2.5 科学探究：电容器 同步练习 -2026-2027学年高二上学期物理鲁科版必修第三册

**基本信息** 鲁科版高中物理电容器同步练习，分层设计基础、提升、探究三层，覆盖从概念辨析到实验探究的完整路径，强化物理观念与科学探究能力。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|电容决定式、场强与电势差关系|单一知识点辨析，如极板间距对电容的影响| |提升层|动态变化（极板移动/介质变化）、电路综合|多因素分析，如含电阻电路中电容充放电判断| |探究层|充放电规律、数据处理|实验情境设计，如用传感器观察电流变化曲线|

2.5科学探究：电容器（鲁科版） 1．如图是“研究电容器两极板间距对电容大小的影响”实验，保持极板所带电荷量不变，当极板间距增大时，静电计指针张角增大，则(      ) A.极板间电场强度不变 B.电容器的电容增大 C.极板间电势差减小 D.若仅将左侧极板下移，则张角减小 2．某种材料的厚度d随温度的升高而变大，平行板电容器的上极板固定，下极板可随d的变化上下移动，如图所示。若材料温度升高，下列说法正确的是(      ) A.电容器板间距离增大 B.电容器电容变大 C.极板间电场强度变小 D.电流传感器中电流方向向右 3．如图甲所示，计算机键盘为电容式传感器，每个键下面由相互平行间距为的活动金属电极和固定金属电极组成，两金属电极间有空气间隙，两金属电极组成一个平行板电容器，如图乙所示。其内部电路如图丙所示，则下列说法正确的是(      ) A.按键向上的过程中，电容器的电容增大 B.按键向上的过程中，电容器的电量增大 C.按键向下的过程中，图丙中电流方向从a流向b D.按键向下的过程中，电容器两极间的电场强度增大 4．电子计步器的工作核心部件为震动传感器，一般按照传感器的类型可分为2D计步器与3D计步器，其中一款2D计步器的原理图可以简化如下，平行板电容器的一个极板M固定在设备上，另一个极板N与两个固定在设备上的轻弹簧连接，极板N与弹簧间绝缘，振动系统完成一次周期性振动，电流传感器显示电流周期变化一次，才能实现计步一步。极板M电势始终为零，关于该计步器，下列说法正确的是(      ) A.极板N远离极板M的过程中，电容器两端电压减小 B.极板N靠近极板M的过程中，电容器的电容减小 C.极板N靠近极板M的过程中，经过传感器的电流方向为由B到C D.MN极板间距离最大时，固定在电容器中A点且带负电的点电荷具有的电势能最小 5．如图，两平行板电容器正对面积分别为S、2S，两板间距离分别为，两板间的电介质相同.开始时开关断开，两板间电压分别为、，两电容器带电荷量均为Q.下列说法正确的是(      ) A. B.闭合开关后，电阻R上有a→b的电流 C.闭合开关并稳定后，两板间电压U介于之间 D.闭合开关并稳定后，两电容器带电荷量之比为4:1 6．如图所示，平行板电容器与直流电源连接，且上极板与静电计的金属球相连，静电计所带电量很少，可被忽略，电容器下极板和静电计的金属外壳均接地。闭合开关，电容器充电稳定后静电计指针偏转的角度为ɑ，此时断开开关，忽略边缘效应，下列说法正确的是(      ) A.若将上极板缓慢上移，电容器两极板间的电势差不变 B.若将上极板缓慢上移，P点的电势不变 C.若将上极板缓慢左移，P点的电势不变 D.若将上极板缓慢左移，静电计指针偏转角ɑ不变 7．如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，为定值电阻，为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部，闭合开关S，小球静止时受到悬线的拉力为F。调节，关于F的大小判断正确的是(      ) A.保持不变，缓慢增大时，F将变大 B.保持不变，缓慢增大时，F将变小 C.保持不变，缓慢增大时，F将变大 D.保持不变，缓慢增大时，F将变小 8．如图所示的心脏除颤器使脉冲电流作用于心脏，实施电击治疗，令心脏恢复窦性心律。