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第5讲　观察电容器的充、放电现象(基础实验)　　　　　　　　　　　　　　　　
一、实验知能/系统归纳
一、理清原理与操作
原理装置图 操作要领 实验现象
1.电容器的充电过程 开关S接1时,电源给电容器充电,电容器带电荷量、电压逐渐增大,电流逐渐减小,最后电流为零,如图甲所示。 灯泡 L 亮度由明到暗最后熄灭
电流 表A 读数由大到小最后为零
电压 表V 读数由小到大最后稳定
2.电容器的放电过程 开关S接2时,电容器负极板上的负电荷与正极板上的正电荷中和,两极板的电荷量逐渐减小,电流逐渐减小,电压也逐渐减小,如图乙所示。 灯泡 L 亮度由明到暗最后熄灭
电流 表A 读数由大到小最后为零
电压 表V 读数由大到小最后为零
二、掌握数据处理方法
1.由I t图像计算充、放电过程通过电流传感器的电荷量。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通过的电荷量为一个小方格代表的电荷量乘以方格数。
2.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=估算出电容器的电容C。
三、注意实验细节
1.连接电路时注意电流表和电压表的正、负极与量程。
2.对电解电容器也要注意正、负极。
3.要选择电容较大的电容器。
4.实验过程要在干燥的环境中进行。
二、应用发展/练中融通　　
1.(2024·甘肃高考)一平行板电容器充放电电路如图所示。开关S接1,电源E给电容器C充电;开关S接2,电容器C对电阻R放电。下列说法正确的是 (　　)
A.充电过程中,电容器两极板间电势差增加,充电电流增加
B.充电过程中,电容器的上极板带正电荷,流过电阻R的电流由M点流向N点
C.放电过程中,电容器两极板间电势差减小,放电电流减小
D.放电过程中,电容器的上极板带负电荷,流过电阻R的电流由N点流向M点
2.(2024·重庆高考)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的变化,需在①、②处接入测量仪器,位置②应该接入测　　　　(选填“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)根据测到的数据,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　　　(选填“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。
3.(2024·海南高考)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)。
4.(2024·广西高考)
某同学为探究电容器充、放电过程,设计了图甲实验电路。器材如下:电容器,电源E(电动势6 V,内阻不计),电阻R1=400.0 Ω,电阻R2=200.0 Ω,电流传感器,开关S1、S2,导线若干。实验步骤如下:
(1)断开S1、S2,将电流传感器正极与a节点相连,其数据采样频率为5 000 Hz,则采样周期为　　　　s;
(2)闭合S1,电容器开始充电,直至充电结束,得到充电过程的I t曲线如图乙,由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为　　　　mA(结果保留3位有效数字);
(3)保持S1闭合,再闭合S2,电容器开始放电,直至放电结束,则放电结束后电容器两极板间电压为　　　　V;
(4)实验得到放电过程的I t曲线如图丙,I t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.018 8 C,则电容器的电容C为　　　　μF。图丙中I t曲线与横坐标、直线t=1 s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.003 8 C,则t=1 s 时,电容器两极板间电压为　　　　V(结果保留2位有效数字)。
5.某兴趣小组自制一个电容器并测量其电容。如图甲所示,他们用两片锡箔纸做电极,用两层电容纸(某种绝缘介质)将锡箔纸隔开,一起卷成圆柱形,然后接出引线,再密封在塑料瓶当中,电容器便制成了。
(1)为增加该电容器的电容,应当　　　　。
A.锡箔纸面积尽可能大
B.锡箔纸卷绕得尽可能紧,以减小锡箔纸间的距离
C.增大电容器的充电电压
D.减小电容器的充电电压
(2)为了测量该电容器电容的大小,该小组采用了如图乙所示的电路进行测量,其中电源电动势为4.5 V、内阻不计。该同学先将开关接1为电容器充电,经过足够长时间再将开关接2,利用传感器记录电容器放电过程,得到放电过程的I t图像如图丙所示。
