知识点67：电容器 拔尖版-2024届高考物理一轮复习讲义及对应练习

知识点67：电容器 考点一：平行板电容器的动态分析 【知识思维方法技巧】 （1）平行板电容器的电容决定式：C＝，定义式：C＝。 （2）平行板电容器带电荷量Q：一个极板所带电荷量的绝对值。 （3）电容器的充、放电： ①充电：电容器充电时电流流向正极板，电容器充电的过程中，两极板所带的电荷量增加，极板间的电场强度增大，电源的能量不断储存在电容器中。 ②放电：电容器放电时电流从正极板流出，且充放电电流均逐渐减小至零。放电过程中，电容器把储存的能量通过电流做功转化为其他形式的能量。 ③电容器充、放电过程，电容器的电容不变，极板上所带电荷量和电压按正比关系变化。电路中的平均电流为I＝ΔqΔt。 ④电容器充、放电过程，I－t图中曲线与坐标轴围成的面积表示电容器储存的电荷量。 题型一：平行板电容器电压不变的动态分析问题 【知识思维方法技巧】 （1）电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差U保持不变。 （2）U不变： ①根据C＝和C＝，先分析电容的变化，再分析Q的变化。 ②根据E＝分析电场强度的变化。 ③根据UAB＝Ed分析某点电势变化 注意：因为二极管的单向导电性，使电容器充电时符合U不变模型，放电时符合Q不变模型。 类型一：各物理量动态变化及充放电的分析问题 【典例1a拔尖题】如图所示为一种电容传声器。b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的金属膜片，a、b构成一个电容器。其工作原理是当声波作用于金属膜片时，金属膜片发生相应的振动，于是就改变了它与固定极板b间的距离，从而使电容发生变化，而电容的变化可以转化为电路中电信号的变化。闭合开关K，若声源S发出声波使a向右运动时(　　) A．电容器的电容减小 B．a、b板之间的电场强度减小 C．流过电流表的电流方向为自左向右 D．电容器两板间的电压会増大 【典例1a拔尖题对应练习】（多选）电容式加速度传感器的原理如图所示，质量块左、右侧连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质移动，改变电容。则(　　) A．电介质插入极板间越深，电容器电容越小 B．当传感器以恒定加速度运动时，电路中有恒定电流 C．若传感器原来向右匀速运动，突然减速时弹簧会压缩 D．当传感器由静止突然向右加速时，电路中有顺时针方向的电流 类型二：电容器实际应用的分析 【知识思维方法技巧】 思维转换法解决与电容器相关的实际问题： 电容器在现代生活中应用十分广泛，其中作为传感器使用的有智能手机上的电容触摸屏、电容式传声器、电容式位移传感器等。 【典例1b拔尖题】(多选)如图所示，电容式麦克风的振动膜是利用超薄金属或镀金的塑料薄膜制成的，它与基板构成电容器，并与电阻、电池构成闭合回路．麦克风正常工作时，振动膜随声波左右振动．下列说法正确的是(　　) A．振动膜向右运动时，电容器的板间电场强度不变 B．振动膜向右运动时，a点的电势比b点的电势高 C．振动膜向左运动时，电阻上有从a到b的电流 D．振动膜向左运动时，振动膜所带的电荷量减小 【典例1b拔尖题对应练习】现在部分中国公交使用了全球首创超级电容储存式现代电车，该电车没有传统无轨电车的“辫子”，没有尾气排放，乘客上下车的30秒内可充满电并行驶5公里以上，刹车时可把80%以上的动能转化成电能回收储存再使用。这种电车的核心元器件是“3 V，1 200 F ”石墨烯纳米混合型超级电容器，该电容器能反复充放电100万次，使用寿命长达十年，被誉为“21世纪的绿色交通”。下列说法正确的是( 　　 ) A．电容器放电的过程中，电量逐渐减少，电容也逐渐减小 B．电容器充电的过程中，电量逐渐增加，电容保持不变 C．电容器放电的过程中，电量逐渐减少，电容器两极板间的电压不变 D．若标“3 V，12 000 F”电容器从电量为零到充满电用时30 s,则充电平均电流为3600 A 题型二：平行板电容器电荷量不变的动态分析问题 【知识思维方法技巧】 （1）电容器充电后与电源断开，电容器两极板所带的电荷量Q保持不变。 （2）Q不变： ①根据C＝和C＝，先分析电容的变化，再分析U的变化。 ②根据E＝＝＝＝→E∝可知E随S、εr的变化而变化，但与d无关，不随d的变化而变化 注意：因为二极管的单向导电性，使电容器充电时符合U不变模型，放电时符合Q不变模型。 类型一：各物理量动态变化的分析问题 【典例2a拔尖题】如图所示，先接通S使电容器充电，然后断开S.当增大两极板间距离时，电容器所带电荷量Q、电容C、两极板间电势差U、两极板间场强E的变化情况是(　　)． A．Q变小，C不变，U不变，E变小 B．Q变小，C变小，U不变，E不变 C．Q不变，C变小，U变大，E不变 D．Q不变，C变小，U变小，E变小 【典例2a拔尖题对应练习】（多选）如图为某一机器人上的电容式位移传感