心脏除颤器的核心元件是电容器，治疗前先向电容器充电，工作时对患者皮肤上的两个电极板放电，让电荷通过心脏，刺激心脏恢复正常跳动。该心脏除颤器的电容器电容是25 μF，充电至4 kV电压，如果电容器在4 ms时间内完成放电，则下列说法正确的是(      ) A.电容器放电过程通过人体组织的电流恒定 B.电容器的击穿电压为4 kV C.此次放电有1 C的电荷量通过人体组织 D.此次放电通过人体的平均电流为25 A 9．如图所示，开关S闭合后，静电计G的指针张开一个角度，两正对水平金属板A、B间有一带电油滴悬浮不动。不计G所带的电荷量。下列说法正确的是(      ) A.若仅将B板缓慢水平右移少许，则油滴将向下运动 B.若仅将A板缓慢竖直上移少许，则A板所带的电荷量将增大 C.若断开S，仅将A板缓慢水平左移少许，则G的指针张角将变小 D.若断开S，仅将B板缓慢水平右移少许，则油滴将向上运动 10．蜡烛火焰是一种含有电子、正离子、中性粒子的气体状物质，将其置于电压恒定的两平行金属板间，板间电场视为匀强电场，如图所示.若两金属板间距减小，关于火焰中电子所受的电场力，下列说法正确的是(      ) A.电场力增大，方向向左 B.电场力增大，方向向右 C.电场力减小，方向向左 D.电场力减小，方向向右 11．如图，某压力传感器中平行板电容器内的绝缘弹性结构是模仿犹徐设计的，逐渐增大施加于两极板压力F的过程中，F较小时弹性结构易被压缩，极板间距d容易减小；F较大时弹性结构闭合，d难以减小.将该电容器充电后断开电源，极板间电势差U与F的关系曲线可能正确的是(      ) A. B. C. D. 12．如图甲所示为家用健身挥拳力量测试仪，其核心部件为平行板电容器，简化电路如图乙所示，极板间介质为空气。挥拳冲击可动极板时，极板间距d会随之减小。关于挥拳力量测试仪的电容器，下列说法正确的是(      ) A.挥拳冲击可动极板时，电容器电压一定变大 B.挥拳冲击可动极板时，电容器所带电荷量减小 C.电容器的电容由两极板的正对面积、间距、两极板间的介质决定 D.两极板间插入电介质，电容器的电容变小 13．如图为指纹锁示意图，当手指的指纹一面与锁表面接触时，指纹上凸处和凹处分别与锁基板上的小极板形成正对面积相同的电容器.现使电容器的电压保持不变，手指挤压锁表面的过程中，电容器(      ) A.电容不变 B.处于放电状态 C.内部场强大小不变 D.所带电荷量变大 14．智能手机的电容式触摸屏工作时，屏幕下方的透明电极与用户手指（可视为接地导体）构成一个平行板电容器，简化图如图所示，P是两板间的一点，N板接地。当手指轻触屏幕时，M板不动，N板上移，M、N板间的距离d减小。已知触摸过程中电极与手指间的电压U保持恒定。下列说法正确的是(      ) A.P点电势降低 B.电容器的电容C减小 C.电容器所带电荷量Q增大 D.电容器两极板间的电场强度E减小 15．如图所示，平行板电容器与电源连接，其中B板接地。开关S闭合后，在两板间C点有一个质量为、电荷量为的油滴恰好处于静止状态。下列说法正确的是(      ) A.保持S闭合，将两板平行错开一些，电容器的电容增加 B.保持S闭合，将A板向上平移一小段距离，C点电势降低 C.若将S断开，再将两板平行错开一些，电容器带电量不变 D.若将S断开，再将A板向上平移一小段距离，油滴会向下运动 16．用如图a所示的电路观察电容器的充放电现象，当闭合开关，将接1，电压表示数增大，最后稳定在10V。先后断开开关、，将电流表更换成电流传感器，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图像，如图b，时，图中M、N区域面积比为8:7下列说法正确的是(      ) A.在开关接1的过程中，电流表的示数先增大，后稳定在某一非零数值 B.在开关接2的过程中，电流方向从 C.电路中电阻R约为 D.电路中电阻R约为 17．如图所示，静电计、平行板电容器、定值电阻和恒压电源构成一电路，电容器中间O点有一带电小球。