内容正文:
2027届新高考高三第一轮复习 高三物理备课组
新课标 · 新高考2027届高三第一轮复习 复习课后分层作业
实验专练:观察电容器的充、放电现象 电容器的动态分析
(基础版:专门面向物理基础较弱学生、艺体生的练习)
班级:_________ 学号:_________ 姓名:_________ 分数:_________
❀ 重知识 · 牢地基 ❀
1、 实验:观察电容器的充、放电现象
实验原理
实验操作
注意事项
甲 乙
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,观察电容器充电现象。
3.单刀双掷开关S接2,观察电容器放电现象。
4.记录好实验结果,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。
2、 电容器及平行板电容器的动态分析
1.电容器
(1)组成:由两个彼此绝缘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绝对值。
(3)电容器的充、放电:
①充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两极板带上等量的异种电荷,电容器中储存电场能。
②放电:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中电场能转化为其他形式的能。
2.电容
定义
电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比
定义式
C=
单位
法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。
1 F=106 μF=1012 pF
意义
表示电容器容纳电荷本领的高低
决定
因素
由电容器本身物理条件(大小、形状、极板相对位置及电介质)决定,与电容器是否带电及两极板间是否存在电压无关
3.平行板电容器的动态分析
❀ 夯基础 · 保本科 ❀
题型1 实验:观察电容器的充放电现象
1.(25-26·江苏扬州·期末)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;开关接2,电容器C对电阻放电。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,充电电流减小
B.充电过程中,电容器的上极板带正电荷、流过电阻的电流由点流向点
C.放电过程中,电容器两极板间电势差减小,放电电流增加
D.放电过程中,电容器的上极板带负电荷,流过电阻的电流由点流向点
【答案】A
【详解】A.充电过程中,电容器带电量Q逐渐增加,根据电容定义式可知,电容器两极板间电势差U增加;
根据闭合电路欧姆定律,充电电流,随着U的增加,充电电流I减小,故A正确;
B.充电过程中,电源上端为正极,电容器上极板与电源正极相连,带正电荷;电路中电流从电源正极流出,所以流过电阻R的电流由N点流向M点,故B错误;
C.放电过程中,电容器带电量Q逐渐减小,根据可知,电容器两极板间电势差U减小;根据欧姆定律,放电电流I减小,故C错误;
D.放电过程中,电容器极板带电性质不变,上极板仍带正电荷;电流从电容器上极板流出,经过开关2流向M点,再经过电阻R流向N点,最后回到下极板,所以流过电阻R的电流由M点流向N点,故D错误。
故选A。
2.(2025·黑龙江·二模)某实验小组的同学利用如图甲所示的电路“研究电容器的充、放电”,灵敏电流计的电流从正接线柱流入指针向右偏转,从负接线柱流入指针向左偏转。实验时,先将单刀双掷开关接“1”,通过计算机描绘出的电流随时间的变化规律如图乙所示。
(1)将单刀双掷开关从断开到接“1”、稳定后接“2”、到再次稳定的全过程中,关于灵敏电流计指针的偏转,下列说法正确的是_______。
A.先向右偏然后回到零,再向右偏然后回到零
B.先向右偏然后回到零,再向左偏然后回到零
C.先向左偏然后回到零,再向左偏然后回到零
D.先向左偏然后回到零,再向右偏然后回到零
(2)已知电源的电动势。根据图乙,可知电容器的电容_______F。(保留一位小数)
(3)实验时,如果仅将图甲中的定值电阻。的阻值增大,则图乙中的充电时间将_______(填“变长”“不变”或“变短”)
【答案】(1)B
(2)
(3)变长
【详解】(1)单刀双掷开关从断开到接“1”,电容器和电源和电阻和灵敏电流计组成回路,电容器充电,电流从正接线柱流入,故灵敏电流指针先向右偏,充电完毕后回路中电流为零,此时指针回到零。单刀双掷开关稳定后接“2”,电容器和和电阻和灵敏电流计组成回路,电容器放电,电流从负接线柱流入,故灵敏电流指针先向左偏,放电完毕后回路中电流为零,此时指针回到零。故指针的偏转情况是:先向右偏然后回到零,再向左偏然后回到零。
故选B。
(2)根据图乙,图线与坐标轴所围区域大于等于半个的格数个数为,每个小格表示
故电容所带电荷量
电容器两端电压
可知电容器的电容
(3)只增大电阻,由闭合电路欧姆定律知,将开关掷向1时电容器开始充电的电流减小,则曲线与纵轴交点的位置将向下移动,而充电时曲线与横轴所围成的面积将不变,所以充电时间将变长。
题型2 电容器及平行板电容器的动态分析
3.(2025·全国·课后作业)(多选)如图所示,四个图像描述了对给定的电容器充电时,电容器电量Q、电压U和电容C三者的关系。正确的图像有( )
