第6讲 实验观察电容器的充放电现象

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
√A.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
图3
(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
灯泡的亮度由 明 到 暗 最后 熄灭 (选填“明”“暗” 灯泡 或“熄灭”)
电流表1的读数由 大 到 小 最后为 零 (选填“大” 电容器充电或“小”)到 大 (选 电压表 填“大”或“小”)最后为_6_V__
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 3.04×10－3 C，该电 容器电容为 507 μF.(均保留三位有效数字)
图4 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6 V.
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

数据分析及结论
数据分析方法
对充电过程中电压表和电流表的读数变化进行分析，了解电容器充电时电压和电流的变化规 律
对放电过程中电压表和电流表的读数变化进行分析，了解电容器放电时电压和电流的变化规 律
数据分析及结论
• 结合充放电过程中的现象和数据，分析电容器的充放电特 性及其影响因素
数据分析及结论
01
5. 在进行多次实验时，确保每次实验前 电容器已完全放电，避免影响实验结果 。
4. 充电完成后，先断开电源再断开电容 器与电路的连接，避免电容器储存的电 荷对实验人员造成伤害。
2. 选择合适的电阻值，确保电流在安全 范围内，避免损坏电容器或电源。
3. 在实验过程中，注意观察并记录电流 表和电压表的读数变化，以便分析电容 器的充放电现象。
搭建电路及连接方式
1. 将电源、电阻、电流表、电压表、开关和电容器按照电路图连接成闭合回路。
2. 电源正极通过开关和电流表连接到电容器的正极，电源负极通过电压表和电阻连 接到电容器的负极。
3. 确保所有连接牢固，避免接触不良导致实验误差。
操作注意事项
1. 在连接电路前，确保电源已关闭，避 免短路或电击危险。
实验器材与步骤
02
所需器材
01
02
03
电源
提供稳定的直流电压，通 常使用干电池或直流电源 供应器。
电容器
用于储存电荷，可选择不 同规格的电容器进行实验 。
电阻
限制电流，保护电容器和 电源。
所需器材
01
电流表
测量电路中的电流。
02
电压表
测量电容器两端的电压。
03
开关
控制电路的通断。
04
导线

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”）。

节。测定液面高度h的电容式传感器示意图如图所示,E为电源,G为灵敏电流表,
A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液体。已知电流从
灵敏电流表左边接线柱流进灵敏电流表,指针向左偏。如果在导电液体的深度h
发生变化时观察到指针正向左偏转,则( D )
A.导体芯A所带的电荷量在增加,导电液体的深度h在增大
6.5
V(保留1位小数)。
乙
(3)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 3.9×10-3 C(结果保留2位有效数字)。
2025
第4讲
高考总复习
电容器 实验 观察电容器的充放电现象
带电粒子在电场中的运动
考点一
电容器
强基础•固本增分
电容器 电容
1.电容器
(1)组成:由两个彼此 绝缘
又相互靠近的导体组成。
(2)所带电荷量:一个极板所带电荷量的 绝对值 。
(3)电容器的充、放电
充电过程Q、U、E均增大,放电过程反之
充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两极板带上
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);
甲
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)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 (选填“a”或“b”)端滑动。
(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

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。

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1源自实验：观察电容器的充放电现象
2020 年 4 月 11 日
1．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 A．若此刻电路中电流流向左极板，则电容器一定在放电 B．若此刻电路中电流流向左极板，则电容器板间电压在增大 C．若此刻电路中电流流向右极板，则电容器板间电场在增强 D．电容器板间电场最强时，电路中电流一定最大
请列举出高中阶段你遇到过的所有类似的关系图像，图线可以是直线也可以是曲线，可以过原点也可以 有横纵截距。请说明图像斜率和面积的物理意义。
5
A
B
C
D
4．某同学按如图 1 所示连接电路，利用电流传感器研究电容器的放电过程。先使开关 S 接 1，电容器
充电完毕后将开关掷向 2，可视为理想电流表的电流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 曲线，如图 2 所示。定值电阻 R 已知，且从图中可读出最大放电电流 I0，以及图线与坐标轴围 成的面积 S，但电源电动势、内电阻、电容器的电容均未知，根据题目所给的信息，下列物理量不．能．求．出．的
2
实验：观察电容器的充放电现象
2020 年 4 月 11 日
（5）将电压传感器换成电流传感器，按如图丁所示连接电路研究电容器的放电过程。先使开关 S 接 1，电容器很快充电完毕。然后将开关掷向 2，电容器通过 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 曲线如图戊所示。他进一步研究滑动变阻器的阻值变化对曲线的影响，断 开 S，先将滑片 P 向右移动一段距离，再重复以上操作，又得到一条 I-t 曲线。请在图戊内绘制新的曲线， 并说明原因。