闭合开关S，电路稳定时，小球刚好处于静止状态，则下列说法正确的是(      ) A.保持开关闭合，M板向右移动少许，小球向下加速运动 B.保持开关闭合，N板向下移动少许，小球向下加速运动 C.断开开关，M板向右移动少许，静电计指针偏转角度增大 D.断开开关，M板向下移动少许，小球向下加速运动 18．如图甲所示，一平行板电容器极板的长度，宽，两极板间距为.距极板右端处有一竖直放置的荧光屏；在平行板电容器左侧有一长的“狭缝”粒子源，可沿着两极板中心平面均匀、连续不断地向电容器内射入比荷为、速度大小为的带电粒子（不计重力和粒子间的相互作用）.现在平行板电容器的两极板间加上如图乙所示的交流电，已知粒子在电容器中运动所用的时间远小于交流电的周期.下列说法不正确的是(      ) A.粒子打到屏上时在竖直方向上偏移的最大距离为6.25 cm B.粒子打在屏上的区域面积为 C.在0～0.02 s内，进入电容器内的粒子有32%能够打在屏上 D.在0～0.02 s内，屏上出现亮线的时间为0.0128 s 19．计算机键盘每个按键下有块小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一块小的固定金属片，两片金属片组成一个小电容器，且电压保持不变。图示键盘连着正在工作的计算机，按下“？”键过程中，按键金属片间组成的电容器(      ) A.电容变小 B.金属片间的场强变大 C.电荷量减小 D.处于充电状态 20．如图所示，平行板电容器与直流电源连接，上极板与静电计金属球相连，下极板与静电计金属外壳均接地，P为电容器两板间一点。电容器充电完成后，断开开关。若电容器电介质的相对介电常数随温度的升高而减小，则当电容器温度升高时，下列说法正确的是(      ) A.电容器电容增加 B.静电计指针张角变小 C.两极板间电场强度变大 D.P点电势升高 21．某同学用如图甲所示装置探究平行板电容器的充放电特性。 (1)将开关S合向________________（填“1”或“2”），可对电容器进行充电。充电结束后，将一块有机玻璃插入电容器两板之间，在插入过程中，电阻R中________________（填“有”或“无”）电流通过； (2)取出有机玻璃，待电路稳定，将开关S合向另一侧进行放电，计算机记录的放电电流I随时间t变化的关系如图乙所示，并通过图线与坐标轴围成的面积得到该过程中电容器释放的电荷量为________C。若电阻，则该电容器的电容________F。 22．探究电容器充放电规律，实验装置如图甲所示，有电源E、定值电阻、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的变化，需在①②处接入测量仪器，位置②应该接入测______________（填“电流”或“电压”）仪器. （2）接通电路并接通开关，当电压表示数最大时，电流表示数为_______. （3）根据测得数据，某过程中电容器两端电压U与电流I的关系如图乙所示，该过程为________________（填“充电”或“放电”）.放电过程中电容器两端电压U随时间t的变化关系如图丙所示，0.2 s时消耗的功率为______________W. 23．在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图甲所示连接电路.电源电压为8.0 V，内阻可以忽略.单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2.实验中使用了电流传感器来采集电流随时间的变化情况. （1）电容器充电后，开关S改接2使电容器进行放电，此过程得到的图像如图乙所示，如果不改变电路其他参数，只减小电阻R的阻值，则此过程的曲线与横轴所围成的面积将________________（填“减小”“不变”或“增大”）. （2）若实验中测得该电容器在整个放电过程中释放的电荷量，则该电容器的电容为______________μF. （3）关于电容器在整个充、放电过程中的图像和图像的大致形状，可能正确的是_______.