9.4 电容器　实验十：观察电容器的充、放电现象　带电粒子在电场中的直线运动 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦电容器、观察充放电现象实验及带电粒子在电场中的直线运动三大核心考点，依据高考评价体系明确电容动态分析、充放电过程计算、粒子运动的动力学与功能分析等考查要求，通过梳理近五年真题归纳出电容器动态分析（占比约30%）、带电粒子运动（占比约40%）等高频题型，构建系统复习框架。 课件亮点在于“考点解析+真题典例+素养提升”的备考模式，如以典例2平行板电容器动态分析为载体，提炼“电容决定式-定义式-电场强度公式”三步推理法，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力，结合实验题典例3的I-t图像分析强化科学探究素养。特设易错点警示（如电容与电压关系误区）和答题模板，助力学生掌握解题技巧，教师可依托此课件实现考点精准突破，提升复习效率。

第43课时　电容器　实验十:观察电容器的充、放电现象　带电粒子在电场中的直线运动 学习目标:1.了解电容器的充电、放电过程,会计算电容器充、放电电荷量。 2.能利用公式判断平行板电容器电容的变化。 3.利用动力学、功能观点分析带电粒子在电场中的直线运动。 √ × × × × 解析 1.√ 2.×　电容C由电容器本身结构决定,与Q、U无关。C=为比值定义式。 3.×　电容是电容器本身属性,放电后电荷量为零,但电容保持不变。 4.×　额定电压是电容器的工作电压,低于击穿电压。 5.×　由qU=mv2可知,末速度v与成正比,比荷不同,则末速度不同。 考点一　电容器及平行板电容器的动态分析 1.常见电容器 (1)组成:由两个彼此　　　　又相距很近的导体组成。  (2)带电荷量:一个极板所带电荷量的　　　　。  充电过程Q、U、E均增大,放电过程反之 (3)电容器的充、放电 充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两极板带上　　　　的异种电荷,电容器中储存电场能。  放电:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中　　　　转化为其他形式的能。  绝缘 绝对值 等量 电场能 2.电容 (1)定义:电容器所带的　　　　与电容器两极板间的电势差的比值。  比值定义法 (2)定义式:C=　　　　。  (3)物理意义:表示电容器容纳电荷本领大小的物理量。 (4)单位:法拉(F),1 F=　　　uF=1012 pF。  电荷量 106 3.平行板电容器 (1)影响因素:平行板电容器的电容与极板的正对面积成　　　　,与电介质的相对介电常数成正比,与极板间距离成　　　　。  (2)决定式:C=　　　　,k为静电力常量。  4.平行板电容器动态变化的两种情况 (1)电容器始终与电源相连时,两极板间的电势差U保持不变。 (2)充电后与电源断开时,电容器所带的电荷量Q保持不变。 正比 反比 典例1　静电悬浮技术是利用静电场对带电物体的电场力来平衡重力,从而实现材料悬浮无容器处理的一种先进技术,其原理示意图如图所示。若两平行金属极板间电势差为U,间距为d。质量为m的金属微粒悬浮于其中,重力加速度大小为g,则金属微粒所带电荷的电性和电荷量q分别为(　　) A.负电荷,q= B. C.正电荷,q= D. C 典例2　如图所示,平行板电容器通过一滑动变阻器R与直流电源连接,G为一零刻度在表盘中央的电流计,闭合开关S后,下列说法正确的是(　　) A.若在两板间插入电介质,电容器的电容变小 B.若在两板间插入一导体板,电容器带的电荷量变小 C.若将滑动变阻器滑片P向上移动,电容器带的电荷量变大 D.若将电容器下极板向下移动一小段距离,此过程电流计中有从a到b方向的电流 C 解析 根据公式C=,在两板间插入电介质,εr增加,所以电容器的电容变大,故A项错误;同理,在两板间插入一导体板,由于导体板的静电感应,致使电容器两板间距d减小,电容器的电容增加,由公式C=,可知极板间电压不变的时候,带电量变大,故B项错误;将滑动变阻器滑片P向上移动,电容器极板间电压变大,根据C=,易知电容器带电量变大,故C项正确;将电容器下极板向下移动一小段距离,由公式C=,可知电容器的电容减小,再根据C=,可知电容器将放电,此过程电流计中有从b到a方向的电流,故D项错误。 对点演练　如图所示,将平行板电容器与电池组相连,两板间的带电油滴恰好处于静止状态。若将两板缓慢地错开一些,其他条件不变,下列叙述正确的是(　　) A.油滴带正电荷 B.油滴将向下运动 C.电容器的电容变大 D.检流计G中有a→b的电流 D 考点二　实验:观察电容器的充、放电现象 装置图   观察电容器充电的电路图   观察电容器放电的电路图 器材:电流传感器、计算机、定值电阻R、直流稳压电源,耐压10 V以上电容50 μF的电解电容器、单刀双掷开关、单刀开关、导线、电源(8 V)等 操作 要领 (1)观察电容器充电现象 闭合开关,给电容器充电。