2026届高三物理一轮复习实验专项复习讲义10：观察电容器的充、放电现象　电容器的动态分析

实验十　观察电容器的充、放电现象　电容器的动态分析 【知识梳理】 1. 2.观察电容器的充、放电现象 实验原理 实验操作 注意事项 　　甲　电容器充电　　　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＝估算出电容器的电容C。 1.电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和。(×) 2.电容器的电容与电容器所带电荷量成反比。(×) 3.放电后的电容器电荷量为零，电容也为零。(×) 【考点突破】 考点一　实验:观察电容器的充、放电现象 【典例剖析】 角度1　电容器充、放电现象的定性分析 例1 (2024·甘肃卷，7)一平行板电容器充放电电路如图所示。开关S接1，电源E给电容器C充电;开关S接2，电容器C对电阻R放电。下列说法正确的是(　　) A.充电过程中，电容器两极板间电势差增加，充电电流增加 B.充电过程中，电容器的上极板带正电荷，流过电阻R的电流由M点流向N点 C.放电过程中，电容器两极板间电势差减小，放电电流减小 D.放电过程中，电容器的上极板带负电荷，流过电阻R的电流由N点流向M点 角度2　电容器充、放电现象的定量计算 例2 (2024·广西卷，12)某同学为探究电容器充、放电过程，设计了图甲所示的实验电路。器材如下:电容器，电源E(电动势6 V，内阻不计)，电阻R1＝400.0 Ω，电阻R2＝200.0 Ω，电流传感器，开关S1、S2，导线若干。实验步骤如下: (1)断开S1、S2，将电流传感器正极与a节点相连，其数据采样频率为5 000 Hz，则采样周期为　　　　 s。  (2)闭合S1，电容器开始充电，直至充电结束，得到充电过程的I－t曲线如图乙，由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为　　 mA(结果保留3位有效数字)。  (3)保持S1闭合，再闭合S2，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I－t曲线如图丙，I－t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.018 8 C，则电容器的电容C为　　　　 μF。图丙中I－t曲线与横坐标、直线t＝1 s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.003 8 C，则t＝1 s时电容器两极板间电压为　　　　 V(结果保留2位有效数字)。  【解题妙招】 (1)在电容器充、放电实验中，电流表串联在电路中测量电路中的电流，电压表与电容器并联，测量电容器两端的电压。 (2)电容器充电过程中，电路中的电流逐渐减小，电容器两端电压逐渐增大，当充电完毕时电容器两端电压最大，电路中电流为0。 (3)电容器放电过程中，电容器相当于电源，其与定值电阻构成闭合回路，电压表和电流表分别测量定值电阻两端的电压和流过定值电阻的电流。 【即时训练】 1.(2024·重庆卷，12)探究电容器充、放电规律的实验装置如图甲所示，有电源E、定值电阻R0、电容器C、单刀双掷开关S。 (1)为测量电容器充、放电过程电压U和电流I变化规律，需在图甲电路图①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测　　　　(选填“电流”或“电压”)仪器。  (2)接通电路，当电压表示数最大时，电流表示数为　　　　。  (3)根据测量数据，某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示，该过程为　　　　(选填“充电”或“放电”)。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示。t＝0.2 s时R0消耗的功率为　　　　W。  考点二　平行板电容器的动态分析 两类典型问题 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.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 【典例剖析】 角度1　两极板间电势差U保持不变 例3 (2024·黑吉辽卷，5)某种不导电溶液的相对介电常数εr与浓度cm的关系曲线如图(a)所示。