（Q为电容器极板所带的电荷量，为A、B两板的电势差） 参考答案 1．答案：A 解析：A.根据平行板电容器的决定式有 根据电容的定义式有 根据匀强电场场强与电势差的关系式有 联立解得 由于极板所带电荷量Q、正对面积S和介电常数均保持不变，可知极板间电场强度E保持不变，故A正确； B.根据平行板电容器的决定式有 当极板间距d增大时，电容器的电容C减小，故B错误； C.极板所带电荷量Q保持不变，由对B选项的分析可知电容器的电容C减小，根据电容的定义式有 可知极板间电势差U增大，且静电计指针张角增大也说明极板间电势差U增大，故C错误； D.若仅将左侧极板下移，极板正对面积S减小，根据平行板电容器的决定式有 可知电容器的电容C减小，由于极板所带电荷量Q不变，根据电容的定义式有 可知极板间电势差U增大，则静电计指针张角增大，故D错误。 故选A。 2．答案：B 解析：电容器始终与电源相连，因此极板间电压U保持不变。 A.材料垫在下极板下方，温度升高材料厚度变大，将下极板向上顶起，上极板固定，因此两极板的板间距离减小，A错误； B.平行板电容器的电容公式为（D为板间距离），D减小，其他量不变，因此电容C变大，B正确； C.极板间电场强度，U不变，D减小，因此E增大，C错误； D.电容器带电量，U不变，C增大，因此Q增大，电容器需要充电 正电荷从电源正极（电流传感器右侧）流向电容器上极板（电流传感器左侧），因此电流传感器中电流方向向左，D错误。 故选B。 3．答案：D 解析：A.根据平行板电容器的电容计算公式 可知，按键向上的过程中，板间距离d增大，电容C减小，故A错误； B.电容C减小，由于U不变，根据 可知Q减小，故B错误； C.根据平行板电容器的电容计算公式 可知，按键向下的过程中，板间距离d减小，电容C增大，U不变，根据Q=CU 可知Q增大，电容器充电，电流方向从b流向a，故C错误； D.按键向下过程中，板间距离d减小，由于U不变，根据 可知，电容器两极板间的电场强度增大，故D正确。 故选D。 4．答案：D 解析：A.该电容器始终与电源相连，因此电容器两端电压U等于电源电动势，保持不变。极板N远离极板M时，极板间距d增大，由于电容器始终接电源，电压U不变，故A错误； BC.极板N靠近极板M时，极板间距d减小，由电容决定式 可知电容器的电容C增大，而U不变，由 可知电容器带电量Q增大，电容器充电，电路中M接电源正极，N接电流传感器C端，电流传感器B端接电源负极，因此充电时电流方向为由C到B，故BC错误； D.极板间电场强度 可知MN极板间距最大时，d最大，则E最小。极板M电势为0，电场方向由极板M指向极板N，设A到极板M的距离为定值y，则A点电势 可知E越小，越大。负电荷的电势能 其中 因此越大，负电荷电势能越小，即MN间距最大时，A点负电荷电势能最小，故D正确。 故选D。 5．答案：C 解析：由电容的决定式，可得，由电容的定义式以及，解得，故A错误；闭合开关后，放电，充电，则流过R的电流方向为，故B错误；放电，减小，充电，增大，所以闭合开关并稳定后，两板间电压U介于之间，故C正确；闭合开关并稳定后，两电容器电压相同，由解得，故D错误. 6．答案：B 解析：AB.断开开关后，电容器所带电荷量Q不变。上极板缓慢上移时，正对面积S不变，板间场强 不变，两板间距离d增大，由 知电势差增大；P点到下极板距离不变，下极板接地，则 不变，故A错误，B正确。 CD.上极板缓慢左移时，两板正对面积S减小，Q不变，由 知板间场强增大，对板间固定点P，下极板接地且不变， 随E增大而增大；两板间距离d不变， 增大，静电计指针偏转角增大，故C错误，D错误。 故选B。 7．答案：B 解析：保持不变，缓慢增大时，电路的总电阻增大，电流减小，因此两端电压减小，由可知电场强度减小，则小球受到的电场力减小，悬线拉力等于电场力和重力的合力，因此拉力F减小，故A错误，B正确；保持不变，没有接到电路，其变化不影响电路的变化，因此电容器的电压不变，拉力F不变，CD错误。 8．