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实验：观察电容器的充、放电现象
目录
01考情解码·命题预警 2
02体系构建·思维可视 3
03核心突破·靶向攻坚 4
考点一 经典实验方案 4
知识点1 基本原理与操作 4
知识点2 数据处理 4
考向1 实验操作与原理 5
考向2 数据处理与误差分析 6
考点二 创新实验方案 7
知识点1 使用传感器测量数据 7
考向1 实验原理的改进 8
考向2 实验器材的创新 10
04真题溯源·考向感知 11
考点 要求 考频 2025年 2024年 2023年
观察电容器的充放电现象 理解 低频 \ \ \
考情分析： 1.命题形式：单选题非选择题 2.命题分析：高考对观察电容器的充放电现象这个实验的考查近几年频度不高，主要考查原型实验的原理 3.备考建议：本讲内容备考时候，注意实验原理的理解，多关注课本原型实验以及跟实际生活情境有关的电容器问题把实验放到真实情境中去理解。 4.命题情境： ①电容器充、放电现象的原型实验原理； ②创新类型实验 5.常用方法：图像法、对比法、等效法
复习目标： 1.理解和掌握观察电容器的充放电现象实验原理，并会做出必要的误差分析。 2、能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究
考点一 经典实验方案
知识点1 基本原理与操作
原理装置图 操作要领
1.电容器的充电过程 开关S接1时，电源给电容器充电，电容器带电量、电压逐渐增大，电流逐渐减小，最后电流为零，如图甲所示。 2.电容器的放电过程 开关S接2时，电容器负极板上负电荷与正极板上正电荷中和，两极板的电荷量逐渐减小，电流逐渐减小，最后电压也逐渐减为零，如图乙所示。
电容器的充、放电解释:
1.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,
2.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
知识点2 数据处理
实验项目 实验现象
电容器充电 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭
电流表A1 读数由大到小最后为零
电压表V 读数由小到大最后为6 V
电容器放电 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭
电流表A2 读数由大到小最后为零
电压表V 读数由大到小最后为零
考向1 实验原理与操作
例1 （24-25广东肇庆·模拟）某实验小组的同学为观察电容器的充、放电现象，设计了如图甲所示的电路，其中为电源，为平行板电容器，为电阻箱，S为单刀双掷开关，G为电流计。
(1)根据图甲，将图乙中的实物连线补充完整，
(2)先将单刀双掷开关接，并稳定一段时间，电容器的上极板带 （选填“正电”或“负电”）
(3)再将单刀双掷开关接，流过电流计的电流方向为 （选填“到”或“到”）。
(4)在（3）操作中，若想要使电容器放电时间变长，则电阻箱的阻值要 （选填“调大”“调小”或“不变”）。
考向2 数据处理与误差分析
例2 （2024·广东广州·二模）用图（a）的电路研究电容器的充放电，电源电动势为12V（内阻忽略不计）；R1、R2、R3为定值电阻，其中R2=160Ω；电流传感器（内阻忽略不计）将电流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的I-t图像。
(1)①闭合开关K2，开关K1与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的I-t图像如图（b）中的图线I，图线I与时间轴围成的“面积”为S1，其物理意义是 ；
②断开开关K2，开关K1与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的I-t图像如图（b）中的图线II，图线II与时间轴围成的“面积”为S2，理论上应该有S1 S2（选填“>”“<”或“=”）；
(2)测得S1为2.64mA s，由此可知电容器的电容C= μF，定值电阻R3= Ω；开关K2闭合时，电容器放电过程中通过R3的电量为 C。
考点二 创新实验方案
知识点1 使用传感器测量数据
在创新考法中一般以实验器材的更新及实验原理的改进为方向考查如：
考向1 实验原理的改进
例1 为了测量该电容器电容的大小，甲同学利用电流表和电压表来观察电容器充、放电现象，如图（a）所示，所选用电流表的零刻度在表盘的正中央，指针可向左、右偏转，已知电流从该电流表的“+”接线柱流入时，指针向右偏转，反之向左偏转。所选用的电压表的零刻度在表盘的最左侧。
（1）为观察电容器C充电时的现象，应将单刀双掷开关S接 （选填“1”或“2”）。
（2）在利用图（a）电路进行实验时，下列操作或现象正确的是 。
A．连接电路时，电流传感器的下端为“+”接线柱
B．电容器C在放电时，流经电阻R的电流忽左忽右
C．电容器C充电结束后，电压表示数等于电源电动势
（3）乙同学用图（a）所示电路来观察电容器C放电现象：他利用电流传感器采集放电过程电路中的电流，并输入计算机，得到了图（b）所示的电流与时间的关系图像。已知该同学所选用的直流电源电动势。

