簡潔實用高效第九章靜電場第3講電容器實驗十：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象物理內(nèi)容索引必備知識梳理關(guān)鍵能力提升第一部分第二部分考點一實驗十：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象考點二電容器的理解及動態(tài)分析0102課時作業(yè)第三部分必備知識梳理第分部一自主學習·基礎(chǔ)回扣1．電容器(1)組成：由兩個彼此____又相距很近的導(dǎo)體組成。(2)帶電荷量：一個極板所帶電荷量的______。(3)電容器的充、放電①充電：電容器充電的過程中，兩極板所帶的電荷量____，極板間的電場強度____，電源的能量不斷儲存在電容器中。②放電：放電過程中，電容器把儲存的能量通過____做功轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。絕緣絕對值增加增大電流2．電容(1)定義：電容器所帶的________與電容器兩極板之間的________之比。(3)單位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1F＝________μF＝________pF。(4)意義：表示電容器________本領(lǐng)的物理量。(5)決定因素：由電容器本身物理條件(大小、形狀、極板相對位置及電介質(zhì))決定，與電容器是否____及____________無關(guān)。電荷量Q電勢差U1061012容納電荷帶電兩極板間電壓3．平行板電容器的電容(1)決定因素：正對面積、電介質(zhì)、兩極板間的距離。(2)決定式：C＝_______。1．電容器所帶的電荷量是指每個極板所帶電荷量的代數(shù)和。(

)2．電容器的電容與電容器所帶電荷量成反比。(

)3．放電后的電容器電荷量為零，電容也為零。(

)4．平行板電容器的兩極板間插入一塊導(dǎo)體板，其電容將變大。(

)概念辨析×××√關(guān)鍵能力提升第分部二互動探究·考點精講考點一實驗十：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象1．實驗原理(如圖所示)

甲電容器充電乙電容器放電2．實驗操作(1)連電路，按原理圖連接器材。(2)單刀雙擲開關(guān)S接1，觀察充電現(xiàn)象。(3)單刀雙擲開關(guān)S接2，觀察放電現(xiàn)象。(4)關(guān)閉電源，整理器材。3．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)實驗要在干燥的環(huán)境中進行。(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。4．數(shù)據(jù)處理(1)觀察電流表示數(shù)變化，總結(jié)電容器充、放電電流的變化規(guī)律。(2)可將電流表換成電流傳感器，由計算機繪制充、放電的I－t圖像，由圖像計算充、放電過程通過電流傳感器的電荷量。方法：先算出一個小方格代表的電荷量，然后數(shù)出整個圖像與橫軸所圍的面積中的方格數(shù)(大于半個的按一個方格計算，小于半個的舍棄)。電容器充電或放電過程中電荷量為一個小方格代表的電荷量乘以方格數(shù)。5．誤差分析(1)電流測量和讀數(shù)不準確帶來誤差。(2)利用I－t圖像進行數(shù)據(jù)處理時也會造成誤差。考向1電容器充、放電現(xiàn)象的定性分析【典例1】某同學通過實驗觀察電容器的放電現(xiàn)象，采用的實驗電路如圖甲所示，已知所用電解電容器的長引線是其正極，短引線是其負極。(1)按圖甲連接好實驗電路，開關(guān)S應(yīng)先接到__，再接到__，觀察電容器的放電現(xiàn)象。(以上均選填“1”或“2”)【解析】連接好電路圖，開關(guān)S應(yīng)先接到1對電容器進行充電，再接到2使電容器放電，觀察電容器的放電現(xiàn)象。12(2)根據(jù)圖甲電路，請在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線，完成實物電路的連接?！敬鸢浮恳娊馕鰣D(a)【解析】根據(jù)題圖甲所示電路圖連接實物電路圖，注意電容器正極接電流表正接線柱，實物電路圖如圖(a)所示。(3)電容器開始放電，同時開始計時，每隔5s讀一次電流I的值，記錄數(shù)據(jù)如下表。時間t/s0510152025電流I/μA500392270209158101時間t/s303540455055電流I/μA7549302393請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖丙中作出電流I隨時間t變化的圖線?！敬鸢浮恳娊馕鰣D(b)【解析】根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在題圖丙中描出對應(yīng)點，然后畫一條平滑曲線，讓盡可能多的點過曲線，不能過曲線的點大致均勻分布在曲線兩側(cè)，作出圖像如圖(b)所示?？枷?電容器充、放電現(xiàn)象的定量計算【典例2】

