2026届高考物理一轮复习模型解读与针对性训练实验11观察电容器充、放电现象(原卷版+解析)

这是一份2026届高考物理一轮复习模型解读与针对性训练实验11观察电容器充、放电现象(原卷版+解析)，共9页。
【实验解读】
一、教材实验解读
二、拓展创新实验
【高考启示】
高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景。因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。
实验器材创新：1.利用电流传感器代替电流表；
2. 利用二极管代替开关。
【高考典例】
【典例1】 （2024年高考海南卷）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、开关、导线若干
（1）闭合开关，将接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3V。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，后逐渐减小零
C. 先增大，后稳定在某一非零数值
（2）先后断开开关、，将电流表更换成电流传感器，再将接2，此时通过定值电阻R的电流方向_____（选填“”或“”），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图像，如图b，时，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出_____（保留2位有效数字）。
【答案】（1）B （2） ①. 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）[1]根据电路图可知充电结束后电容器上极板带正电，将接2，电容器放电，此时通过定值电阻R的电流方向；
[2]时可知此时电容器两端的电压为
电容器开始放电前两端电压为，根据图像与横轴围成的面积表示放电量可得间的放电量为
后到放电结束间放电量为
根据题意，解得
【典例2】. （2024年1月浙江选考·17）在“观察电容器充、放电现象”实验中，把电阻箱（）、一节干电池、微安表（量程，零刻度在中间位置）、电容器（、）、单刀双掷开关组装成如图1所示的实验电路。
（1）把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零：然后把开关S接2，微安表指针偏转情况是___；
A.迅速向右偏转后示数逐渐减小 B.向右偏转示数逐渐增大
C.迅速向左偏转后示数逐渐减小 D.向左偏转示数逐渐增大
（2）再把电压表并联在电容器两端，同时观察电容器充电时电流和电压变化情况。把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到时保持不变；电压表示数由零逐渐增大，指针偏转到如图2所示位置时保持不变，则电压表示数为___V，电压表的阻值为___（计算结果保留两位有效数字）。
【答案】 （1）. C （2）. 0.50 . 3.1
【解析】
（1）[1]把开关S接1，电容器充电，电流从右向左流过微安表，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零；把开关S接2，电容器放电，电流从左向右流过微安表，则微安表指针迅速向左偏转后示数逐渐减小。
故选C。
（2）[2]由题意可知电压表应选用0~3V量程，由图2可知此时分度值为0.1V，需要估读到0.01V，则读数为0.50V。
[3]当微安表示数稳定时，电容器中不再有电流通过，此时干电池、电阻箱、微安表和电压表构成回路，根据闭合电路欧姆定律有
根据串联电路规律有
联立可得
【典例3】. （2024高考广西卷） 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，内阻不计），电阻，电阻，电流传感器，开关、，导线若干。实验步骤如下：
（1）断开、，将电流传感器正极与a节点相连，其数据采样频率为，则采样周期为_____s；
（2）闭合，电容器开始充电，直至充电结束，得到充电过程的曲线如图乙，由图乙可知开关闭合瞬间流经电阻的电流为_____（结果保留3位有效数字）；
（3）保持闭合，再闭合，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曲线如图丙，曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为，则电容器的电容C为_____。图丙中曲线与横坐标、直线所围面积对应电容器释放的电荷量为，则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） ①. ②. 5.2
【解析】
（1）采样周期为
（2）由图乙可知开关闭合瞬间流经电阻的电流为；
（3）放电结束后电容器两极板间电压等于两端电压，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]设时电容器两极板间电压为，得
代入数值解得
【典例4】 (2023·山东卷，14)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2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10 V，电容标识不清)；
电源E(电动势12 V，内阻不计)；
电阻箱R1(阻值0～99 999.9 Ω)；
