲线与坐标轴所围图形的“面积”的大小即电荷量，则充电完毕时，Q1＞Q2，两电容器两端电压相等，由C＝可知C1较大.（3）由I－t图线可以分析出，两个电容器都充电2s时，I1＞I2，由U＝IR可知，R两端电压U R1＞U R2，由串联电路分压可得1＜2.6.[2023新课标]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正极（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C.（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R2（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电荷量（填“电压”或“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，从黑表笔流出，即“红进黑出”，因此红表笔应该与电池的正极接触.（2）S与“1”端接时，小灯泡不发光，电容器充电；S与“2”端接时，电容器放电，且放电速度逐渐变小，直至为0，故C对，AB错.（3）实线中电流的峰值较小，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图线与坐标轴围成的面积为电荷量.。

实验十观察电容器的充、放电现象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。

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 ＝Q U估算出电容器的电容C 。

考点电容器充、放电过程的分析例1(2023·北京市海淀区高三期末)某同学用电流传感器和电压传感器研究电容器的放电情况，按如图1连接电路，实验时，先将开关S 与1端相连，待电路稳定后，将开关掷向2端，传感器将信息传入计算机，屏幕上可以显示出电流、电压随时间变化的i －t 图线、u －t 图线。

图1(1)由图1可知，传感器2应为________传感器(选填“电流”或“电压”)。

(2)计算机屏幕上显示的i －t 图线可能为下图中的______，u －t 图线可能为下图中的______。

(3)结合屏幕显示的i－t图线、u－t图线信息，可以估算出________。

A.电容器的电容B.电容器储存的电荷量答案(1)电压(2)B D(3)AB解析(1)传感器2与电阻R并联，应为电压传感器。

实验十观察电容器的充、放电现象【例1】如图4甲所示是一种观察电容器充、放电的实验电路图，实验是通过对高阻值电阻放电的方法，测出电容器充电至电压U时所带电量Q，从而再求出电容器的电容C。

某同学在一次实验时的情况如下：接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使小量程电流表的指针偏转接近满刻度，记下此时电流表的示数是I0＝490 μA，电压表的示数U0＝6.0 V，I0、U0分别是电容器放电时的初始电压和电流。

断开开关S，同时开始计时，每隔5 s测读一次电流I的值，将测得数据填入表格，并标在图乙坐标纸上(时间t为横坐标、电流i为纵坐标)，结果如图中小黑点“·”所示。

图4(1)在图乙中画出i－t图线，图线与坐标轴所围成面积的物理意义是________________________________；(2)该电容器电容为________F(结果保留2位有效数字)；(3)若某同学实验时把电压表接在F、D两端，则电容的测量值比它的真实值________(填“大”“小”或“相等”)。

答案(1)见解析图，电容器在开始放电时所带的电荷量(2)1.5×10－3(3)小解析(1)如图所示，由ΔQ＝IΔt知，i－t图象与坐标轴所包围的面积为电容器在开始放电时所带的电荷量。

(2)查出格子数，由总格子数乘以每个格子的“面积”值求Q＝8.75×10－3 C则C＝QU＝1.5×10－3 F。

(3)电容的测量值比它的真实值偏小，原因是若把电压表接在F、D两端，则电容器在放电时，有电流会从电压表中通过，从而使得通过电流表中的电荷量小于电容器的带电荷量，从而使电容的测量值比它的真实值偏小。

【变式1】电荷的定向移动形成电流，电流表示单位时间内通过导体横截面的电荷量，即I＝qt。

电流传感器可以像电流表一样测量电流，并且可以和计算机相连，画出电流与时间的变化图像。

图5甲是用电流传感器观察充、放电过程的实验电路图，图中电源的电压为6 V。