第4讲 电容器 实验10：观察电容器的充、放电现象　带电粒子在电场中的直线运动 专项训练-2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 聚焦电容器动态分析、充放电实验及带电粒子直线运动，以规律应用为主线，融合物理观念与科学思维，构建“概念-实验-应用”递进式训练体系。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |电容器|1题|电容公式结合体积不变分析动态变化|电容决定式→电荷量/电压/场强关系| |实验：充放电现象|1题|充放电电流变化规律及q-U关系|实验原理→I-t图像物理意义| |带电粒子直线运动|2题|电场力做功与能量转化、受力分析|受力分析→运动状态→能量变化|

第4讲　电容器　实验10:观察电容器的充、放电现象　带电粒子在电场中的直线运动 (分值:60分) 选择题:1~4题每小题6分,5~6题8分,共40分 基础对点练 题组一　电容器 1.(多选)(2025广东惠州模拟预测)可拉伸电容器在智能穿戴等柔性电子产品中应用广泛,其核心结构由可变形电极和离子凝胶电介质组成,如图所示。当电容器拉伸时,极板面积S和电介质的厚度d均发生变化,其体积V=Sd保持不变。充电后与电源断开的电容器,在缓慢左右绝缘拉伸过程中,则下列说法正确的是(　　) A.电容器的电荷量不变 B.电容器两极板间电压不变 C.电容器的电容与d成正比 D.电容器中的电场强度与d成正比 题组二　实验:观察电容器的充放电现象 2.(2025广东学业考试)观察电容器的充、放电现象的实验的电路图如图所示,把开关S接2,此时电容器对电阻放电。下列图像中,能正确反映放电过程中电流与时间、电荷量与电压关系的是(　　) 题组三　带电粒子在电场中的直线运动 3.如图所示,一个从F处无初速度释放的电子向B板方向运动,设电源电动势为U,下列对电子运动的描述错误的是(　　) A.电子到达B板时的动能是Ue B.电子从B板到达C板动能变化量为零 C.电子到达D板时动能是3Ue D.电子在A板和D板之间做往复运动 4.(多选)(2025广东江门期中)如图所示,地面上空有水平向右的匀强电场,将一带电小球从电场中的A点以某一初速度射出,小球恰好能沿与水平方向成30°角的虚线由A点向B点做直线运动,不计空气阻力,下列说法正确的是(　　) A.小球带负电荷 B.小球受到的电场力与重力大小之比为2∶1 C.小球从A点运动到B点的过程中电势能增加 D.小球从A点运动到B点的过程中电场力所做的功等于其机械能的变化量 综合提升练 5.(2025江苏卷)如图所示,平行金属板与电源连接。一点电荷由a点移动到b点的过程中,电场力做功为W。现将上、下两板分别向上、向下移动,使两板间距离增大为原来的2倍,再将该点电荷由a点移动到b点的过程中,电场力做功为(　　) A. B.W C.2W D.4W 6.(2025广东深圳高三期末)如图所示,水平放置的平行金属板与电源相连,开关S处于闭合状态,金属板间空间有一质量为m的带电微粒恰好处于静止状态。要使微粒向下移动,下列操作可行的是(　　) A.上金属板下移 B.上金属板左移 C.下金属板下移 D.断开开关S 7.(8分)(2025广东广州阶段练习)电容器是一种重要的电学元件,在电工、电子技术中应用广泛,使用图甲所示电路观察电容器的充、放电过程。电路中的电流传感器可以捕捉瞬时的电流变化,它与计算机相连,可显示电流随时间的变化关系。图甲直流电源电动势E=8 V、内阻不计,充电前电容器所带电荷量为零。先使S与“1”端相连,电源向电容器充电。充电结束后,使S与“2”端相连,直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的I-t图像如图乙所示。 甲 乙 (1)在电容器放电过程中,通过电阻R0的电流方向　　　　　　　(选填“从左向右”或“从右向左”);  (2)乙图中阴影部分的面积S1　　　　(选填“>”“<”或“=”)S2;  (3)已知S1=1 000 mA·s,则该电容器的电容值约为　　　　 F。  8.(12分)(2025广东汕头期中)密立根通过观测油滴的运动规律证明了电荷的量子化,因此获得了1923年的诺贝尔物理学奖。密立根油滴实验的原理示意图如图所示,两个水平放置、距离足够大金属极板,上极板中央有一小孔。通过小孔喷入一些小油滴,由于碰撞或摩擦,部分油滴带上了电荷。