A. B.
C. D.
【答案】CD
【详解】ABD.电容器的电容是由电容器本身的结构决定的,与两板间的电压以及带电量无关,故AB错误,D正确;
C.根据
Q=CU
可知,Q-U图像是过原点的直线,选项C正确。
故选CD。
4.(2025·四川成都·期末)如图所示为“研究影响平行板电容器电容的因素”的实验装置,以下说法正确的是( )
A.A板与静电计的指针带的是异种电荷
B.甲图中将B板上移,静电计的指针偏角增大
C.乙图中将B板左移,静电计的指针偏角不变
D.丙图中将电介质插入两板之间,静电计的指针偏角增大
【答案】B
【详解】A.A板与静电计的指针带的是同种电荷,A错误;
B.将B板向上平移,正对面积减小,根据电容的决定式
得知,电容C减小,而电容器的电量Q不变,由电容的定义式
分析得到,板间电势差U增大,则静电计指针张角增大,B正确;
C.乙图中将B板左移,板间距增大,根据电容的决定式
得知,电容C减小,而电容器的电量Q不变,由电容的定义式
分析得到,板间电势差U增大,则静电计指针张角增大,C错误;
D. 将电介质插入两板之间,根据电容的决定式
得知,电容C增大,而电容器的电量Q不变,由电容的定义式
分析得到,板间电势差U减小,则静电计指针张角减小,D错误。
故选B。
5.(2025·北京·二模)(多选)地球表面与大气电离层都是良导体,两者与其间的空气介质可视为一个大电容器,这个电容器储存的电荷量大致稳定,约为,其间的电场,称为大气电场。设大地电势为零,晴天的大气电场中,不同高度处的电势的变化规律如图所示,不考虑水平方向电场的影响。根据以上信息,下列说法正确的是( )
A.大气电场的方向竖直向上
B.地面带电荷量大小约为
C.地面和大气电离层组成的电容器电容值约
D.高度越大,大气电场强度越小
【答案】BD
【详解】A.大地电势为零,离地面越高,电势越高,因沿电场方向电势降低可知,大气电场的方向竖直向下,故A错误;
B.因地面和大气层分别是电容器的两个电极,电容器储存的电荷量约为,可知地面带电量约为,故B正确;
C.根据电容器的定义式
可知,地面和大气电离层组成的电容器电容值约
故C错误;
D.由公式
可得
可知图像的斜率表示电场强度的倒数,由图可知,高度越大,大气电场强度越小,故D正确。
故选BD。
6.(2025·河北秦皇岛·一模)微信计步是通过手机内置的电容式加速度传感器实现的。其原理如图所示,和为电容器两极板,极板固定在手机上,极板两端与固定在手机上的两轻弹簧连接。当手机加速度变化时,由于惯性,极板只能按图中标识的“上、下”或“左、右”方向运动。若某时刻极板上的电荷量增大,则的运动方向可能是( )
A.极板向左运动
B.极板向右运动
C.极板向上运动
D.极板向下运动
【答案】C
【详解】AB.题意可知电源加在电容器两端,即电容器两端电压U不变,极板向左或向右运动时,极板正对面积S减小,根据
可知C减小,因为,故电容器所带电荷量减小,故AB错误;
CD.极板向上运动,则d减小,C增大,Q增大,故C正确,D错误。
故选C。
7.(2025·天津·一模)(多选)如图所示,两块较大的金属板A、B平行放置并与一个电源相连,其中A板接地(取大地电势φ=0)。S闭合后,两板间有一个质量为m、电荷量为q的油滴恰好处于静止状态。以下说法正确的是( )
A.保持S闭合,若将A板向上平移一小段位移,则油滴向下加速运动,G中有b→a的电流
B.保持S闭合,若将A板向左平移一小段位移(油滴仍处于两极板之间),则油滴仍然静止,G中有a→b的电流
C.若将S断开,再将A板向左移动一小段位移,油滴向下运动
D.若将S断开,再将B板向下平移一小段位移,油滴将仍然静止
【答案】AD
【详解】A.开始时,重力和电场力平衡,故
将A板上移,由可知,E变小,故油滴应向下加速运动;根据,可知,电容器电量减小,故G中有b→a的电流;故A正确;
B.若将A板向左平移一小段位移,则E不变,油滴仍静止,但由于S减小,则C减小,电容器电量减小,故G中有b→a的电流;故B错误;
C.若将S断开,Q不变,将A板向左移动一小段位移,S减小,C减小,则U增大,E增大,则油滴向上运动,故C错误;