答案：D 解析：电容器放电过程通过人体组织的电流是变化的电流，故A错误；依题意，电容器的击穿电压大于4 kV，故B错误；，故C错误；，故D正确。 9．答案：D 解析：A.因为电容器和电源相连，金属板间电压不变，若仅将B板缓慢水平右移少许，板间距不变，根据 可知电场强度不变，故油滴静止，故A错误； B.若仅将A板缓慢竖直上移少许，板间距变大，根据 电容减小，根据 可得电容器放电，A板所带的电荷量将减小，故B错误； C.若断开S，电容器电荷量不变，仅将A板缓慢水平左移少许，正对面积减小，根据 可得电容减小，根据 可得电容器电压变大，则G的指针张角将变大，故C错误； D.同理，若断开S，电容器电荷量不变，仅将B板缓慢水平右移少许，分析可得电容器电压变大，根据 可得电场强度增大，刚开始时油滴受电场力大小等于重力，则此时电场力大于重力，则油滴将向上运动，故D正确。 故选D。 10．答案：B 解析：平行板电容器间的电场为匀强电场，两板间电压U不变，两板间距d减小，根据知，电场强度增大，根据知，电子所受的电场力增大.左极板带负电，右极板带正电，故电场方向水平向左，电子所受电场力方向向右，B正确. 11．答案：D 解析：电容，解得极板间电势差，电容器充电后断开电源，所带电荷量不变，则Q不变，F较小时，随F的增大，极板间距d减小，且减小得越来越慢，则U减小，且减小得越来越慢，F较大时，极板间距d难以减小，则U难以减小，D正确. 12．答案：C 解析：A.挥拳冲击可动极板时，电容器一直与电源相连，所以电容器电压不变，故A错误； B.挥拳冲击可动极板时，极板间距d会随之减小，根据可知，电容器电容增大；根据，由于电容器电压不变，所以电容器所带电荷量增大，故B错误； C.根据电容决定式可知，电容器的电容由两极板的正对面积、间距、两极板间的介质决定，故C正确； D.根据可知，两极板间插入电介质，电容器的电容变大，故D错误。 故选C。 13．答案：D 解析：手指挤压锁表面的过程中，指纹与小极板的间距减小，根据可知，电容变大，A错误；电压不变，根据可知，电容器所带电荷量变大，处于充电状态，B错误，D正确；根据，因U不变，d变小，可知内部场强变大，C错误. 14．答案：AC 解析：B.根据平行板电容器电容 可得当两极板间距减小，其它保持不变时，电容器的电容C增大，故B错误； C.电容器与电源相连，电容器两极板间的电压不变，根据 可得当电容器的电容C增大时，电容器所带电荷量Q增大，故C正确； D.电容器与电源相连，电容器两极板间的电压不变，根据 可得当两极板间距离减小时，极板间电场强度增大，故D错误； A.当手指轻触屏幕时，M板不动，N板上移，M、P间距离不变，根据可知当极板间电场强度增大时，M、P间电势差增大。 电容器与电源相连，电容器两极板间的电压不变，根据，可得P、N间电势差减小。N板接地，电势为零。根据，可得P点电势降低，故A正确。 故选AC。 15．答案：BC 解析：A.保持S闭合，电容器两板间电压C不变。将两板平行错开一些，正对面积S减小，根据电容决定式可知，电容器的电容C减小，故A错误； B.保持S闭合，电压U不变。将A板向上平移一小段距离，板间距d增大，根据可知，板间场强E减小。B板接地，电势为零，C点电势为 由于C点位置不变，不变，E减小，所以降低，故B正确； C.若将S断开，电容器带电量Q不变。再将两板平行错开一些，电容C减小，但电荷量Q仍保持不变，故C正确； D.若将S断开，电荷量Q不变。再将A板向上平移一小段距离，板间距d增大。根据 可知板间场强E不变，油滴受到的电场力不变，油滴仍处于静止状态，故D错误。 故选BC。 16．答案：BD 解析：A.电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流表示数从0增大到某一最大值，后随着电容器的不断充电，电路中的充电电流在减小，当充电结束电路稳定后，此时电路相当于开路，电流为0，故A错误 B.根据电路图可知充电结束后电容器上极板带正电，将接2，电容器放电，此时通过定值电阻R的电流方向，故B正确； CD.