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量，每一小格面积表示的电荷量为，据此可求出电容器放电前所带电荷量 C；根据该图，可知他所选用的电容器最可能是下列的 （选填序号“A”，“B”或“C”）。

（4）电容器充电后就储存了能量，某同学研究电容器储存的能量与电容器的电容、电荷量及电容器两极间电压之间的关系。他从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服电场力所做的功。为此他做出电容器两极间的电压随电荷量变化的图像如图所示。按他的想法，下列说法正确的是 。

A．图线的斜率越大，电容越大
B．搬运的电量，克服电场力所做的功近似等于上方小矩形的面积
C．对同一电容器，电容器储存的能量与两极间电压成正比
D．若电容器电荷量为时储存的能量为，则电容器电荷量为时储存的能量为
考向2 实验器材的创新
例2在测定电容器电容的实验中，将电容器、电压传感器、阻值为3 kΩ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1端相连，电源向电容器充电，充电完毕后把开关S掷向2端，电容器放电，直至放电完毕。实验得到的与电压传感器相连接的计算机所记录的电压随时间变化的u-t曲线，如图乙所示，图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录的“峰值”及曲线与时间轴所围“面积”。
(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________(填“相同”或“相反”)，大小都随时间________(填“增大”或“减小”)。
(2)该电容器的电容值为________F。(结果保留两位有效数字)
(3)某同学认为：仍利用上述装置，将电压传感器从电阻两端改接在电容器的两端，也可以测出电容器的电容值。请你分析并说明该同学的说法是否正确。
【变式训练】（2024·山东济南·模拟预测）电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛。使用图甲所示电路观察电容器的充、放电过程。电路中的电流传感器与计算机相连，可以显示电路中电流随时间的变化。图甲中直流电源电动势E=8V，实验前电容器不带电。先使S与“1”端相连给电容器充电，充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的i=t曲线如图乙所示。
（1）乙图中阴影部分的面积S1 S2；（选填“>”、“<”或“=”）
（2）计算机测得S1=1 203mA·s，则该电容器的电容为 F；（保留两位有效数字）
（3）由甲、乙两图可判断阻值R1 R2。（选填“>”、“<”或“=”）
1．（2024·广西·高考真题）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6V，内阻不计），电阻R1 = 400.0Ω，电阻R2 = 200.0Ω，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5000Hz，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0.0188C，则电容器的电容C为 μF。图丙中I—t曲线与横坐标、直线t = 1s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0038C，则t = 1s时电容器两极板间电压为 V（结果保留2位有效数字）。
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01考情解码·命题预警 1
02体系构建·思维可视 3
03核心突破·靶向攻坚 4
考点一 经典实验方案 4
知识点1 基本原理与操作 4
知识点2 数据处理 4
考向1 实验操作与原理 5
考向2 数据处理与误差分析 6
考点二 创新实验方案 7
知识点1 使用传感器测量数据 7
考向1 实验原理的改进 8
考向2 实验器材的创新 10
04真题溯源·考向感知 11
考点 要求 考频 2025年 2024年 2023年
观察电容器的充放电现象 理解 低频 \ \ \
考情分析： 1.命题形式：单选题非选择题 2.命题分析：高考对观察电容器的充放电现象这个实验的考查近几年频度不高，主要考查原型实验的原理 3.备考建议：本讲内容备考时候，注意实验原理的理解，多关注课本原型实验以及跟实际生活情境有关的电容器问题把实验放到真实情境中去理解。 4.命题情境： ①电容器充、放电现象的原型实验原理； ②创新类型实验 5.常用方法：图像法、对比法、等效法
复习目标： 1.理解和掌握观察电容器的充放电现象实验原理，并会做出必要的误差分析。 2、能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究
考点一 经典实验方案
知识点1 基本原理与操作
原理装置图 操作要领
1.电容器的充电过程 开关S接1时，电源给电容器充电，电容器带电量、电压逐渐增大，电流逐渐减小，最后电流为零，如图甲所示。 2.电容器的放电过程 开关S接2时，电容器负极板上负电荷与正极板上正电荷中和，两极板的电荷量逐渐减小，电流逐渐减小，最后电压也逐渐减为零，如图乙所示。