D.若将S断开,Q不变,再将B板向下平移一小段位移,根据可知,场强E不变,则油滴仍静止,故D正确。
故选AD。
❀ 提能力 · 冲211 ❀
8.(2025·广东汕头·二模)某智能锁利用超级电容器作为待用电源,其简化电路如图所示。主电源正常工作时(开关S闭合),智能锁的输入电压为6V;当主电源断电(开关S断开),则启用备用电源,智能锁在输入电压降至4.5V时会发出低电压警报。该电容器的电容为1F,及是电路中的小电阻,下列说法正确的是( )
A.正常工作时,电容器储存电量为6C
B.断电前后,流经智能锁的电流方向相反
C.阻值越大,当主电源断电后,电容器放电时间一定越短
D.从主电源断电后至智能锁发出低电压警报,流经智能锁的电量为1.5C
【答案】A
【详解】A.正常工作时,由图可知,电容器与智能锁并联,电阻相当于导线作用,没有电压;故电容器两端的电压等于智能锁的输入电压,即为6V,根据
故A正确;
B.断电前,由主电源对智能锁供电,电流方向由上到下;主电源也对电容器供电,电容器上端为正极,下端为负极;断电后,由电容器对智能锁供电,电流方向由上到下,所以断电前后,流经智能锁的电流方向相同,故B错误;
C.当主电源断电后,电容器放电,阻值越大,回路中的电流越小,因电容器储存的总电量是一个定值,根据
可知电容器放电时间越长,故C错误;
D.当电容器放电时,电阻与智能锁串联,所以当智能锁在输入电压降至4.5V时会发出低电压警报,此时电阻两端也有电压,故此时电容器两端的电压大于4.5V而小于6V,所以电容器变化的电压小于1.5V,根据
可知流经智能锁的电量小于1.5C,故D错误。
故选A。
9.(2025·黑龙江哈尔滨·二模)如图所示,真空中水平放置的平行板电容器的两极板与电压恒定的电源相连,下极板接地(电势为0),极板间的点固定一带负电的点电荷(电荷量不变),把下极板缓慢向上平移少许后,下列说法正确的是( )
A.电容器所带的电荷量减小
B.点电荷受到的电场力不变
C.点的电势降低
D.点电荷的电势能减小
【答案】C
【详解】A.根据平行板电容器的决定式可知把下极板缓慢向上平移少许后,电容器的电容变大,再结合可知电容器所带的电荷量变大,故A错误;
B.根据可知极板间的电场强度变大,根据可知点电荷受到的电场力变大,故B错误;
C.因为点所在位置到上极板的距离不变,且下极板的电势为零,且两极板间的电场强度增大,根据可知点所在位置的电势降低,故C正确;
D.点电荷的电势能,由于点电荷带负电,因此点电荷的电势能增大,故D错误。
故选C。
10.(2025·山东菏泽·二模)我国新能源汽车年产量现已突破1000万辆,成为全球首个达成这一成就的国家。在电动汽车等领域,电容储能技术得到了广泛应用。某同学设计图甲所示电路,探究不同电压下电容器的充、放电过程,器材如下:
电容器C(额定电压8V,电容值未知)
电源E(电动势10V,内阻不计)
电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω)
滑动变阻器R(最大阻值为10Ω,额定电流为2A)
电流传感器,计算机,开关,导线若干。
(1)闭合开关,调节滑动变阻器,将开关接1,观察到电流传感器示数________。
A.逐渐增大到某一值后保持不变
B.逐渐增大到某一值后迅速减小到零
C.迅速增大到某一值后逐渐减小到零
D.先逐渐增大,后逐渐减小至某一非零数值
(2)调节滑动变阻器,待电压表示数稳定在6V后,将开关接2,时的电流,图中虚线两侧图像与时间轴围成的面积比为3∶1,则时,电容器两极板间的电压________V,电阻________Ω。
(3)电容器的储能公式,上述放电过程电容器释放的电能约为________(结果保留两位有效数字)。
【答案】(1)C
(2) 1.5 2500
(3)
【详解】(1)电容器开始充电的瞬间,其两极板间没有电荷积累,电压为零,相当于短路,此时充电电流最大,电流传感器的示数达到最大值。随着电容器极板上电荷的积累,两板间的电压UC逐渐增大,方向与电源电动势相反,故电路的总电动势减小,电流传感器的示数逐渐减小,当电容器的电压等于电源电动势时,电流等于零,此时电容器充满,电路达到稳定。
