第46課時實驗十：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象

目標(biāo)要求1.理解電容器充、放電過程中，電路中的電流和電容器兩端電壓的變化規(guī)律。2.理解電容器的

儲能特性及其在電路中能量的轉(zhuǎn)換規(guī)律。

1.實驗原理

(1)電容器的充電過程

如圖所示，當(dāng)開關(guān)S接1時，電容器接通電源，在靜電力的作用下自由電子從正極板經(jīng)過電源向負(fù)極板移

動，正極板因電子而帶電，負(fù)極板因電子而帶電。正、負(fù)極板帶

的正、負(fù)電荷，電荷在移動的過程中形成電流。在充電開始時電流比較(填“大”或“小”)，以

后隨著極板上電荷的增多，電流逐漸(填“增大”或“減小”)，當(dāng)電容器兩極板間電壓等于電源

電壓時電荷停止定向移動，電流I＝0。

(2)電容器的放電過程

如圖所示，當(dāng)開關(guān)S接2時，相當(dāng)于將電容器的兩極板直接用導(dǎo)線連接起來，電容器正、負(fù)極板上電荷發(fā)

生，在電子移動過程中，形成電流。放電開始電流較(填“大”或“小”)，隨著兩極板

上的電荷量逐漸減少，電路中的電流逐漸(填“增大”或“減小”)，兩極板間的電壓也逐漸減小

到零。

2.實驗步驟

(1)按圖連接好電路。

(2)把單刀雙擲開關(guān)S打在上面，使觸點1和開關(guān)連通，觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。

(3)將單刀雙擲開關(guān)S打在下面，使觸點2和開關(guān)連通，觀察電容器的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。

(4)記錄好實驗結(jié)果，關(guān)閉電源。

3.實驗數(shù)據(jù)處理

(1)在I－t圖像中，圖線與時間軸圍成的面積表示電荷量的變化，故整個圖線與橫軸所圍的面積就是整個充

電或放電時間內(nèi)通過靈敏電流表的電荷量，也等于電容器的充電電荷量或放電電荷量。

(2)估算電容器的充電電荷量或放電電荷量的方法：先算出一個小方格代表的電荷量，然后數(shù)出整個圖線與

橫軸所圍的面積中的方格數(shù)(大于半格的按一個方格計算，小于半格的舍棄)。電容器的充電電荷量或放電

電荷量等于一個小方格代表的電荷量乘以方格數(shù)。

4.注意事項

(1)電流表要選用小量程的靈敏電流表。

(2)要選擇大容量的電容器。

(3)實驗過程中要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行。

(4)在做放電實驗時，在電路中串聯(lián)一個電阻，避免燒壞電流表。

例1(2024·重慶卷·12)探究電容器充放電規(guī)律，實驗裝置如圖甲所示，有電源E，定值電阻R0，電

容器C，單刀雙擲開關(guān)S。

(1)為測量電容器充放電過程電壓U和電流I變化，需在①、②處接入測量儀器，位置②應(yīng)該接入測

(填“電流”或“電壓”)儀器。

(2)接通電路并接通開關(guān)，當(dāng)電壓表示數(shù)最大時，電流表示數(shù)為。

(3)根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，某過程中電容器兩端電壓U與電流I的關(guān)系圖如圖乙所示。該過程為

(填“充電”或“放電”)。放電過程中電容器兩端電壓U隨時間t變化關(guān)系如圖丙所示。0.2s時R0消

耗的功率W。

例2(2024·山東濟(jì)寧市校考)某同學(xué)用如圖甲所示電路研究電容器的充放電規(guī)律，直流電源的電動

勢為6V。

(1)將單刀雙擲開關(guān)合向“1”，電流傳感器記錄電容器充電電流隨時間變化規(guī)律如圖乙所示，則圖乙

中圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積的物理意義為。

(2)充電結(jié)束時電容器兩端的電壓為U＝V，結(jié)合圖像面積可知，電容器的電容為C＝

F(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

(3)將單刀雙擲開關(guān)合向“2”，得到放電電流隨時間變化的圖像，從圖像上得到放電電流的最大值為I1，

圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積為S1；將R調(diào)大，將開關(guān)合向“1”后再合向“2”，再次得到的放電電流隨