将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中，并与恒压电源、电流表等构成如图(b)所示的电路。闭合开关S后，若降低溶液浓度，则(　　) A.电容器的电容减小 B.电容器所带的电荷量增大 C.电容器两极板之间的电势差增大 D.溶液浓度降低过程中电流方向为M→N 角度2　两极板所带电荷量不变 例4 (2024·浙江6月选考，6)如图所示是“研究电容器两极板间距对电容大小的影响”实验，保持电荷量不变，当极板间距增大时，静电计指针张角增大，则(　　) A.极板间电势差减小 B.电容器的电容增大 C.极板间电场强度增大 D.电容器储存能量增大 【解题妙招】 平行板电容器动态分析的思路 角度3　含二极管的动态分析 例5 (多选)(2025·山东青岛高三期末)如图所示，D是一只理想二极管，电流只能从a流向b，而不能从b流向a。平行板电容器的A、B两极板间有一电荷，在P点处于静止状态。以E表示两极板间的电场强度，U表示两极板间的电压，Ep表示电荷在P点的电势能。若保持极板B不动，将极板A稍向下平移，则下列说法中正确的是(　　) A.E变小 B.U变大 C.Ep不变 D.电荷仍保持静止 【限时训练】（35min） 1.心脏骤停最有效的抢救方式是尽早通过AED自动除颤机给予及时治疗。如图，某型号AED模拟治疗仪器内有一电容为15 μF的电容器，某次使用过程中，该电容器在10 s内充电至5 000 V电压，之后在3 ms时间内完成放电，则(　　) A.电容器充电后所带的电荷量为75 C B.电容器充电过程中电容一直增大 C.电容器放电过程中放电电流一直增大 D.电容器放电过程中平均电流为25 A 2.(2025·安徽皖豫名校联盟联考)如图甲所示，先使开关S与1端相连，给电容器充电。然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，电流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。若第5 s末时电容器所带电荷量等于零，图乙中1~2 s内图线下的面积为S，第1 s末和第2 s末电压传感器的示数分别为4.5 V和3.0 V，则1~5 s内图线下的面积为(　　) A.1.5S B.2S C.3S D.4.5S 3.(多选)(2025·黑龙江哈尔滨模拟)某实验小组用如图甲所示的电路探究电容器的充、放电规律。先使开关S与1端相连，然后把开关掷向2端，电流传感器将电流信息传入计算机，在计算机屏幕上显示出电流i与时间t的关系图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A.充电过程中，电容器的电容逐渐增大 B.i－t图像中两阴影部分的面积关系为S1>S2 C.增大电阻R的阻值可以延长放电时间 D.增大电阻R0的阻值，充电过程中R0消耗的电能不变 4.(2025·广东深圳模拟)某同学设计了一款河水水位监测器，如图，平行板电容器、电流表和电源组成一电路，绝缘细杆一端连接漂浮在水面上的浮子a，另一端与电容器极板P连接(极板Q固定)，a上下移动就带动P上下移动(初始时，极板P的高度低于极板Q)，监测人员通过电流表指针偏转情况就可以远距离得知河水水位的变化。已知电流从左侧进入电流表，其指针左偏;电流从右侧进入电流表，其指针右偏。若监测人员发现电流表指针右偏，可以得出(　　) A.河水水位在下降 B.Q极板的电荷量在减少 C.平行板电容器的电容在增大 D.P、Q间的电场强度在变大 5.(2025·重庆八中月考)如图为某同学采用平行板电容器测量材料竖直方向尺度随温度变化的装置示意图，电容器上极板固定，下极板可随材料尺度的变化上下移动，两极板间电压不变。若材料温度降低时，极板上所带电荷量变少，则(　　) A.材料竖直方向尺度减小 B.极板间电场强度不变 C.极板间电场强度变大 D.电容器电容变大 6.(2025·福建漳州市模拟)如图，一平行板电容器充电后与电源断开。若电容器的正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离x0，则电容器的电容C、极板上带电荷量Q、两极板间电势差U及电场强度E与负极板移动的距离x的关系图像正确的是(　　) 7.(多选)(2025·山东泰安一模)如图所示，带电平行板电容器两极板水平放置，充电后与电源断开。带电小球静止于电容器内的A点，B点位于上极板附近，忽略电容器极板的边缘效应及带电小球对电场的影响。下列说法正确的是(　　) A.