故选C。
(2)[1]设时刻,电容器两极板间的电压为,依题意
由
得
其中,依题意有
解得
[2]由欧姆定律
得
解得
(3)在图像中,图线与坐标轴所围的面积等于电容器所释放的电荷量,故数出图线围的面积约有38个格,每个格,故
由,其中
解得
第 2 页 共 8 页
第 1 页 共 8 页
学科网(北京)股份有限公司
$2027届新高考高三第一轮复习 高三物理备课组
新课标 · 新高考2027届高三第一轮复习 复习课后分层作业
实验专练:观察电容器的充、放电现象 电容器的动态分析
(基础版:专门面向物理基础较弱学生、艺体生的练习)
班级:_________ 学号:_________ 姓名:_________ 分数:_________
❀ 重知识 · 牢地基 ❀
1、 实验:观察电容器的充、放电现象
实验原理
实验操作
注意事项
甲 乙
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,观察电容器充电现象。
3.单刀双掷开关S接2,观察电容器放电现象。
4.记录好实验结果,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。
2、 电容器及平行板电容器的动态分析
1.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______________。
(3)电容器的充、放电:
①充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两极板带上等量的______________,电容器中储存电场能。
②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。
2.电容
定义
电容器所带的_______与电容器两极板之间的_______之比
定义式
C=
单位
法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。
1 F=_______ μF=_______ pF
意义
表示电容器容纳电荷本领的高低
决定
因素
由电容器本身物理条件(大小、形状、极板相对位置及电介质)决定,与电容器是否带电及两极板间是否存在电压无关
3.平行板电容器的动态分析
❀ 夯基础 · 保本科 ❀
题型1 实验:观察电容器的充放电现象
1.(25-26·江苏扬州·期末)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;开关接2,电容器C对电阻放电。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,充电电流减小
B.充电过程中,电容器的上极板带正电荷、流过电阻的电流由点流向点
C.放电过程中,电容器两极板间电势差减小,放电电流增加
D.放电过程中,电容器的上极板带负电荷,流过电阻的电流由点流向点
2.(2025·黑龙江·二模)某实验小组的同学利用如图甲所示的电路“研究电容器的充、放电”,灵敏电流计的电流从正接线柱流入指针向右偏转,从负接线柱流入指针向左偏转。实验时,先将单刀双掷开关接“1”,通过计算机描绘出的电流随时间的变化规律如图乙所示。
(1)将单刀双掷开关从断开到接“1”、稳定后接“2”、到再次稳定的全过程中,关于灵敏电流计指针的偏转,下列说法正确的是_______。
A.先向右偏然后回到零,再向右偏然后回到零
B.先向右偏然后回到零,再向左偏然后回到零
C.先向左偏然后回到零,再向左偏然后回到零
D.先向左偏然后回到零,再向右偏然后回到零
(2)已知电源的电动势。根据图乙,可知电容器的电容_______F。(保留一位小数)
(3)实验时,如果仅将图甲中的定值电阻。的阻值增大,则图乙中的充电时间将_______(填“变长”“不变”或“变短”)
题型2 电容器及平行板电容器的动态分析
3.(2025·全国·课后作业)(多选)如图所示,四个图像描述了对给定的电容器充电时,电容器电量Q、电压U和电容C三者的关系。正确的图像有( )