阻R放电。
(3)根据传感器传递给电子计算机的放电电流信息,通过计算机中的软件
将传感器收集的信息拟合成I-t图像,仔细观察I-t图像,可以分析出电容器放
电时电流随时间变化的规律(如图所示)。
五、实验数据处理
若实验电路中直流电源电压为8 V。
1.在图中画出一个如图所示竖立的狭长矩形(Δt很小),它的面积的物理意
解析:(1)由题图知,最大电流为Im=90 mA=0.09 A,因此最大电压为
Um=ImR1=9 V;i-t曲线和两坐标轴所围的面积表示电容器的电荷量Q=90
mA·
s,根据电容的定义式可得C=1.0×10-2 F。
m
(2)根据 im= 知第2次实验的最大放电电流小些,所以不是虚线b。因i-t曲
间变化的I-t曲线如图乙,这个曲线的横坐标是放电时间,纵坐标是放电电流。
若其他条件不变,只将电阻R换为阻值更大的定值电阻,现用虚线表示电阻
值变大后的I-t曲线,则下列四个图像可能正确的是(
)
√
解析:I-t图线与坐标轴所围图形的面积表示经过导体的电荷量,即电容器上
所带电荷量。当把电阻R换成阻值更大的电阻时,因为电容器两板间电压
C3
____________(填代号)。
R3
(4)图乙是本次实验当UC=2.5 V时描出的iC-t图像,由图可求得所测电容器
电容C=____________
μF(保留1位有效数字)。
6×102
解析:(1)由题图可知,滑动变阻器是分压式接法,因此S'、S闭合前滑动变阻
器滑片应调到a处,使得所测电路的电压为零,从而确保安全。
能力形成点2
实验数据处理与误差分析
【例2】 图甲是一种测量电容器电容的实验电路图,实验是通过对高阻

解析：将开关S合向1，电源与电容器连通，电路中有电流流过，说明电源在给电容器 储存电荷，这一过程叫作充电；经过这一过程，电容器的两极板就会带上等量的异号电 荷，其上极板带正电荷；当把开关S由1合向2时，从电势高的正极板能形成电流到电势低 的负极板，则有自右向左流过灵敏电流计G的短暂电流，这个过程叫放电。
(3)断开开关S并同时开始计时，每隔5 s或10 s读一次微安表的读数i，将读数记录在预 先设计的表格中；
(4)根据表格中的12组数据，以t为横坐标，i为纵坐标，在坐标纸上描点(图中用“×”表 示)。
根据以上实验结果和图像，可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷 量Q0约为________________C，从而算出该电容器的电容约为________________F。
3．实验器材 电源、单刀双掷开关、平行板电容器、多用电表、电流表和电压表。 4．实验步骤 (1)调节直流可调电源，输出为6 V，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。
答案：充电 正 自右向左 放电
2．如图是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U 时所带的电荷量Q，从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下：
(1)按电路图接好实验电路； (2)接通开关S，调节电阻箱R的阻值，使微安表的指针接近满刻度。记下这时的电压表 读数U0＝6.2 V和微安表读数I0＝490 μA；
[创新解读]
解析：(1)根据图甲所示的电路，观察图乙可知：充电电流与放电电流方向相反，大小 都随时间减小。

PART 03
数据分析及处理
数据处理及分析
【数据记录】电容器充、放电过程中电流、电压等变化
开关位置 电流方向 电流变化 电压方向 电容器的电荷量 能量转化
1
2
【实验结论】 1、电容器在充电过程中：电流从电源的_____极流出，充电电流 逐渐变______，电容器两端的电压逐渐变_______，表明电容器 所带的电荷量在逐渐变______，______的能量不断地储存在电容 器中。 2、电容器在放电过程中：电流从电容器的_____极板流出，放电 电流逐渐变______，电容器两端的电压逐渐变_______，表明电 容器所带的电荷量在逐渐变______，______把储存的能量通过电 流做功转化为电路中的_______。
该怎样连接电路？怎样进行测量？ 得到的 I-t 图像可能是什么形状的？
PART 05
实验的典型例题
实验的典型例题
“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放电的过程中，灵敏电流计指针会
2
V
调到适当的阻值（几千欧姆）。
观察电容器充、放电过程中电流、电压变化及分析能量变化
3.将开关拨到1，观察电流表指针偏转的方向以及电流表、电压表 示数的变化，记录各个数据
4.将开关拨到2，观察电流表指针偏转的方向以及电流表、电压表 示数的变化，记录各个数据
实验步骤
探究电容器充、放电过程各种电荷量的变化
问题讨论及误差分析
问题2：电压相同的情况下，改变电路中电阻箱的阻值，电容器放 电时释放的电荷量为何相等？放电电流的大小变化是否相同？