把小球由A点移到B点，小球的电势能增大 B.把小球由A点移到B点，小球的电势能减小 C.若将下极板向上移动一小段距离，小球在A点时的电势能减小 D.若将下极板向上移动一小段距离，小球在A点时的电势能增大 8.(2025·山西太原模拟)如图所示，D是一支理想二极管(正向电阻为零，可视为短路;反向电阻无穷大，可视为断路)，C是极板水平放置的平行板电容器，初始时不带电。当S接1且稳定后，处于两极板间P点的一带电油滴能保持静止状态。下列说法正确的是(　　) A.保持S接1，减小电容器两极板的正对面积，油滴会向上移动 B.保持S接1，将电容器的下极板上移，油滴会向下移动 C.将S从1掷到2，油滴将向下运动 D.将S从1掷到2，同时将下极板上移，油滴将向下运动 9.(2025·浙江稽阳联谊学校联考)由电源、定值电阻、滑动变阻器和电容器组成的电路如图所示。电源电动势E，内阻r，定值电阻阻值R，电容器电容为C，间距为d。闭合开关S1、S2，稳定后，一带电油滴恰好静止在电容器中心，则(　　) A.向右移动滑动变阻器滑片，油滴将向下运动 B.将N板向下移动，保持油滴不动，油滴电势能减小 C.保持S1闭合，断开S2，待电路稳定，电源消耗的电能等于 D.若油滴获得一个向上的初速度，运动到M板的过程中电势能减小mgd 10.(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　　　　(选填“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　　　　(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　　　　(选填“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　　　　(选填“电压”或“电荷量”)。  11.(2024·海南卷，15)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S1、开关S2、导线若干。 (1)闭合开关S2，将S1接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3 V。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，后逐渐减小为零 C.先增大，后稳定在某一非零数值 (2)先后断开开关S2、S1，将电流表更换成电流传感器，再将S1接2，此时通过定值电阻R的电流方向为　　　　(选填“a→b”或“b→a”)，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I－t图像，如图(b)，t＝2 s时，I＝1.10 mA，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出R＝　　　　 kΩ(保留2位有效数字)。  学科网（北京）股份有限公司 $$ 实验十　观察电容器的充、放电现象　电容器的动态分析 【知识梳理】 1. 2.观察电容器的充、放电现象 实验原理 实验操作 注意事项 　　甲　电容器充电　　　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＝估算出电容器的电容C。 1.电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和。(×) 2.电容器的电容与电容器所带电荷量成反比。(×) 3.放电后的电容器电荷量为零，电容也为零。(×) 【考点突破】 考点一　实验:观察电容器的充、放电现象 【典例剖析】 角度1　电容器充、放电现象的定性分析 例1 (2024·甘肃卷，7)一平行板电容器充放电电路如图所示。开关S接1，电源E给电容器C充电;开关S接2，电容器C对电阻R放电。下列说法正确的是(　　) A.充电过程中，电容器两极板间电势差增加，充电电流增加 B.充电过程中，电容器的上极板带正电荷，流过电阻R的电流由M点流向N点 C.放电过程中，电容器两极板间电势差减小，放电电流减小 D.放电过程中，电容器的上极板带负电荷，流过电阻R的电流由N点流向M点 答案　C 解析　电容器不论是充电过程还是放电过程，电流都是逐渐减小的，充电过程电容器两极板的电荷量增加，由C＝可知电容器两极板间电势差增大，放电过程电容器两极板的电荷量减少，电势差减小，A错误，C正确;根据电路结构可知，不论是充电过程还是放电过程，电容器的上极板都是带正电荷的，充电过程，流过电阻R的电流由N点流向M点，放电过程，流过电阻R的电流由M点流向N点，B、D错误。 