根据以上数据估算,电容器在整个放电过程中释放的电荷量为　　　　C(结果保留两位有效数字),该电容器电容的测量结果为　　　　F(结果保留两位有效数字)。若将图乙中的电阻R换成阻值更大的电阻,则电容器开始放电的电流　　　　(填“变大”“变小”或“不变”),所得的I t图像与横轴所围的面积　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。
6.(2025·菏泽模拟)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)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。
(2)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)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)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与电荷量的U Q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)。
7.(2025·泰州一模)电容储能已经在电动汽车、风力发电等方面得到广泛应用。某同学设计了图甲所示电路,探究不同电压下电容器的充、放电过程和测定电容器的电容。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);
滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω);
电阻箱R2(阻值0~9 999.9 Ω);
电压表V(量程15 V,内阻较大);
开关S1、S2,电流传感器,计算机,导线若干。
(1)按照图甲连接电路,闭合开关S1、断开开关S2,若要升高电容器充电电压,滑动变阻器R1的滑片应向　　　　　 端滑动(选填“a”或“b”)。
(2)当电压表的示数为U1=3 V时,调节R2的阻值,闭合开关S2,通过计算机得到电容器充电过程电流随时间变化的图像;保持R2的阻值不变,断开开关S1,得到电容器放电过程电流随时间变化的图像,图像如图乙所示。测得I1=6 mA,则R2=　　　　 Ω。
(3)重复上述实验,得到不同电压下电容器的充、放电过程的电流和时间的图像,利用面积法可以得到电容器电荷量的大小,测出不同电压下电容器所带的电荷量如下表:
实验次数 1 2 3 4 5 6
U/V 3 4 5 6 7 8
Q/(×10-3 C) 0.14 0.19 0.24 0.30 0.33 0.38
请在图丙中画出U Q图像,并利用图像求出电容器的电容为　　　　 F。(结果保留两位有效数字)
(4)实验发现,相同电压下电容器充、放电过程的电流和时间的图像中的I1总是略大于I2,其原因是 　。
第5讲
1.选C　根据电容C=,充电过程中,随着电容器所带电荷量的增加,电容器两极板间电势差增加,充电电流减小,故A错误;根据题图可知,充电过程中,电容器的上极板带正电荷,流过电阻R的电流由N点流向M点,故B错误;放电过程中,随着电容器所带电荷量的减小,电容器两极板间电势差减小,放电电流减小,故C正确;根据题图可知,放电过程中,电容器的上极板带正电荷,流过电阻R的电流由M点流向N点,故D错误。
2.解析:(1)由题图甲可知,位置②与电容器并联,应接入测电压仪器。
(2)电压表示数最大时,电容器充电完毕,电流表示数为0。
(3)电容器放电时电压和电流都减小,图像逆向分析,该过程为电容器放电过程。
放电过程中电容器两端电压等于R0两端电压,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消耗的功率为P=8×40×10-3 W=0.32 W。
答案:(1)电压　(2)0　(3)放电　0.32
3.解析:(1)电容器充电过程中,当电路刚接通,电流表示数从0增大到某一最大值,之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图像与横轴所围成的面积表示电荷量,可得0~2 s时间内电容器放出的电荷量为Q1=ΔU·C=C,2 s 后到放电结束时间内放出的电荷量为Q2=ΔU'·C=1.10×10-3·RC,根据题意得=,解得R≈5.2 kΩ。
答案:(1)B　(2)a→b　5.2
4.解析:(1)采样周期为T==2×10-4 s。
(2)由题图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0 mA。
(3)放电结束后电容器两极板间电压等于R2两端电压,根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为UC=·R2=2 V。
(4)充电结束后电容器两端电压为UC'=E=6 V,故可得ΔQ=C=0.018 8 C,解得C=4.7×103 μF。设t=1 s时电容器两极板间电压为UC″,得C=0.003 8 C,代入数值解得UC″≈2.8 V。