电容器的充、放电解释:
1.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,
2.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
知识点2 数据处理
实验项目 实验现象
电容器充电 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭
电流表A1 读数由大到小最后为零
电压表V 读数由小到大最后为6 V
电容器放电 灯泡L 亮度由明到暗最后熄灭
电流表A2 读数由大到小最后为零
电压表V 读数由大到小最后为零
考向1 实验原理与操作
例1 （24-25广东肇庆·模拟）某实验小组的同学为观察电容器的充、放电现象，设计了如图甲所示的电路，其中为电源，为平行板电容器，为电阻箱，S为单刀双掷开关，G为电流计。
(1)根据图甲，将图乙中的实物连线补充完整，
(2)先将单刀双掷开关接，并稳定一段时间，电容器的上极板带 （选填“正电”或“负电”）
(3)再将单刀双掷开关接，流过电流计的电流方向为 （选填“到”或“到”）。
(4)在（3）操作中，若想要使电容器放电时间变长，则电阻箱的阻值要 （选填“调大”“调小”或“不变”）。
【答案】(1)
(2)正电
(3)到
(4)调大
【详解】（1）如图
（2）电容器的上极板与电源正极连接，则上极板带正电；
（3）将单刀双掷开关接，电容器放电，流过电流计的电流方向为到；
（4）要使电容器放电时间变长，则要减小电路中的电流，故电阻箱的阻值要调大。
考向2 数据处理与误差分析
例2 （2024·广东广州·二模）用图（a）的电路研究电容器的充放电，电源电动势为12V（内阻忽略不计）；R1、R2、R3为定值电阻，其中R2=160Ω；电流传感器（内阻忽略不计）将电流信息传入计算机，显示出电流随时间变化的I-t图像。
(1)①闭合开关K2，开关K1与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的I-t图像如图（b）中的图线I，图线I与时间轴围成的“面积”为S1，其物理意义是 ；
②断开开关K2，开关K1与1接通，待充电完成后，再与2接通，电容器放电的I-t图像如图（b）中的图线II，图线II与时间轴围成的“面积”为S2，理论上应该有S1 S2（选填“>”“<”或“=”）；
(2)测得S1为2.64mA s，由此可知电容器的电容C= μF，定值电阻R3= Ω；开关K2闭合时，电容器放电过程中通过R3的电量为 C。
【答案】(1) 电容器放电过程，通过电流传感器的电荷量 =
(2) 220 480
【详解】（1）①[1]根据
可知I-t图像与对应时间轴所围成的面积表示的物理意义是电荷量，即电容器放电过程，通过电流传感器的电荷量。
②[2] S1和S2均表示电容器放电的电荷量，所以
（2）[1]根据
可得
[2]根据
可知，两次放电过程的最大电流与电路电阻成反比，即
解得
[3]开关K2闭合时，电容器放电过程中通过R3的电量为
考点二 创新实验方案
知识点1 使用传感器测量数据
在创新考法中一般以实验器材的更新及实验原理的改进为方向考查如：
考向1 实验原理的改进
例1 为了测量该电容器电容的大小，甲同学利用电流表和电压表来观察电容器充、放电现象，如图（a）所示，所选用电流表的零刻度在表盘的正中央，指针可向左、右偏转，已知电流从该电流表的“+”接线柱流入时，指针向右偏转，反之向左偏转。所选用的电压表的零刻度在表盘的最左侧。
（1）为观察电容器C充电时的现象，应将单刀双掷开关S接 （选填“1”或“2”）。
（2）在利用图（a）电路进行实验时，下列操作或现象正确的是 。
A．连接电路时，电流传感器的下端为“+”接线柱
B．电容器C在放电时，流经电阻R的电流忽左忽右
C．电容器C充电结束后，电压表示数等于电源电动势
（3）乙同学用图（a）所示电路来观察电容器C放电现象：他利用电流传感器采集放电过程电路中的电流，并输入计算机，得到了图（b）所示的电流与时间的关系图像。已知该同学所选用的直流电源电动势。

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量，每一小格面积表示的电荷量为，据此可求出电容器放电前所带电荷量 C；根据该图，可知他所选用的电容器最可能是下列的 （选填序号“A”，“B”或“C”）。

（4）电容器充电后就储存了能量，某同学研究电容器储存的能量与电容器的电容、电荷量及电容器两极间电压之间的关系。他从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服电场力所做的功。为此他做出电容器两极间的电压随电荷量变化的图像如图所示。按他的想法，下列说法正确的是 。

A．图线的斜率越大，电容越大
B．搬运的电量，克服电场力所做的功近似等于上方小矩形的面积
C．对同一电容器，电容器储存的能量与两极间电压成正比
D．若电容器电荷量为时储存的能量为，则电容器电荷量为时储存的能量为
【答案】 1 C B BD/DB
【详解】（1）[1]要给电容器充电，则电容器需与电源连接，因此应将单刀双掷开关S接1。
（2）[2]A．充电时，电容器的上极板与电源的正极相连，因此电容器上极板带正电，当开关接2时，电容器上极板与电流传感器上端接通，因此可知电流传感器上端为“+”接线柱，故A错误；