角度2　电容器充、放电现象的定量计算 例2 (2024·广西卷，12)某同学为探究电容器充、放电过程，设计了图甲所示的实验电路。器材如下:电容器，电源E(电动势6 V，内阻不计)，电阻R1＝400.0 Ω，电阻R2＝200.0 Ω，电流传感器，开关S1、S2，导线若干。实验步骤如下: (1)断开S1、S2，将电流传感器正极与a节点相连，其数据采样频率为5 000 Hz，则采样周期为　　　　 s。  (2)闭合S1，电容器开始充电，直至充电结束，得到充电过程的I－t曲线如图乙，由图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为　　 mA(结果保留3位有效数字)。  (3)保持S1闭合，再闭合S2，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I－t曲线如图丙，I－t曲线与坐标轴所围面积对应电容器释放的电荷量为0.018 8 C，则电容器的电容C为　　　　 μF。图丙中I－t曲线与横坐标、直线t＝1 s所围面积对应电容器释放的电荷量为0.003 8 C，则t＝1 s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)2×10－4　(2)15.0　(3)2 (4)4.7×103　2.8 解析　(1)采样周期为T＝ s＝2×10－4 s。 (2)由题图乙可知开关S1闭合瞬间流经电阻R1的电流为15.0 mA。 (3)放电结束后电容器两极板间电压等于R2两端电压，根据闭合电路欧姆定律得电容器两极板间电压为UC＝R2＝2 V。 (4)充电结束后电容器两端电压为UC'＝E＝6 V，故可得ΔQ＝C(UC'－UC)＝0.018 8 C 解得C＝4.7×103 μF 设t＝1 s时电容器两极板间电压为UC″，则C(UC″－UC)＝0.003 8 C 代入数值解得UC″＝2.8 V。 【解题妙招】 (1)在电容器充、放电实验中，电流表串联在电路中测量电路中的电流，电压表与电容器并联，测量电容器两端的电压。 (2)电容器充电过程中，电路中的电流逐渐减小，电容器两端电压逐渐增大，当充电完毕时电容器两端电压最大，电路中电流为0。 (3)电容器放电过程中，电容器相当于电源，其与定值电阻构成闭合回路，电压表和电流表分别测量定值电阻两端的电压和流过定值电阻的电流。 【即时训练】 1.(2024·重庆卷，12)探究电容器充、放电规律的实验装置如图甲所示，有电源E、定值电阻R0、电容器C、单刀双掷开关S。 (1)为测量电容器充、放电过程电压U和电流I变化规律，需在图甲电路图①、②处接入测量仪器，位置②应该接入测　　　　(选填“电流”或“电压”)仪器。  (2)接通电路，当电压表示数最大时，电流表示数为　　　　。  (3)根据测量数据，某过程中电容器两端电压U与电流I的关系图如图乙所示，该过程为　　　　(选填“充电”或“放电”)。放电过程中电容器两端电压U随时间t变化关系如图丙所示。t＝0.2 s时R0消耗的功率为　　　　W。  答案　(1)电压　(2)0　(3)放电　0.32(0.30~0.34均可) 解析　(1)位置②与电容器并联，应接入测电压的仪器。 (2)当电压表示数最大时，电容器充电完毕，电路中电流为0，则电流表示数为0。 (3)电容器放电时电压和电流都减小，图像逆向分析，该过程为电容器放电过程。 电容器充电完毕后的电压等于电源电动势，大小为12 V，由题图丙可知t＝0.2 s时电容器两端电压为U＝8 V，由题图乙可知当U＝8 V时，电流I＝40 mA，则电阻R0消耗的功率为P＝UI＝8×40×10－3 W＝0.32 W。 考点二　平行板电容器的动态分析 　　　　　　　　　　　　　　　　 两类典型问题 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.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 【典例剖析】 角度1　两极板间电势差U保持不变 例3 (2024·黑吉辽卷，5)某种不导电溶液的相对介电常数εr与浓度cm的关系曲线如图(a)所示。将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中，并与恒压电源、电流表等构成如图(b)所示的电路。闭合开关S后，若降低溶液浓度，则(　　) A.