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)；
发光二极管D1、D2，开关S1、S2，电流传感器，计算机，导线若干。
图2
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________端滑动(选填“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________V(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8.0 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____________C(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______F(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________(选填“D1”或“D2”)闪光。
答案 (1)b (2)6.5 (3)3.7×10－3 (4)4.6×10－4 (5)D1
解析 (1)滑动变阻器采用分压式接法，要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向b端滑动。
(2)电压表量程15 V，每个小格0.5 V，故读数为6.5 V。
(3)I－t图像所围的面积等于电容器存储的电荷量，37个小格，故电容器存储的电荷量为
Q＝37×0.2×10－3×0.5 C＝3.7×10－3 C。
(4)由电容的定义式C＝eq \f(Q,U)得C＝4.6×10－4 F。
(5)开关S2掷向2，电容器放电，放电电流方向为从左向右，故D1闪光。
【针对性训练】
1.. （2025年5月贵州贵阳普通高中教学检测）某同学为观察电容器的充放电现象，设计了如图（a）所示的实验电路图。
（1）根据图（a），在答题卡上完成图（b）中的实物图连线。
（2）该同学正确连接电路后，将单刀双掷开关拨到位置“1”，发现电流计指针向右偏转，待指针稳定后把开关迅速拨到位置“2”，观察到电流计的指针_____。（选填正确答案前的序号）
①继续向右偏转，然后保持不变
②继续向右偏转，然后回到零刻度线
③向左偏转，然后回到零刻度线
（3）该同学将电容器充电后断开开关，经过一段较长的时间后发现电压表的示数最终为零，原因是_____。
【答案】（1） （2）③
（3）电容器通过电压表放电了
【解析】（1）根据电路图连接实物图，如图所示
（2）开关S接1，电容器充电，电容器上极板带正电，通过微安表的电流方向从左往右，微安表指针向右偏转，稳定后，充电完成，微安表示数减为0，开关S接2，电容器放电，电容器上极板带正电，通过微安表的电流方向从右往左，则微安表指针向左偏转后示数逐渐减小，故选③。
（3）用电压表接在电容器两端测量电压，发现读数缓慢减小，说明电压表内阻不是无穷大，电容器通过电压表在缓慢放电，放电结束后电压表示数为0。
2. (2023·新课标卷，22)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________(填“正极”或“负极”)接触。
(2)某同学设计的实验电路如图11(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____________(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________(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________(填“电压”或“电荷量”)。
图11
答案 (1)正极 (2)C (3)R2 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，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”端相接时，小灯泡不发光，电容器充电；S与“2”端相接时，电容器放电，且放电电流逐渐变小，直至为0，故C正确，A、B错误。
(3)开始充电时实线中的电流较虚线的小，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＝eq \f(q,t)可知q＝It，则I－t图像中曲线与坐标轴围成的面积为电荷量。
3. （6分）(2025广西重点高中质检)电容器在数码电子产品中应用广泛。观察电容器的充、放电现象的实验装置如图甲所示，S是单刀双掷开关，为灵敏电流计，C为平行板电容器。
甲乙
（1）当开关S接________（填“1”或“2”）时平行板电容器放电。
（2）实验中测出不同电压下电容器所带的电荷量，记录的数据如表所示，请在图乙中画出图像（在答题卡上作答）；根据图像可知，实验中使用的电容器的电容为F_______（结果保留两位有效数字）。
【答案】.（1）2 （2分）
（2） （2分）
（2分）
【解析】（1）开关S接1时电容器充电，接2时电容器放电。
（2）根据描点法在坐标系中描好点，连接各点后发现其图像为正比例图线，如图所示。根据电容器的定义式，解得电容器的电容。
4. (2024湖北名校联考)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，S为单刀双掷开关，R为定值电阻，C为电容器，A为电流传感器，V为电压传感器。