時間變化的圖像，從圖像上得到放電電流的最大值為I2，圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積為S2。則I1

I2，S1S2(均選填“>”“<”或“＝”)。

電容器充、放電現(xiàn)象中的幾點注意事項

1.電容器充電時電流流向正極板，電容器放電時電流從正極板流出，且充、放電電流均逐漸減小至零。

2.電容器充、放電過程，電容器的電容不變，極板上所帶電荷量和電壓按正比關(guān)系變化。

3.電容器充、放電過程，I－t圖中曲線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示電容器儲存的電荷量。

4.在i－t圖像中，根據(jù)Im＝可知，圖像的峰值由電容器充電結(jié)束或放電開始時其兩極板間的電勢差和電路

?

總電阻決定。?

例3(2024·海南卷·16)用如圖(a)所示的電路觀察電容器的充放電現(xiàn)象，實驗器材有電源E、電容器C、

電壓表、電流表、電流傳感器、計算機、定值電阻R、單刀雙擲開關(guān)S1、開關(guān)S2、導(dǎo)線若干。

(1)閉合開關(guān)S2，將S1接1，電壓表示數(shù)增大，最后穩(wěn)定在12.3V。在此過程中，電流表的示數(shù)

(填選項標(biāo)號)。

A.一直穩(wěn)定在某一數(shù)值

B.先增大，后逐漸減小為零

C.先增大，后穩(wěn)定在某一非零數(shù)值

(2)先后斷開開關(guān)S2、S1，將電流表更換成電流傳感器，再將S1接2，此時通過定值電阻R的電流方向

_________(選填“a→b”或“b→a”)，通過傳感器將電流信息傳入計算機，畫出電流隨時間變化的I

－t圖像，如圖(b)，t＝2s時I＝1.10mA，圖中M、N區(qū)域面積比為8∶7，可求出R＝

kΩ(保留2位有效數(shù)字)。

答案精析

1.(1)失去正獲得負(fù)等量大減小(2)中和大減小

例1(1)電壓(2)0(3)放電0.32

解析(1)位置②與電容器并聯(lián)，為測電壓儀器。

(2)電壓表示數(shù)最大時，電容器充電完畢，充電電流為零，電流表示數(shù)為零。

(3)題圖乙中＝k為定值，結(jié)合電路，將圖像逆向分析，此為放電過程，k＝R0，

?

故該過程為電?容器放電過程。

由題圖丙可知t＝0.2s時電容器兩端電壓為U＝8V，

由題圖乙可知當(dāng)U＝8V時，電流I＝40mA，

則電阻R0消耗的功率

P＝UI＝8×40×10－3W＝0.32W。

例2(1)充電后電容器的帶電荷量(2)65.7×10－4(3)>＝

解析(1)根據(jù)Q＝It可知，I－t圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積的物理意義為充電后電容器的帶電荷量。

(2)充電結(jié)束時電容器兩端的電壓等于電源兩端電壓，為U＝6V，I－t圖線與坐標(biāo)軸所圍的格數(shù)為43個，

則充電后電容器的帶電荷量為Q＝43×0.2×10－3×0.4C＝3.44×10－3C，則電容器的電容C＝≈5.7×10－4

?

F。?

(3)根據(jù)Im＝可知，R變大，則放電電流的最大值減小，則有I1>I2，R變大，兩次充電電荷量相等，因此

?

圖線與坐標(biāo)軸?所圍面積相等，即S1＝S2。

例3(1)B(2)a→b5.2

解析(1)電容器充電過程中，當(dāng)電路剛接通后，電流表示數(shù)從0增大到某一最大值，后隨著電容器的不斷

充電，電路中的充電電流在減小，當(dāng)充電結(jié)束電路穩(wěn)定后，此時電路相當(dāng)于開路，電流為0。故選B。

(2)根據(jù)電路圖可知充電結(jié)束后電容器上極板帶正電，將S1接2，電容器放電，此時通過定值電阻R的電流

方向a→b；

t＝2s時I＝1.10mA，可知此時電容器兩端的電壓為U2＝IR，電容器開始放電前兩端電壓為12.3V