电容器的电容减小 B.电容器所带的电荷量增大 C.电容器两极板之间的电势差增大 D.溶液浓度降低过程中电流方向为M→N 答案　B 解析　由题图(a)知，溶液浓度降低，相对介电常数εr增大，根据C＝可知，电容C增大，A错误;由于电容器与恒压电源相连，故电容器两极板间的电势差等于电源电压，保持不变，C错误;根据C＝可知，电容C增大，电容器所带电荷量增大，电容器充电，故电流方向为N→M，B正确，D错误。 角度2　两极板所带电荷量不变 例4 (2024·浙江6月选考，6)如图所示是“研究电容器两极板间距对电容大小的影响”实验，保持电荷量不变，当极板间距增大时，静电计指针张角增大，则(　　) A.极板间电势差减小 B.电容器的电容增大 C.极板间电场强度增大 D.电容器储存能量增大 答案　D 解析　分析题图可知静电计测量电容器两极板间的电势差，静电计指针张角增大，电容器两极板间的电势差增大，A错误;由于保持电荷量不变，而电势差增大，由C＝可知电容器的电容减小，B错误;由电容的决定式C＝和两极板间电场强度E＝，联立可得E＝，可知电容器两极板间电场强度与极板间距d无关，故仅改变极板间距，极板间电场强度不变，C错误;根据E＝QU可知，Q不变，U增大时，电容器储存能量增大，D正确。 【解题妙招】 平行板电容器动态分析的思路 角度3　含二极管的动态分析 例5 (多选)(2025·山东青岛高三期末)如图所示，D是一只理想二极管，电流只能从a流向b，而不能从b流向a。平行板电容器的A、B两极板间有一电荷，在P点处于静止状态。以E表示两极板间的电场强度，U表示两极板间的电压，Ep表示电荷在P点的电势能。若保持极板B不动，将极板A稍向下平移，则下列说法中正确的是(　　) A.E变小 B.U变大 C.Ep不变 D.电荷仍保持静止 答案　BD 解析　若保持极板B不动，将极板A稍向下平移，板间距离d变大，根据C＝知，电容C变小，由于通过二极管电流不能从b流向a，则电容器所带电荷量Q保持不变，根据C＝和E＝可知，极板间的电压U增大，极板间的电场强度E保持不变，则电荷受力保持不变，电荷仍保持静止，故A错误，B、D正确;根据UPA＝EdPA＝φP－φA，由于极板A稍向下平移，dPA变大，电场强度E保持不变，可知P点的电势φP增大，由于受到静电力方向与电场方向相反，根据Ep＝qφP，电荷带负电，知电势能Ep减小，故C错误。 【限时训练】（35min） 1.心脏骤停最有效的抢救方式是尽早通过AED自动除颤机给予及时治疗。如图，某型号AED模拟治疗仪器内有一电容为15 μF的电容器，某次使用过程中，该电容器在10 s内充电至5 000 V电压，之后在3 ms时间内完成放电，则(　　) A.电容器充电后所带的电荷量为75 C B.电容器充电过程中电容一直增大 C.电容器放电过程中放电电流一直增大 D.电容器放电过程中平均电流为25 A 答案　D 解析　电容器充电后所带的电荷量为Q＝CU＝15×10－6×5 000 C＝0.075 C，A错误;电容器的电容由电容器本身的性质决定，与电容器是否带电无关，故电容器充电过程中电容保持不变，B错误;电容器放电过程中，放电电流逐渐减小，C错误;电容器放电过程中的平均电流为 A＝25 A，D正确。 2.(2025·安徽皖豫名校联盟联考)如图甲所示，先使开关S与1端相连，给电容器充电。然后把开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，电流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。若第5 s末时电容器所带电荷量等于零，图乙中1~2 s内图线下的面积为S，第1 s末和第2 s末电压传感器的示数分别为4.5 V和3.0 V，则1~5 s内图线下的面积为(　　) A.1.5S B.2S C.3S D.4.5S 答案　C 解析　对于电容器来说，I－t图像与坐标轴围成的面积表示电容器所带电荷量Q，根据Q＝CU，1~2 s内图线下的面积为S＝CU1－CU2＝1.5C，电容器的电容C＝，则1~5 s内有S'＝CU1＝×4.5＝3S，故C正确。 3.(多选)(2025·黑龙江哈尔滨模拟)某实验小组用如图甲所示的电路探究电容器的充、放电规律。先使开关S与1端相连，然后把开关掷向2端，电流传感器将电流信息传入计算机，在计算机屏幕上显示出电流i与时间t的关系图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A.充电过程中，电容器的电容逐渐增大 B.i－t图像中两阴影部分的面积关系为S1>S2 C.