B．电容器放电时电流方向不变，不可能忽左忽右，故B错误；
C．电容器充电结束后电压表示数等于电源电动势，故C正确。故选C。
（3）[3]图（b）中通过数数，共计约有40格，所以可得电容器的总带电量
根据电容器的定义可得
[4]根据电容器的容量，结合图中所给电容器的容量大小，可知该同学选用的电容器最可能是B图所示电容器。
（4）[5]A．由图可知，与成正比，根据可得因此，图线得斜率越大，电容越小，故A错误；
B．由类比速度—时间图像得面积表示位移，则图像的面积代表克服电场力所做的功，所以搬运的电量，克服电场力所做的功近似等于上方小矩形得面积，故B正确；
C．从等效思想出发，电容器存储的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服电场力所做的功，也等于图像所围成的面积，设电容器搬运电荷量为时对应的能量为，则可得所以可得储存的能量与两极板间电压的平方成正比，故C错误；
D．由以上分析可得当电容一定时，电荷量变为原来的一半，储存的能量变为原来的，故D正确。故选BD。
考向2 实验器材的创新
例2在测定电容器电容的实验中，将电容器、电压传感器、阻值为3 kΩ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1端相连，电源向电容器充电，充电完毕后把开关S掷向2端，电容器放电，直至放电完毕。实验得到的与电压传感器相连接的计算机所记录的电压随时间变化的u-t曲线，如图乙所示，图丙为由计算机对图乙进行数据处理后记录的“峰值”及曲线与时间轴所围“面积”。
(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________(填“相同”或“相反”)，大小都随时间________(填“增大”或“减小”)。
(2)该电容器的电容值为________F。(结果保留两位有效数字)
(3)某同学认为：仍利用上述装置，将电压传感器从电阻两端改接在电容器的两端，也可以测出电容器的电容值。请你分析并说明该同学的说法是否正确。
解析：(1)由题图甲、乙可知，充电和放电时R两端的电势相反，说明流过R的电流方向相反；电压均随时间减小，说明电流均随时间减小。
(2)根据欧姆定律I＝，图像的面积表示Ut，可知图像面积与R的比值表示电荷量。故极板所带最大电荷量q＝ C＝0.060 9 C，该电容器的电容值C＝＝ F≈1.0×10－2 F。
(3)该同学的说法正确。因为当开关S与2连接，电容器放电的过程中，电容器C与电阻R上的电压大小相等，因此通过对放电曲线进行数据处理后记录的“峰值Um”及曲线与时间轴所围“面积S”，仍可应用C＝＝计算电容值。
答案：(1)相反　减小　(2)1.0×10－2　(3)见解析
【变式训练】（2024·山东济南·模拟预测）电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应用广泛。使用图甲所示电路观察电容器的充、放电过程。电路中的电流传感器与计算机相连，可以显示电路中电流随时间的变化。图甲中直流电源电动势E=8V，实验前电容器不带电。先使S与“1”端相连给电容器充电，充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的i=t曲线如图乙所示。
（1）乙图中阴影部分的面积S1 S2；（选填“>”、“<”或“=”）
（2）计算机测得S1=1 203mA·s，则该电容器的电容为 F；（保留两位有效数字）
（3）由甲、乙两图可判断阻值R1 R2。（选填“>”、“<”或“=”）
【答案】 = <
【详解】（1）[1]图乙中阴影面积代表充放电中电容器上的总电量，所以两者相等。
（2）[2]由阴影面积代表电容器上的电量得
则
（3）[3]由图乙可知充电瞬间电流大于放电瞬间电流，且充电瞬间电源电压与放电瞬间电容器两极板电压相等，由
解得
1．（2024·广西·高考真题）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6V，内阻不计），电阻R1 = 400.0Ω，电阻R2 = 200.0Ω，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5000Hz，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0.0188C，则电容器的电容C为 μF。图丙中I—t曲线与横坐标、直线t = 1s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.0038C，则t = 1s时电容器两极板间电压为 V（结果保留2位有效数字）。
【答案】(1)
(2)15.0
(3)2
(4) 4.7 × 103 2.8
【详解】（1）采样周期为
（2）由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0mA；
（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
（4）[1]充电结束后电容器两端电压为，故可得
解得
[2]设t = 1s时电容器两极板间电压为，得
代入数值解得
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