有两个质量均为m0、位于同一竖直线上的球形小油滴A和B,在时间t内都匀速下落了距离h1。此时给两极板加上恒定电压,A继续以原速度下落,B经过一段时间后向上匀速运动。B在匀速运动时间t内上升了距离h2(h2>h1),随后与A合并,形成一个球形新油滴,继续在两极板间运动直至匀速。已知球形油滴受到的空气阻力大小为f=kv,其中k为比例系数,m为油滴质量,v为油滴运动速率,不计空气浮力,重力加速度为g。 (1)求比例系数k,并判断油滴A是否带电。 (2)求此过程中油滴B到达最低点时加速度的大小。 (3)新油滴匀速运动的时间t内,求新油滴的重力所做的功W。 答案： 1.AD　解析 电容器充电后与电源断开,电容器的电荷量不变,故A正确;当电容器拉伸时其体积V=Sd保持不变,极板面积S增加,电介质的厚度d减小,由C=可知电容器电容增大,由C=可知电容器两极板间电压减小,故B错误;由C=和S=,可得C=,即C与d2成反比,故C错误;电容器中的电场强度E=,电容器中的电场强度与d成正比,故D正确。 2.A　解析 把开关S接2,此时电容器对电阻放电,放电电流大小为I=,可知放电过程,随着电荷量的逐渐减小,放电电流逐渐减小,且有·I,可知I-t图像的切线斜率逐渐减小,故A正确,B错误;根据C=,可得q=CU,则q-U图像为过原点的倾斜直线,故C、D错误。 3.C　解析 电子被无初速度释放后,在A、B之间做匀加速运动,且Ue=ΔEk,A正确;电子在B、C之间做匀速运动,B正确;在C、D之间电子先沿原来的运动方向做匀减速运动,到达D板时,速度减为零,而后又开始反方向做匀加速运动,即电子在A板和D板之间做往复运动,C错误,D正确。 4.ACD　解析 由于小球沿直线运动,则所受合外力与速度在同一直线上,所以小球受到的电场力水平向左,即小球带负电,故A正确;综上所述,对小球进行受力分析,如图所示,由几何关系有=tan 30°,解得,故B错误;由以上分析可知,由于小球从A点运动到B点的过程中电场力做负功,所以电势能增加,故C正确;小球运动过程只有电势能、动能、重力势能之间的转化,根据功能关系可知W电=ΔE,即小球从A点运动到B点的过程中电场力所做的功等于其机械能的变化量,故D正确。 5.A　解析 两金属板一直保持与电源相连,则两板间电势差U不变。设开始时两板间距离为d,a、b两点沿电场线方向的距离为x,两板移动前,将点电荷从a移动到b的过程中,电场力做功W=q·x,之后两板间距离增大为原来的2倍,将该点电荷从a移动到b的过程中,电场力做功W'=q·x=W,故A正确。 6.C　解析 带电微粒恰好处于静止状态,所受重力和电场力是一对平衡力,金属板始终和电源连接,所以金属板间的电压保持不变,根据E=可知,将上金属板下移,金属板间距离d变小,电场强度变大,微粒所受电场力大于重力,微粒将向上运动;上金属板左移,金属板间距离不变,金属板间的电场强度大小不变,微粒仍保持静止;下金属板下移,金属板间距离d变大,金属板间电场强度变小,微粒所受电场力小于重力,微粒向下移动,故A、B错误,C正确。断开开关,金属板所带电荷量不变,金属板间电压也不变,金属板间的电场强度不变,微粒所受重力和电场力仍是一对平衡力,微粒仍保持静止,故D错误。 7.答案 (1)从左向右　(2)=　(3)0.125 解析 (1)由题图甲可知,电容器充电时,电容器上极板带正电,下极板带负电,则在电容器放电过程中,通过电阻R0的电流方向为从左向右。 (2)根据q=It,可知I-t图像与对应时间轴所围成的面积表示电荷量,充电和放电电荷量相等,所以题图乙中阴影部分的面积相等,即S1=S2。 (3)已知S1=1 000 mA·s,电容器充电结束后,电容器两端电压等于电源电动势,则该电容器的电容值为C= F=0.125 F。 8.答案 (1),油滴A不带电　(2)g　(3)m0g(h1-h2) 解析 (1)以A为研究对象,未加电压时匀速运动,有m0g=kv1,其中v1= 得k= 加上电压后A以原速度下落,对A无影响,所以A不带电。 (2)以B为研究对象,加电压一段时间后向上匀速运动,有qE=m0g+kv2,其中v2= B在最低点时速度为零,由牛顿第二定律有qE-m0g=m0a 得a=g。 (3)由于h2>h1,则v1<v2,kv1<kv2,所以电场力qE>2m0g 新油滴匀速时重力做负功 当新油滴匀速时,由平衡条件有qE=2m0g+kv3 则新油滴的重力所做的功W=-2m0gv3t=m0g(h1-h2)。 7 学科网（北京）股份有限公司 $