(2024·海南卷)用如圖甲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)__。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【解析】電容器充電過程中，當電路剛接通后，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，充電結(jié)束電路穩(wěn)定后，此時電路相當于開路，電流為0，故選B。B(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的電流方向為____(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圖像如圖乙所示，t＝2s時I＝1.10mA，圖中M、N區(qū)域面積比為8∶7，可求出R＝______kΩ(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。a→b5.2考向3實驗器材創(chuàng)新拓展【典例3】

(2024·廣西卷)某同學為探究電容器充、放電過程，設(shè)計了圖甲實驗電路。器材如下：電容器，電源E(電動勢6V，內(nèi)阻不計)，電阻R1＝400.0Ω，電阻R2＝200.0Ω，電流傳感器，開關(guān)S1、S2，導(dǎo)線若干。實驗步驟如下：(1)斷開S1、S2，將電流傳感器正極與a節(jié)點相連，其數(shù)據(jù)采樣頻率為5000Hz，則采樣周期為____________s。(2)閉合S1，電容器開始充電，直至充電結(jié)束，得到充電過程的I－t曲線如圖乙所示，由圖乙可知開關(guān)S1閉合瞬間流經(jīng)電阻R1的電流為________mA(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)?！窘馕觥坑深}圖乙可知開關(guān)S1閉合瞬間流經(jīng)電阻R1的電流為15.0mA。2×10-415.0

(3)保持S1閉合，再閉合S2，電容器開始放電，直至放電結(jié)束，則放電結(jié)束后電容器兩極板間電壓為__V。2

(4)實驗得到放電過程的I－t曲線如圖丙所示，I－t曲線與坐標軸所圍面積對應(yīng)電容器釋放的電荷量為0.0188C，則電容器的電容C為__________μF。圖丙中I－t曲線與橫坐標、直線t＝1s所圍面積對應(yīng)電容器釋放的電荷量為0.0038C，則t＝1s時電容器兩極板間電壓為______V(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。4.7×103

5.2【解析】充電結(jié)束后電容器兩端電壓為U′C＝E＝6V，故可得ΔQ＝(U′C－UC)C＝0.0188C，解得C＝4.7×103μF。設(shè)t＝1s時電容器兩極板間電壓為U″C，得(U′C－U″C)C＝0.0038C，代入數(shù)值解得U″C≈5.2V。考點二電容器的理解及動態(tài)分析(1)一個電容器電容的大小是由電容器本身的因素決定的，與電容器的帶電情況無關(guān)。(2)不能理解為電容C與Q成正比，與U成反比。2．兩類典型動態(tài)分析思路比較考向1電容器的理解【典例4】

(2025·黑龍江大慶檢測)如圖所示，自動體外除顫器是一種便攜式的醫(yī)療設(shè)備，它可以診斷特定的心律失常，并且給予電擊除顫，是可被非專業(yè)人員使用的用于搶救心臟驟?；颊叩尼t(yī)療設(shè)備。某型號自動體外除顫器的電容器電容是16μF，先將其充電至電壓達到4kV，然后使用該除顫器，其電容器在4ms時間內(nèi)完成放電，下列說法正確的是(

)A．電容器充電后的電荷量為0.64CB．電容器放電的平均電流為16AC．電容器的擊穿電壓為4kVD．電容器放電完成后電容為零B考向2兩極板間電壓不變的動態(tài)分析【典例5】

(2022·重慶卷)如圖為某同學采用平行板電容器測量材料豎直方向尺度隨溫度變化的裝置示意圖，電容器上極板固定，下極板可隨材料尺度的變化上下移動，兩極板間電壓不變。若材料溫度降低時，極板上所帶電荷量變少，則(