增大电阻R的阻值可以延长放电时间 D.增大电阻R0的阻值，充电过程中R0消耗的电能不变 答案　CD 解析　电容器的电容由本身因素决定，不会随充电过程发生变化，故A错误;i－t图像两阴影部分的面积分别表示充、放电过程通过电流传感器的电荷量，因充、放电过程通过电流传感器的电荷量相等，所以两阴影部分的面积相等，故B错误;因电源电动势和电容均不变，电容器充电后所带的最大电荷量不变，增大电阻R的阻值会减小放电的最大电流，故可延长放电时间，故C正确;无论电阻R0的阻值为多大，充电过程通过电源的电荷量一定，电源输出的电能一定，而电容器获得的能量一定，所以电阻R0消耗的电能不变，故D正确。 4.(2025·广东深圳模拟)某同学设计了一款河水水位监测器，如图，平行板电容器、电流表和电源组成一电路，绝缘细杆一端连接漂浮在水面上的浮子a，另一端与电容器极板P连接(极板Q固定)，a上下移动就带动P上下移动(初始时，极板P的高度低于极板Q)，监测人员通过电流表指针偏转情况就可以远距离得知河水水位的变化。已知电流从左侧进入电流表，其指针左偏;电流从右侧进入电流表，其指针右偏。若监测人员发现电流表指针右偏，可以得出(　　) A.河水水位在下降 B.Q极板的电荷量在减少 C.平行板电容器的电容在增大 D.P、Q间的电场强度在变大 答案　C 解析　监测人员发现电流表指针右偏，说明电流从电流表右侧进入，又由于Q板与电源正极连接，说明电容器在充电，P、Q极板的电荷量Q在增加，故B错误;由于与电源相连，所以电压U不变，板间距d也没有变化，由E＝可得，E不变，故D错误;由于电压U不变，由C＝可得平行板电容器的电容在增大，故C正确;由C＝可得，P、Q极板的正对面积增大，说明水位在上升，故A错误。 5.(2025·重庆八中月考)如图为某同学采用平行板电容器测量材料竖直方向尺度随温度变化的装置示意图，电容器上极板固定，下极板可随材料尺度的变化上下移动，两极板间电压不变。若材料温度降低时，极板上所带电荷量变少，则(　　) A.材料竖直方向尺度减小 B.极板间电场强度不变 C.极板间电场强度变大 D.电容器电容变大 答案　A 解析　根据题意可知极板之间电压U不变，极板上所带电荷量Q变少，根据电容定义式C＝可知，电容器的电容C减小，D错误;根据电容的决定式C＝可知，极板间距d增大，极板之间形成匀强电场，根据E＝可知，极板间电场强度E减小，B、C错误;极板间距d增大，材料竖直方向尺度减小，A正确。 6.(2025·福建漳州市模拟)如图，一平行板电容器充电后与电源断开。若电容器的正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离x0，则电容器的电容C、极板上带电荷量Q、两极板间电势差U及电场强度E与负极板移动的距离x的关系图像正确的是(　　) 答案　D 解析　根据平行板电容器的决定式C＝，负极板向右移动，板间距离d增大，电容减小，故A错误;充电后的电容器与电源断开连接后，极板带电荷量Q保持不变，故B错误;由C＝知，当Q不变，C减小时，U增大，故C错误;由C＝，C＝，E＝可得E＝，在带电荷量Q一定时，只改变距离d，E不变，故D正确。 7.(多选)(2025·山东泰安一模)如图所示，带电平行板电容器两极板水平放置，充电后与电源断开。带电小球静止于电容器内的A点，B点位于上极板附近，忽略电容器极板的边缘效应及带电小球对电场的影响。下列说法正确的是(　　) A.把小球由A点移到B点，小球的电势能增大 B.把小球由A点移到B点，小球的电势能减小 C.若将下极板向上移动一小段距离，小球在A点时的电势能减小 D.若将下极板向上移动一小段距离，小球在A点时的电势能增大 答案　BD 解析　小球静止在A点，受到竖直向上的静电力，把小球由A点移到B点静电力做正功，小球的电势能减小，故A错误，B正确;充电后与电源断开，电容器的带电荷量不变，对平行板电容器有C＝，平行板电容器间的电场强度E＝，整理有E＝，由上述分析可知，将下极板向上移动一小段距离，其平行板电容器间的电场强度不变，A点和下极板之间的距离减小，由于下极板接地，电势为零，所以A点电势升高，由于Ep＝qφ，又因为小球带正电，所以小球在A点时的电势能增大，故C错误，D正确。 8.(2025·山西太原模拟)如图所示，D是一支理想二极管(正向电阻为零，可视为短路;反向电阻无穷大，可视为断路)，C是极板水平放置的平行板电容器，初始时不带电。当S接1且稳定后，处于两极板间P点的一带电油滴能保持静止状态。下列说法正确的是(　　) A.