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2025年高考物理一轮复习讲义学案 第九章 静电场 实验十 观察电容器的充、放电现象
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这是一份2025年高考物理一轮复习讲义学案 第九章 静电场 实验十 观察电容器的充、放电现象，共10页。
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
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 3.2×10－3 C，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UAB－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，UAB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＝QU＝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ΔUAB＝ΔqC＝ICΔt，UAB－t图像的斜率表示IC，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 6.5 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8.0V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 3.8×10－3 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 4.8×10－4 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 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＝QU＝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＝q0U＝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UC＝0，则电阻R两端的电压UR＝E，此时通过R的电流即电容器开始充电时的电流，即Imax＝URR；只减小电阻R，则Imax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.
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 2.4×10－3 C（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 3.0×10－4 F（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＝QU＝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＝QU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UR1＞UR2，由串联电路分压可得UC1＜UC2.
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＝qt可知q＝It，则I－t图线与坐标轴围成的面积为电荷量.电容器的充电过程
如图，在充电开始时电流比较[1] 大 （填“大”或“小”），以后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.
时间t/s
0
5
10
15
20
25
电流i/μA
500
392
270
209
158
101
时间t/s
30
35
40
45
50
55
电流i/μA
75
49
30
23
9
3
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
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 3.2×10－3 C，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UAB－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，UAB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＝QU＝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ΔUAB＝ΔqC＝ICΔt，UAB－t图像的斜率表示IC，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 6.5 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8.0V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 3.8×10－3 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 4.8×10－4 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 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＝QU＝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＝q0U＝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UC＝0，则电阻R两端的电压UR＝E，此时通过R的电流即电容器开始充电时的电流，即Imax＝URR；只减小电阻R，则Imax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.
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 2.4×10－3 C（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 3.0×10－4 F（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＝QU＝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＝QU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UR1＞UR2，由串联电路分压可得UC1＜UC2.
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＝qt可知q＝It，则I－t图线与坐标轴围成的面积为电荷量.电容器的充电过程
如图，在充电开始时电流比较[1] 大 （填“大”或“小”），以后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.
时间t/s
0
5
10
15
20
25
电流i/μA
500
392
270
209
158
101
时间t/s
30
35
40
45
50
55
电流i/μA
75
49
30
23
9
3
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