时，可知此时电容器两端的电压为 电容器开始放电前两端电压为，根据图像与横轴围成的面积表示放电量可得间的放电量为 后到放电结束间放电量为 根据题意 解得 故C错误，D正确。 故选BD。 17．答案：BC 解析：A.保持开关闭合，则两极板间的电势差U不变，当M板向右移动少许，两极板间的距离d不变，根据 可知，两极板间的电场强度不变，因此小球受到的电场力不变，与小球的重力依然平衡，小球处于静止状态，故A错误； B.保持开关闭合，则两极板间的电势差U不变，当N板向下移动少许，两极板间的距离d增大，根据 可知，两极板间的电场强度减小，因此小球受到的电场力减小，则小球向下加速运动，故B正确； C.断开开关，两极板的电荷量不变，当M板向右移动少许，根据 可知电容器的电容减小，结合 可知两极板间的电势差U增大，则静电计的指针偏转角度增大，故C正确； D.断开开关，M板向下移动少许时，根据，， 联立解得 因此两极板间的电场强度不变，小球受到的电场力不变，小球依然处于静止状态，故D错误。 故选BC。 18．答案：ABC 解析：设粒子恰好从极板边缘射出时的电压为，水平方向有，竖直方向有，解得，当时粒子打到极板上，当时粒子打到屏上，可知粒子通过电场时偏移的距离最大为，则，解得，又由对称性知，粒子打在屏上的总长度为2y，由于，则粒子打在屏上的区域面积为，故A、B错误；粒子打在屏上的比例为，所以在0~0.02 s内，进入电容器内的粒子有64%能够打在屏上，故C错误；在前0～0.005 s内，设内出射的粒子能打到屏上，则，又由对称性知，在一个周期（0~0.02 s）内，打到屏上的总时间，即屏上出现亮线的时间为0.0128 s，故D正确.故选A、B、C. 19．答案：BD 解析：按下“？”键过程中，按键金属片间组成的电容器两极板间距d减小，根据 可知电容C变大，因两板电压U一定，根据、 可知，电容器带电量Q增大，电容器处于充电状态，金属片间的场强E变大。 故选BD。 20．答案：CD 解析：A.根据 电容器温度升高时，电容器电介质的相对介电常数减小，则电容器电容减小，故A错误； B.电容器充电完成后，断开开关，电容器电量不变，根据 电容减小，则电容器两极板间电压增大，静电计指针张角变大，故B错误； C.电容器两极板间电压增大，根据 两极板间电场强度变大，故C正确； D.P点与电容器下极板距离不变，根据，则P点与电容器下极板间电势差增大，即P点电势升高，故D正确。 故选CD。 21．答案：(1)1；有 (2)； 解析：（1）开关S合向1时，电容器、电源构成闭合回路，电源给电容器充电；开关合向2时，电容器通过电阻放电。 充电稳定后电容器电压等于电源电动势U，插入有机玻璃，相对介电常数增大，由电容公式可知电容C变大； 根据，电压U不变，电容增大，电容器需要继续充电，因此电阻R中有电流通过。 （2）图像与时间轴围成的面积表示电容器放电总电荷量，每一小格横坐标，纵坐标 单格电荷量： 不足半格舍去，超过半格算一格，图乙中格子总共有18格，则电容器释放的电荷量为 放电电路中，初始放电电流，由图得初始电流， 则 由电容定义式得 22．答案：（1）电压（2）零（3）放电；0.32 解析：（1）由题图甲可知位置②与电容器并联，为测电压仪器. （2）电压表示数最大时，电容器充电完毕，电流表示数为零. （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，由题图丙可知时电容器两端电压为，由题图乙可知当时，电流，则电阻消耗的功率为. 23．答案：（1）不变（2）430（3）AD 解析：（1）因题图乙中图线与横轴所围成的面积等于电容器带的电荷量，则如果不改变电路其他参数，只减小电阻的阻值，则此过程的曲线与横轴所围成的面积将不变； （2）该电容器的电容为； （3）电源给电容器充电时，刚开始电荷量的变化率较大，后来变化率减小，放电时，电荷量变化率刚开始比较大，后来变化率减小，A正确，B错误；根据，且C不变可知，U与Q的变化情况相同，C错误，D正确. 学科网（北京）股份有限公司 $