第八章
实验10 观察电容器的充放电现象
内
容
索
引
01
强基础 增分策略
02
增素能 精准突破
03
练思维 迁移运用
强基础 增分策略
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.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。
二、实验思路
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,如图甲所
压表的示数U0=6.0 V;
(2)断开开关S2,同时开始计时,每隔5 s或10 s读一次电流i的值,将测得数据
填入预先设计的表格中,根据表格中的数据在坐标纸上标出以时间t为横坐
标、电流i为纵坐标的点,如图乙中用“×”表示的点。请在图乙中描绘出电
流随时间变化的图线;
(3)根据图线估算出该电容器在整个放电过程中放出的电荷量Q0约为
示。
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,如图乙所示。
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。
三、实验过程
1.电容器的充电
开关S合向1,电容器充电。
(1)现象
①小灯泡开始较亮,逐渐变暗,直至熄灭。
(选填“1”
答案 (1)D
(2)1
解析 (1)欧姆表测电阻是通过测量流过电阻的电流大小来间接反映其电阻
大小,把欧姆表直接连接在待测电容两端,表内部电源给电容器充电,在开
始时电流较大,所以指针的偏转角度很大,随着电容器所带电荷量不断增大,
充电电流逐渐减小,所以指针的偏转角度逐渐减小,综上所述可知D正确。

2024年高考物理一轮大单元综合复习导学练专题48实验观察电容器的充放电现象导练目标导练内容目标1教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理目标2新高考的改进创新实验【知识导学与典例导练】一、教材经典实验方案的原理、步骤和数据处理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。

（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时,则电路中就没有电流流过。

3.打开电源开关,把双掷开关 S与触点1连通,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与触点2连通,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。
一、数据处理 1.实验现象及数据记录
电容器 充电
电容器 放电
实验项目
科学处理
敏电流表的电流方向
(选填“向左”或“向右”),电容器的上极板
带
(选填“正”或“负”)电荷,且电荷量在
(选填“增加”
“减少”或“不变”)。
解析:电源上端为正极,故通过灵敏电流表的电流方向向右。电容器上极 板与电源正极相连,故上极板带正电。电容器电荷量增加,这一过程为充 电。当开关S掷于b位置时,电容器放电,通过灵敏电流表的电流方向向左。 放电时,电容器极板电性不变,上极板带正电。放电时,电荷量减少。 答案:向右 正 充电 向左 正 减少
答案:(1)1 2 (2)(3)见解析
迁移研析
类型一 对电容器及其充、放电的认识
[例1] 用如图的电路观察电容器的充、放电现象,图中电容器不带电,将S掷
于a位置,则通过灵敏电流表的电流方向
(选填“向左”或“向右”),
电容器上极板将带
(选填“正”或“负”)电荷,这一过程称为电容
器的
(选填“充电”或“放电”);然后将S掷于b位置,此时通过灵
类型二 充、放电过程电压和电流的变化及数据处理
[例2] 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
,再接到
(均选
填“1”或“2”),观察电容器的放电现象。

相连接，记录这一过程中电流随时间变化的 I－t 曲线如图乙所示.下列关于这一过程的分析，正
确的是( C )
A.在形成电流曲线 1 的过程中，电容器两极板间电场强
度逐渐减小
B.在形成电流曲线 2 的过程中，电容器的电场能逐渐减
小
C.曲线 1 与横轴所围面积等于曲线 2 与横轴所围面积
D.S 接 1 端,只要时间足够长,电容器两极板间的电压就
D.平行板电容器充电过程，板间电压逐渐增大，极板上 的电荷量逐渐增多
第1节 实验：观察电容器的充、放电现象
二、实验考法总结 【原型题 3】电流传感器可以像电流表一样测电流，不同的是它反应灵敏，可以捕捉到瞬间的 电流变化.可以与计算机相连，显示出电流与时间的变化图像.图甲是利用电流传感器观察电容器 充、放电现象的电路图，图中电源用直流 6V 电压.先将开关 S 与 1 端相连，待充电完成后，将 开关 S 与 2 端相连，电容器通过电阻 R 放电，传感器将电流信息输入计算机，屏幕上显示出电 流随时间变化的 I－t 图像，如图乙所示.(计算结果均保留三位有效数字)
19
第1节 实验：观察电容器的充、放电现象
第1节 实验：观察电容器的充、放电现象
一、基本实验方法
笔记
1.实验原理 通过如图甲、乙所示的电路图观察电容器的充、放电现象.
(1)如图甲所示，当单刀双掷开关 S 接通 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.正极板因失去电子而带正电，负极板因得到电子而带负 电，正负极板带等量的正负电荷.
(1)根据图像估算出电容器全部放电过程中释放的电荷量； (2)求电容器的电容； (3)图乙中竖立狭长矩形面积的物理意义.
第1节 实验：观察电容器的充、放电现象