通过计算机中的软件将传感器收集的信息拟合成I-t图像,分析出电容器充电时电流随时间变化的规律如图甲所示 (2)观察电容器放电现象 电容器充电完毕后,将开关扳向2,电容器将通过电阻R放电。根据I-t图像分析出电容器放电时电流随时间变化的规律如图乙所示   典例3　用下图所示电路观察电容器的充、放电现象,现提供如下实验器材:电源E(电动势3 V,内阻不计)、电容器C(标称电容1 000 uF)、电阻箱R(0~9 999 Ω)、微安表G(量程0~500 uA,内阻为2 kΩ)、单刀双掷开关S和导线若干。 (1)根据图甲电路在图中用笔画线代替导线将实物电路连接完整; 甲 乙 (2)将开关S拨至位置1,电容器上极板带　　　　(选填“正”或“负”)电;  (3)充电完毕,将开关S拨至位置2,根据测得数据作出电路中的电流i随时间t变化的图像如图丙所示,则电阻箱接入电路的阻值为　　　　kΩ;  丙 (4)图丙中曲线与横轴围成的区域共有148个小格,则电容器电容的测量值为　　　  uF(结果保留三位有效数字); 正 8 987 (5)根据图丙可作出电容器所带电荷量q随时间t变化的图像。某小组两次实验中电阻箱接入电路的阻值分别为Ra和Rb,Ra>Rb,对应的q-t图像为曲线a和b。则下列图像可能正确的是　　　　。  D 解析 (1)实物电路如图所示。 (2)将开关S拨至位置1,电容器上极板与电源上极板相连,故上极板带正电; (3)电阻箱接入电路的阻值为R=-RG=-2 000 Ω=8 kΩ。 (4)由图丙可知,图线与坐标轴所围成的面积表示电荷量,即Q=148×20×10-6×1 C=2.96×10-3 C,根据电容器的电容公式可知C= F=987 μF。 (5)由电荷量的公式q=It可知,q-t图像的斜率表示电流。图像中斜率小的对应电阻大的。故选D。 考点三　带电粒子(或带电体)在电场中的直线运动 1.对带电粒子进行受力分析时应注意的问题 (1)要掌握静电力的特点。 静电力的大小和方向不仅跟电场强度的大小和方向有关,还跟带电粒子的电性和电荷量有关。 (2)是否考虑重力依据情况而定。 基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等除有特殊说明或明确的暗示外,一般不考虑重力(但不能忽略质量)。 带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有特殊说明或明确的暗示外,一般都不能忽略重力。 2.做直线运动的条件 (1)粒子所受合外力F合=0,粒子静止或做匀速直线运动。 (2)粒子所受合外力F合≠0且与初速度共线,带电粒子将做加速直线运动或减速直线运动。 3.用动力学观点分析 a=,E=,v2-=2ad。 4.用功能观点分析 匀强电场中:W=Eqd=qU=mv2-。 非匀强电场中:W=qU=Ek2-Ek1。 典例4　如图所示,真空中平行金属板M、N之间距离为d,两板所加的电压为U。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从M板由静止释放。不计带电粒子的重力。 (1)求带电粒子所受的静电力的大小F; (2)求带电粒子到达N板时的速度大小v; (3)若在带电粒子运动距离时撤去所加电压, 求该粒子从M板运动到N板经历的时间t。 答案 (1)　(2)　(3) 解析 (1)根据电场强度的公式可得: E= 则带电粒子受到的静电力为 F=qE=。 (2)带电粒子从M板出发,到达N板的过程中,根据动能定理可得: qU=mv2 解得v=。 (3)带电粒子在撤去电压前做匀加速直线运动,之后做匀速直线运动,则 t2= 其中,v1=t1 t=t1+t2 联立解得t=。 典例5　如图甲所示,在平行板电容器A、B两极板间加上如图乙所示的交变电压,t=0时刻A板电势比B板高,两板中间静止一电子,设电子在运动过程中不与两板相碰,而且电子只受静电力作用,规定向左为正方向, 则下列叙述正确的是(　　) A.若在t=0时刻释放电子,则电子运动的v-t图像如图丙图线一所示,该电子一直向B板做匀加速直线运动 B.若t=时刻释放电子,则电子运动的v-t图像如图线二所示,该电子一直向B板做匀加速直线运动 C.若t=时刻释放电子,则电子运动的v-t图像如图线三所示,该电子在2T时刻在出发点左边 D.若t=T时刻释放电子,在2T时刻电子在出发点的左边 C 解析 在t=时刻之前释放电子,静电力水平向左,电子在静电力的作用下向A板做匀加速直线运动,故A、B项错误;若t=T时刻释放电子,电子先向左做匀加速直线运动,水平向左为速度正方向,在T时刻速度达到最大,然后做匀减速直线运动,图线三符合电子运动的v-t图像,v-t图像与t轴所围的面积即为电子的位移,2T时刻之前v-t图像与t轴所围的面积为正,电子的位移为正,所以电子在出发点左边,故C项正确;若t=时刻释放电子,易分析得2T时刻之前v-t图像与t轴所围的面积为负,即位移为负,电子在出发点的右边,故D项错误。 $