答案:(1)2×10-4　(2)15.0　(3)2　(4)4.7×103　2.8
5.解析:(1)根据电容器电容的决定式C=可知,锡箔纸面积S尽可能大或者锡箔纸间的距离d尽可能小,均可以增大电容,故A、B正确;电容器的电容与充电电压无关,故C、D错误。
(2)I t图像与时间轴围成的面积表示电荷量,图像每小格表示的电荷量为q=0.2×10-3×0.4 C=8×10-5 C,图像与时间轴围成的面积共约40个小格,则电容器充满电后所带的电荷量约为Q=nq=40×8×10-5 C=3.2×10-3 C,充满电后电容器两端电压为4.5 V,则电容大小C=≈7.1×10-4 F。若将题图乙中的电阻R换成阻值更大的电阻,则电容器开始放电的电流变小,但由于放电过程中总电荷量不变,所以得到的I t图像与横轴所围的面积不变。
答案:(1)AB　(2)3.2×10-3(3.0×10-3~3.4×10-3均可)　7.1×10-4(6.6×10-4~7.6×10-4均可)　变小　不变
6.解析:(1)开关S改接2后,电容器进行的是放电过程。
(2)若R=500 Ω,由图像可知,放电过程的最大电流约为2.2 mA,则加在电容器两极板的最大电压约为Um=ImR=1.1 V。
(3)a、b两条曲线表明,电容器所带的最大电荷量不同,根据Q=CU可知,两次曲线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图像与坐标轴围成的“面积”,大小为U0Q0。
答案:(1)放电　(2)1.1　(3)E　(4)U0Q0
7.解析:(1)由电路可知,若要升高电容器充电电压,滑动变阻器R1的滑片应向b端滑动。
(2)由题图乙可知,充电过程的最大电流值为I1,根据欧姆定律可得R2==500 Ω。
(3)U Q图像如图所示。
根据C=,可得图像的斜率的倒数表示电容器的电容,
即C== F=5.0×10-5 F。
(4)充电过程,R2会把一部分电能转化为内能,导致充电电流的最大值略大于放电电流的最大值。
答案:(1)b　(2)500　(3)见解析图
5.0×10-5(4.8×10-5~5.2×10-5均可)　(4)见解析
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观察电容器的充、放电现象(基础实验)
第 5 讲
1
一、实验知能/系统归纳
2
二、应用发展/练中融通
CONTENTS
目录
一、实验知能/系统归纳
一、理清原理与操作
原理装置图 操作要领 实验现象 1.电容器的充电过程 开关S接1时，电源给电容器充电，电容器带电荷量、电压逐渐增大，电流逐渐减小，最后电流为零，如图甲所示。 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭
电流表A 读数由大到小最后为零
电压表V 读数由小到大最后稳定
2.电容器的放电过程 开关S接2时，电容器负极板上的负电荷与正极板上的正电荷中和，两极板的电荷量逐渐减小，电流逐渐减小，电压也逐渐减小，如图乙所示。 灯泡 L 亮度由明到暗最后熄灭
电流 表A 读数由大到小最后为零
电压 表V 读数由大到小最后为零
续表
二、掌握数据处理方法
1.由I t图像计算充、放电过程通过电流传感器的电荷量。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通过的电荷量为一个小方格代表的电荷量乘以方格数。
2.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=估算出电容器的电容C。
三、注意实验细节
1.连接电路时注意电流表和电压表的正、负极与量程。
2.对电解电容器也要注意正、负极。
3.要选择电容较大的电容器。
4.实验过程要在干燥的环境中进行。
二、应用发展/练中融通
1.(2024·甘肃高考)一平行板电容器充放电电路如图所示。开关S接1，电源E给电容器C充电;开关S接2，电容器C对电阻R放电。下列说法正确的是 (　　)
A.充电过程中，电容器两极板间电势差增加，充电电流增加
B.充电过程中，电容器的上极板带正电荷，流过电阻R的电流由M点流向N点
C.放电过程中，电容器两极板间电势差减小，放电电流减小
D.放电过程中，电容器的上极板带负电荷，流过电阻R的电流由N点流向M点
√
解析:根据电容C=，充电过程中，随着电容器所带电荷量的增加，电容器两极板间电势差增加，充电电流减小，故A错误;根据题图可知，充电过程中，电容器的上极板带正电荷，流过电阻R的电流由N点流向M点，故B错误;放电过程中，随着电容器所带电荷量的减小，电容器两极板间电势差减小，放电电流减小，故C正确;根据题图可知，放电过程中，电容器的上极板带正电荷，流过电阻R的电流由M点流向N点，故D错误。
2.(2024·重庆高考)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的变化，需在①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测　　　　(选填“电流”或“电压”)仪器。