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.。

第4课时电容器实验十：观察电容器的充、放电现象带电粒子在电场中的直线运动目标要求 1.知道电容器的基本构造，了解电容器的充电、放电过程。

2.理解电容的定义及动态变化规律。

3.掌握带电粒子在电场中做直线运动的规律。

考点一实验：观察电容器的充、放电现象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。

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。

3．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。

例1(2023·福建莆田市二模)某探究小组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(内阻不计)，R 为定值电阻，C 为电容器，A 为电流表，V 为电压表。

(1)给电容器充电后，为了观察放电现象，单刀双掷开关S 应拨至_______(填“1”或“2”)位置。

放电过程中，R 中电流方向________________(填“自左向右”或“自右向左”)；观察到电压表的示数逐渐变小，说明电容器的带电荷量逐渐________(填“增加”或“减少”)。

(3)使充电的电容器很快放电,以便多次测量
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解析 (1)保留2位小数时读数为3.60 V。 (2)根据所描点作一平滑曲线,使大部分描点落在曲线上,个别偏离曲线 较远的点舍去。可知t=40.0 s时对应的点偏离曲线较远,误差较大。
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三、结论 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时,则电路中就没有电流流过。电
路中的电流为i= q =C UC 。
t t
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1-1 (2018丰台二模)电流和电压传感器可以测量电流和电压,传感器与 计算机相连,对采集的数据进行处理,并拟合出相应的函数图像。如图 所示,把原来不带电的电容器接入电路,闭合开关后,下列图像中能够正 确反映充电过程中电荷量与电压、电流与时间关系的是 ( )
二、放电过程(开关S闭合在2处)
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1.现象: (1)白炽灯开始较亮,逐渐变暗,直至熄灭。 (2)电流表A2开始较大,逐渐变小,电流方向与刚才充电方向相反,直至指 示为0。 (3)开始电压表V指示为E,逐渐下降,直至为0。
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2.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 流为零。
图(a)
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图(b) (1)按图(a)所示的电路原理图将实物连线。先闭合开关S2,再断开开关S2; 闭合开关S1,同时按下停表开始计时。若某时刻电压表的示数如图(b)
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第6讲 实验:观察电容器的充、放电现象A组 基础巩固1.把一个电容器、电流传感器、电阻、电源、单刀双掷开关按图甲所示连接。

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,电容器放电。

与电流传感器相连接的计算机所记录这一过程中电流随时间变化的I-t曲线如图乙所示。

下列关于这一过程的分析，正确的是（ )A.在形成电流曲线1的过程中，电容器两极板间电压逐渐减小B。

在形成电流曲线2的过程中，电容器的电容逐渐减小C。

曲线1与横轴所围面积等于曲线2与横轴所围面积D.S接1端，只要时间足够长，电容器两极板间的电压就能大于电源电动势E答案 C 由于形成电流曲线1的过程是电容器的充电过程，形成电流曲线2的过程是电容器的放电过程,形成电流曲线1的过程中,电容器两极板间电压会随着充电电荷量的增加而逐渐增大,A错误;由于电容器的电容是不随电压、电流的变化而变化的，故B错误；曲线1与横轴所围面积是充电的电荷量,曲线2与横轴所围面积就是放电的电荷量,由于充电电荷量等于放电电荷量，故C正确；当S接1端时，无论时间多么长，电容器两极板间的电压都不可能大于电源电动势E,故D错误.1 / 82.利用如图乙所示的电路图原理描绘电容器放电时的I—t 图像。

（1）将图甲所示器材连接成实验电路。

（2）若得到如图丙所示的电容器放电电流图像,则电容器充满电后储存的电荷量q= 。

答案 (1）连接电路如图.（2)3.36×10—3 C解析 (1)按照题给的电路图连接线路。

注意电流表极性和电解电容器极性.2 / 8(2)电容器放电电流图象与横轴所围面积中包含42个小方格，每个小方格面积为0.2mA×0.4 s=0。

08 mAs=8.0×10-5C,电容器充满电后储存的电荷量q=42×8。

0×10-5C =3.36×10—3 C。

3。

某同学利用图（a)所示电路测量电容器充电时两极板间的电压随时间的变化。