（1）如图甲所示，开关S接________（填“1”或者“2”）时，电容器处于充电过程中。
（2）开关S接1，同时开始计时，得到的U-t图像为（ ）
A. B.
C. D.
（3）改接开关，电容器放电。此过程中，得到的I-t图像如图乙所示，则通过R的电荷量约为_______C。（结果保留两位有效数字）。
【答案】（1）1 （2）B
（3）5.5×10-3（5.1×10-3~5.9×10-3均算对）
【解析】
(1)开关接1时，电源与R和C组成电路，此时C处于充电状态，开关接2时， R和C组成电路，此时C处于放电状态。故选1
(2)开关接1时，此时C处于充电状态，其两极板不断积累电荷，由公式
电容只跟本身结构有关，保持不变，Q不断变大，所以两极板电压不断增加，最终趋于稳定等于电源电压。故选B。
(3)改接开关，电容器放电。此过程中，得到的I-t图像如图乙所示，其图线与坐标轴围成的面积表示电荷量的大小，通过图像可知一个方格表示电荷量为，大约有70个方格，则通过R的电荷量约为
5 .(8分)(2024·安徽高三联考)在“用传感器观察电容器的充、放电过程”实验中，按图1所示连接电路。电源电动势为8.0 V，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。实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况。

(1)如果用欧姆表直接连接待测电容器(未充电)两端，观察到指针的偏转情况是________。
A.偏转角度一直很小
B.偏转角度一直很大
C.偏转角度逐渐增大
D.偏转角度先很大，再逐渐减小
(2)开关S突然接“1”时，电容器处于________(选填“充电”或“放电”)状态，电容器板________(选填“A”或“B”)带正电。
(3)电容器充电后，开关S改接2使电容器进行放电，此过程得到的I－t图像如图2所示，如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的I－t曲线与坐标轴所围成的面积将__________(选填“减小”“不变”或“增大”)。
(4)若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量Q＝3.44×10－3 C，则该电容器的电容为________μF。
(5)关于电容器在整个充、放电过程中的q－t图像和uAB－t图像的大致形状，可能正确的有________(q为电容器极板所带的电荷量，uAB为A、B两板的电势差)。
【参考答案】.(1)D (2)充电 A (3)不变 (4)430 (5)AD
解析 (1)用欧姆表直接连接待测电容两端，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，故D正确。
(2)开关接“1”时，电容器开始充电，A板带正电。
(3)根据Q＝CU，电荷量与电阻值R无关，如果不改变电路其他参考数，只减小电阻R的阻值，则此过程的I－t曲线与坐标轴所围成的面积将不变。
(4)根据电容的定义式可得
C＝eq \f(Q,U)＝eq \f(3.44×10－3,8) F＝430 μF。
(5)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，根据q－t图像的切线的斜率表示电流的大小，故A正确，B错误；根据电容的定义式可得U＝eq \f(Q,C)，电容器的电容不变，图像的形状与q－t图像相似，C错误，D正确。
6（2）（2024年4月北京朝阳质检）某同学用图甲所示的电路观察电容器的充、放电现象。所用器材有：电源E、电流表A、电压表V、电容器C、定值电阻R、单刀双掷开关S、导线若干。
①根据图甲，将图乙中的实物连线补充完整。
②将图乙中的电流表换成电流传感器，可以在电脑端记录电流随时间变化的图线。先将开关接1，待电路稳定后再接2。已知电流从左向右流过电阻R时为正，则与本次实验相符的图像是______。
A．B．
C．D．
③将图乙中的电压表换成电压传感器，可以在电脑端记录放电过程中电压随时间变化的图线，如图丙所示。已知开关接2瞬间开始计时，此时电压传感器记录数据为，利用数据处理软件得到图线与坐标轴围成的面积为。根据该实验数据曲线可以粗测实验中电容器的电容______。（用题中已知物理量、R和表示）
【参考答案】．（8分）（1）BE
（2）①见图 ②A ③
【名师解析】①根据图甲的原理电路图，用笔划线代替导线将图乙中的实物连线。
②先将开关接1，待电路稳定后再接2。已知电流从左向右流过电阻R时为正，则与本次实验相符的图像是A。
③由于I——t图像的面积表示电容器所带电荷量Q，根据欧姆定律U=IR，可知图线与坐标轴围成的面积为=QR，由C=Q/U可知该实验数据曲线可以粗测实验中电容器的电容。
7. （2024江苏泰州3月调研）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，电容标识不清）；
电源E（电动势，内阻不计）；滑动变阻器（最大阻值）；
电阻箱（阻值）；电压表V（量程，内阻较大）；
开关，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、断开开关，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器滑片应向___________端滑动（选填“a”或“b”）。
（2）当电压表示数为时，调节的阻值，闭合开关，通过计算机得到电容器充电过程电流随时间变化的图像；保持的阻值不变，断开开关，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，则___________。
（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总是略大于，其原因是___________。
【参考答案】（1）b （2）500
（3） ①. 见解析 ②.
（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。
【名师解析】（1）由图甲所示的电路可知，若要升高电容器充电电压，滑动变阻器的滑片应向b端滑动。
（2）由图乙可知，充电的最大电流值为I1=6mA，电压U1=3V。根据欧姆定律可得
（3）根据实验测出不同电压U下电容器所带的电荷量Q，先在坐标系中描出各个数据点，然后过尽可能的数据点，用直尺绘出 图像如图所示。
根据电容定义式
结合图像可得图线的斜率倒数表示电容器电容，即。
（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。
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
如图甲，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。
如图乙，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＝eq \f(Q,U)估算出电容器的电容C。
U/V
2.0
4.0
6.0
8.0
4.80
9.60
14.40
19.20
实验次数
1
2
3
4
5
6
3
4
5
6
7
8
0.14
0.19
024
0.30
0.33
0.38