)A．材料豎直方向尺度減小B．極板間電場強度不變C．極板間電場強度變大D．電容器電容變大A考向3兩極板電荷量不變的動態(tài)分析【典例6】

(多選)如圖所示，C為中間插有電介質(zhì)的電容器，b極板與靜電計金屬球連接，a極板與靜電計金屬外殼都接地。開始時靜電計指針張角為零，在b板帶電后，靜電計指針張開了一定角度。以下操作能使靜電計指針張角變大的是(

)A．將b板也接地B．b板不動，將a板向右平移C．將a板向上移動一小段距離D．取出a、b兩極板間的電介質(zhì)CD考向4電容器的綜合動態(tài)分析【典例7】

(多選)如圖所示的電路中，閉合開關(guān)，待電路穩(wěn)定后，可看成質(zhì)點的帶電小球恰好靜止在平行板電容器之間的M點，其中二極管可視為理想二極管，下列說法正確的是(

)A．向右移動R3的滑片，小球向下移動B．向右移動R1的滑片，小球的電勢能將減小C．向下移動電容器的下極板，二極管右端電勢高于左端電勢D．斷開S后，緊貼電容器的上極板附近插入金屬板，M點的電勢將升高BC課時作業(yè)45第分部三1．(5分)如圖所示，電容器上標有“80V

1000μF”字樣。下列說法正確的是(

)A．電容器兩端電壓為0時其電容為零B．電容器兩端電壓為80V時才能存儲電荷C．電容器兩端電壓為80V時儲存的電荷量為0.08CD．電容器兩端電壓低于80V時其電容小于1000μFC解析：電容表征電容器儲存電荷的特性，與電壓U和電荷量Q無關(guān)，給定的電容器電容C一定，故A、D錯誤；由于電容一定，由Q＝CU可知，電容器兩端只要有電壓，電容器就能存儲電荷，故B錯誤；由Q＝CU可知，電容器兩端電壓為80V時儲存的電荷量為Q＝1000×10-6×80C＝0.08C，故C正確。2．(5分)如圖所示，目前多媒體教學一體機普遍采用了電容觸摸屏，因為工作面上接有高頻信號，當用戶手指觸摸電容觸摸屏時，手指相當于接地導(dǎo)體，手指和工作面形成一個電容器，控制器由此確定手指位置。對于電容觸摸屏，下列說法正確的是(

)A．手指與屏的接觸面積變大時，電容變大B．手指與屏的接觸面積變大時，電容變小C．手指壓力變大時，手指與屏的工作面距離變小，電容變小D．手指壓力變大時，手指與屏的工作面距離變小，電容不變A3．(5分)(2022·北京卷)利用如圖所示電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，其中E為電源，R為定值電阻，C為電容器，A為電流表，V為電壓表。下列說法正確的是(

)A.充電過程中，電流表的示數(shù)逐漸增大后趨于穩(wěn)定B．充電過程中，電壓表的示數(shù)迅速增大后趨于穩(wěn)定C．放電過程中，電流表的示數(shù)均勻減小至零D．放電過程中，電壓表的示數(shù)均勻減小至零B解析：充電過程中，隨著電容器C兩極板電荷量的積累，電路中的電流逐漸減小，電容器充電結(jié)束后，電流表示數(shù)為零，A錯誤；電壓表測量電容器兩端的電壓，充電過程中，隨著電容器C兩極板電荷量的積累，電容器兩端的電壓迅速增大，電容器充電結(jié)束后，電容器兩端電壓即電壓表示數(shù)趨于穩(wěn)定，B正確；電容器放電過程的I－t圖像如圖所示，可知電流表和電壓表的示數(shù)不是均勻減小至0的，C、D錯誤。4．(5分)如圖所示，一平行板電容器充電后與電源斷開。若電容器的正極板保持不動，將負極板緩慢向右平移一小段距離x0，則電容器的電容C、極板上帶電荷量Q、兩極板間電勢差U及電場強度E與負極板移動的距離x的關(guān)系圖像正確的是(

)D5．(5分)(2024·遼寧卷)某種不導(dǎo)電溶液的相對介電常數(shù)εr與濃度Cm的關(guān)系曲線如圖甲所示，將平行板電容器的兩極板全部插入該溶液中，并與恒壓電源、電流表等構(gòu)成如圖乙所示的電路，閉合開關(guān)S后，若降低溶液濃度，則(