解析:由题图甲可知，位置②与电容器并联，应接入测电压仪器。
电压
(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　　　　。
解析:电压表示数最大时，电容器充电完毕，电流表示数为0。
0
(3)根据测到的数据，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　　　(选填“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。
放电
0.32
解析:电容器放电时电压和电流都减小，图像逆向分析，该过程为电容器放电过程。
放电过程中电容器两端电压等于R0两端电压，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消耗的功率为P=8×40×10-3 W=0.32 W。
3.(2024·海南高考)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
B
解析:电容器充电过程中，当电路刚接通，电流表示数从0增大到某一最大值，之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)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)。
　
a→b
5.2
解析: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图像与横轴所围成的面积表示电荷量，可得0~2 s时间内电容器放出的电荷量为Q1=ΔU·C=C，2 s 后到放电结束时间内放出的电荷量为Q2=ΔU'·C=1.10×10-3·RC，根据题意得=，解得R≈5.2 kΩ。
4.(2024·广西高考)某同学为探究电容器充、放电过程，设计了图甲实验电路。器材如下:电容器，电源E(电动势6 V，内阻不计)，电阻R1=400.0 Ω，电阻R2=200.0 Ω，电流传感器，开关S1、S2，导线若干。实验步骤如下:
(1)断开S1、S2，将电流传感器正极与a节点相连，其数据采样频率为5 000 Hz，则采样周期为　　　　s;
解析:采样周期为T==2×10-4 s。
2×10-4　
(2)闭合S1，电容器开始充电，直至充电结束，得到充电过程的I t曲线如图乙，由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为
　　　　mA(结果保留3位有效数字);
解析:由题图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0 mA。
15.0　
(3)保持S1闭合，再闭合S2，电容器开始放电，直至放电结束，则放电结束后电容器两极板间电压为　　　　V;
解析:放电结束后电容器两极板间电压等于R2两端电压，根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为UC=·R2=2 V。
2
(4)实验得到放电过程的I t曲线如图丙，I t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.018 8 C，则电容器的电容C为
　　　　μF。图丙中I t曲线与横坐标、直线t=1 s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.003 8 C，则t=1 s时，电容器两极板间电压为
　　　　V(结果保留2位有效数字)。
2.8
4.7×103　
解析:充电结束后电容器两端电压为UC'=E=6 V，故可得ΔQ=C=0.018 8 C，解得C=4.7×103 μF。设t=1 s时电容器两极板间电压为UC″，得C=0.003 8 C，代入数值解得UC″≈2.8 V。
5.某兴趣小组自制一个电容器并测量其电容。如图甲所示，他们用两片锡箔纸做电极，用两层电容纸(某种绝缘介质)将锡箔纸隔开，一起卷成圆柱形，然后接出引线，再密封在塑料瓶当中，电容器便制成了。
(1)为增加该电容器的电容，应当　　　　。
A.锡箔纸面积尽可能大
B.锡箔纸卷绕得尽可能紧，以减小锡箔纸间的距离
C.增大电容器的充电电压
D.减小电容器的充电电压
解析:根据电容器电容的决定式C=可知，锡箔纸面积S尽可能大或者锡箔纸间的距离d尽可能小，均可以增大电容，故A、B正确;电容器的电容与充电电压无关，故C、D错误。
AB
(2)为了测量该电容器电容的大小，该小组采用了如图乙所示的电路进行测量，其中电源电动势为4.5 V、内阻不计。该同学先将开关接1为电容器充电，经过足够长时间再将开关接2，利用传感器记录电容器放电过程，得到放电过程的I t图像如图丙所示。
根据以上数据估算，电容器在整个放电过程中释放的电荷量为