保持S接1，减小电容器两极板的正对面积，油滴会向上移动 B.保持S接1，将电容器的下极板上移，油滴会向下移动 C.将S从1掷到2，油滴将向下运动 D.将S从1掷到2，同时将下极板上移，油滴将向下运动 答案　A 解析　保持S接1，减小电容器两极板的正对面积，根据C＝知电容C减小，由于存在二极管，Q不能减少，此时Q不变，由C＝知U增大，根据U＝Ed及d不变，知E增大，所以油滴受到向上的静电力大于重力，油滴会向上移动，故A正确;保持S接1，将电容器的下极板上移，d减小，根据C＝和C＝知C增大，U不变，Q增大，可以充电，再根据E＝知E增大，油滴向上运动，故B错误;将S从1掷到2，电容器两极板上的带电荷量Q不变，板间电场强度E不变，油滴不动，故C错误;将S从1掷到2，同时将下极板上移，d减小，由C＝知C增大，由于Q不变，根据C＝和U＝Ed联立知E＝不变，油滴不动，故D错误。 9.(2025·浙江稽阳联谊学校联考)由电源、定值电阻、滑动变阻器和电容器组成的电路如图所示。电源电动势E，内阻r，定值电阻阻值R，电容器电容为C，间距为d。闭合开关S1、S2，稳定后，一带电油滴恰好静止在电容器中心，则(　　) A.向右移动滑动变阻器滑片，油滴将向下运动 B.将N板向下移动，保持油滴不动，油滴电势能减小 C.保持S1闭合，断开S2，待电路稳定，电源消耗的电能等于 D.若油滴获得一个向上的初速度，运动到M板的过程中电势能减小mgd 答案　B 解析　滑动变阻器稳定时不分压，对电容器电压没影响，A错误;由于油滴静止在电容器中受力平衡，油滴受静电力向上，则带负电荷，将N板下移，板间距增大，M、N间电势差不变，板间电场强度减小，N板接地电势不变，所以油滴所在处电势升高，电势能减小，B正确;断开S2，电容器继续充电，充电电荷量q＝C(E－U)，因为U＝IR＝R，解得q＝C，所以电源消耗能量为qE＝，C错误;油滴获得向上的初速度，向上运动过程中静电力做正功，电势能减小为，D错误。 10.(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　　　　(选填“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　　　　(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　　　　(选填“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　　　　(选填“电压”或“电荷量”)。  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＝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。 11.(2024·海南卷，15)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S1、开关S2、导线若干。 (1)闭合开关S2，将S1接1，电压表示数增大，最后稳定在12.3 V。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，后逐渐减小为零 C.先增大，后稳定在某一非零数值 (2)先后断开开关S2、S1，将电流表更换成电流传感器，再将S1接2，此时通过定值电阻R的电流方向为　　　　(选填“a→b”或“b→a”)，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I－t图像，如图(b)，t＝2 s时，I＝1.10 mA，图中M、N区域面积比为8∶7，可求出R＝　　　　 kΩ(保留2位有效数字)。  答案　(1)B　(2)a→b　5.2 解析　(1)闭合开关S2，S1接1后，电路中的电流瞬间达到最大值，然后电源给电容器充电，电压表的示数逐渐增大，电路中的电流逐渐减小，当电压表示数稳定后，电路中的电流减为零，即电流表的示数先增大，后逐渐减小为零，B正确。 (2)闭合开关S2，S1接1时，电源正极与电容器上极板相连，则电容器上极板带正电，因此S1接2时电容器放电，通过R的电流方向为a→b，根据I－t图像与坐标轴围成图形的面积表示电荷量可知，0~2 s过程电容器放出的电荷量Q1与2 s后至放电结束过程电容器放出的电荷量Q2之比为8∶7，根据电容的定义式可知，Q1＝CΔU1，Q2＝CΔU2，由题图可知ΔU1＝U0－IR，ΔU2＝IR，代入数据解得R＝5.2 kΩ。 学科网（北京）股份有限公司 $$