)A．電容器的電容減小B．電容器所帶的電荷量增大C．電容器兩極板之間的電勢差增大D．溶液濃度降低過程中電流方向為M→NB6．(5分)一個平行板電容器充電后與電源斷開，負極板接地，兩極板間有一正電荷(帶電荷量很少)固定在P點，如圖所示。以E表示兩極板間的場強，U表示兩極板間的電壓，W表示正電荷在P點的電勢能。若保持負極板不動，將正極板移到圖中虛線所示的位置，那么(

)A．U不變，W不變 B．E變大，W變大C．U變小，W變大 D．U變小，E不變D7．(10分)(2023·新課標卷)在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中，所用器材如下：電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關(guān)以及導(dǎo)線若干。(1)用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應(yīng)該與電池的____(選填“正極”或“負極”)接觸。解析：在使用多用電表時，應(yīng)保證電流從紅表筆流入，黑表筆流出，即“紅進黑出”，因此紅表筆應(yīng)該與電池的正極接觸。

正極(2)某同學設(shè)計的實驗電路如圖甲所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為R1，將單刀雙擲開關(guān)S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后，開關(guān)S再與“2”端相接，相接后小燈泡亮度變化情況可能是__。A．迅速變亮，然后亮度趨于穩(wěn)定B．亮度逐漸增大，然后趨于穩(wěn)定C．迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅解析：S與“1”端相接時，小燈泡不發(fā)光，電容器充電；S與“2”端相接時，電容器放電，且放電電流逐漸變小，直至為0，故C正確，A、B錯誤。C(3)將電阻箱的阻值調(diào)為R2(R2＞R1)，再次將開關(guān)S與“1”端相接，再次記錄電流隨時間的變化情況，兩次得到的電流I隨時間t變化如圖乙中曲線所示，其中實線是電阻箱阻值為_____(選填“R1”或“R2”)時的結(jié)果，曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的______(選填“電壓”或“電荷量”)。R2電荷量8．(5分)(多選)通過手機內(nèi)電容式加速度傳感器可以實現(xiàn)運動步數(shù)的測量，傳感器原理如圖所示，電容器的M極板固定，當手機的加速度變化時，與彈簧相連的N極板只能按圖中標識的“前后”方向運動，圖中R為定值電阻。下列對傳感器描述正確的是(

)A．靜止時，電流表示數(shù)為零，電容器M極板帶負電B．由靜止突然向前加速時，電容器的電容減小C．由靜止突然向前加速時，電流由b向a流過電流表D．保持向前勻減速運動時，電阻R以恒定功率發(fā)熱BC9．(5分)如圖所示，D是一只理想二極管，電流只能從a流向b，而不能從b流向a。平行板電容器的A、B兩極板間有一帶電油滴，電荷量為q(電荷量很小不會影響兩板間電場的分布)，帶電油滴在P點處于靜止狀態(tài)。以Q表示電容器儲存的電荷量，U表示兩極板間電壓，φP表示P點的電勢，EpP表示帶電油滴在P點的電勢能。若保持極板A不動，將極板B稍向下平移，則下列說法中正確的是(

)A．Q減小 B．U減小C．φP減小 D．EpP減小D10．(5分)如圖所示，M、N是平行板電容器的兩個極板，R0為定值電阻，R為滑動變阻器，用絕緣細線將質(zhì)量為m、帶正電的小球懸于電容器內(nèi)部。閉合開關(guān)S，電容器極板帶電荷量為Q，小球靜止時懸線與豎直方向的夾角為θ。下列判斷正確的是(

)A．若只將變阻器滑片P緩慢地向b端移動，則θ角減小B．若只將變阻器滑片P緩慢地向b端移動，則電容器帶電荷量Q減小C．若只將電容器M極板靠近N極板，則θ角增大D．若只將電容器M極板靠近N極板，則電容器電荷量Q不變C11．(10分)(2023·山東卷)電容儲能已經(jīng)在電動汽車，風、光發(fā)電，脈沖電源等方面得到廣泛應(yīng)用。某同學設(shè)計了圖甲所示電路，探究不同電壓下電容器的充、放電過程，器材如下：電容器C(額定電壓10V，電容標識不清)；電源E(電動勢12V