　　　　　　　　　　　　　　　C(结果保留两位有效数字)，该电容器电容的测量结果为　　　　　　　　　　　　　　　　F(结果保留两位有效数字)。若将图乙中的电阻R换成阻值更大的电阻，则电容器开始放电的电流　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)，所得的I t图像与横轴所围的面积　　　　(填“变大”“变小”或“不变”)。
3.2×10-3(3.0×10-3~3.4×10-3均可)
7.1×10-4(6.6×10-4~7.6×10-4均可)
变小
不变
解析:I t图像与时间轴围成的面积表示电荷量，图像每小格表示的电荷量为q=0.2×10-3×0.4 C=8×10-5 C，图像与时间轴围成的面积共约40个小格，则电容器充满电后所带的电荷量约为Q=nq=40×8×10-5 C=3.2×10-3 C，充满电后电容器两端电压为4.5 V，则电容大小C=≈7.1×10-4 F。若将题图乙中的电阻R换成阻值更大的电阻，则电容器开始放电的电流变小，但由于放电过程中总电荷量不变，所以得到的I t图像与横轴所围的面积不变。
6.(2025·菏泽模拟)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)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。
解析:开关S改接2后，电容器进行的是放电过程。
放电
(2)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。
解析:若R=500 Ω，由图像可知，放电过程的最大电流约为2.2 mA，则加在电容器两极板的最大电压约为Um=ImR=1.1 V。
1.1
(3)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。
E
解析:a、b两条曲线表明，电容器所带的最大电荷量不同，根据Q=CU可知，两次曲线不同是电源的电动势E不同造成的。
(4)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与电荷量的U Q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)。
解析:该充电过程电容器储存的电场能等于U Q图像与坐标轴围成的“面积”，大小为U0Q0。
U0Q0
7.(2025·泰州一模)电容储能已经在电动汽车、风力发电等方面得到广泛应用。某同学设计了图甲所示电路，探究不同电压下电容器的充、放电过程和测定电容器的电容。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);
滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω);
电阻箱R2(阻值0~9 999.9 Ω);
电压表V(量程15 V，内阻较大);
开关S1、S2，电流传感器，计算机，导线若干。
(1)按照图甲连接电路，闭合开关S1、断开开关S2，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器R1的滑片应向　　　　　 端滑动(选填“a”或“b”)。
解析:由电路可知，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器R1的滑片应向b端滑动。
b
(2)当电压表的示数为U1=3 V时，调节R2的阻值，闭合开关S2，通过计算机得到电容器充电过程电流随时间变化的图像;保持R2的阻值不变，断开开关S1，得到电容器放电过程电流随时间变化的图像，图像如图乙所示。测得I1=6 mA，则R2=　　　　 Ω。
解析:由题图乙可知，充电过程的最大电流值为I1，根据欧姆定律可得R2==500 Ω。
500
(3)重复上述实验，得到不同电压下电容器的充、放电过程的电流和时间的图像，利用面积法可以得到电容器电荷量的大小，测出不同电压下电容器所带的电荷量如下表:
请在图丙中画出U Q图像，并利用图像求出电容器的电容为
　　　　　　　　　　　　　　　　 F。(结果保留两位有效数字)
实验次数 1 2 3 4 5 6
U/V 3 4 5 6 7 8
Q/(×10-3 C) 0.14 0.19 0.24 0.30 0.33 0.38
5.0×10-5(4.8×10-5~5.2×10-5均可)
答案:见解析图　
解析:U Q图像如图所示。
根据C=，可得图像的斜率
的倒数表示电容器的电容，
即C== F=5.0×10-5 F。
(4)实验发现，相同电压下电容器充、放电过程的电流和时间的图像中的I1总是略大于I2，其原因是 　　　　　。
答案:见解析
解析:充电过程，R2会把一部分电能转化为内能，导致充电电流的最大值略大于放电电流的最大值。

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