A. B.
C. D.
4.(2025·四川成都·期末)如图所示为“研究影响平行板电容器电容的因素”的实验装置,以下说法正确的是( )
A.A板与静电计的指针带的是异种电荷
B.甲图中将B板上移,静电计的指针偏角增大
C.乙图中将B板左移,静电计的指针偏角不变
D.丙图中将电介质插入两板之间,静电计的指针偏角增大
5.(2025·北京·二模)(多选)地球表面与大气电离层都是良导体,两者与其间的空气介质可视为一个大电容器,这个电容器储存的电荷量大致稳定,约为,其间的电场,称为大气电场。设大地电势为零,晴天的大气电场中,不同高度处的电势的变化规律如图所示,不考虑水平方向电场的影响。根据以上信息,下列说法正确的是( )
A.大气电场的方向竖直向上
B.地面带电荷量大小约为
C.地面和大气电离层组成的电容器电容值约
D.高度越大,大气电场强度越小
6.(2025·河北秦皇岛·一模)微信计步是通过手机内置的电容式加速度传感器实现的。其原理如图所示,和为电容器两极板,极板固定在手机上,极板两端与固定在手机上的两轻弹簧连接。当手机加速度变化时,由于惯性,极板只能按图中标识的“上、下”或“左、右”方向运动。若某时刻极板上的电荷量增大,则的运动方向可能是( )
A.极板向左运动
B.极板向右运动
C.极板向上运动
D.极板向下运动
7.(2025·天津·一模)(多选)如图所示,两块较大的金属板A、B平行放置并与一个电源相连,其中A板接地(取大地电势φ=0)。S闭合后,两板间有一个质量为m、电荷量为q的油滴恰好处于静止状态。以下说法正确的是( )
A.保持S闭合,若将A板向上平移一小段位移,则油滴向下加速运动,G中有b→a的电流
B.保持S闭合,若将A板向左平移一小段位移(油滴仍处于两极板之间),则油滴仍然静止,G中有a→b的电流
C.若将S断开,再将A板向左移动一小段位移,油滴向下运动
D.若将S断开,再将B板向下平移一小段位移,油滴将仍然静止
❀ 提能力 · 冲211 ❀
8.(2025·广东汕头·二模)某智能锁利用超级电容器作为待用电源,其简化电路如图所示。主电源正常工作时(开关S闭合),智能锁的输入电压为6V;当主电源断电(开关S断开),则启用备用电源,智能锁在输入电压降至4.5V时会发出低电压警报。该电容器的电容为1F,及是电路中的小电阻,下列说法正确的是( )
A.正常工作时,电容器储存电量为6C
B.断电前后,流经智能锁的电流方向相反
C.阻值越大,当主电源断电后,电容器放电时间一定越短
D.从主电源断电后至智能锁发出低电压警报,流经智能锁的电量为1.5C
9.(2025·黑龙江哈尔滨·二模)如图所示,真空中水平放置的平行板电容器的两极板与电压恒定的电源相连,下极板接地(电势为0),极板间的点固定一带负电的点电荷(电荷量不变),把下极板缓慢向上平移少许后,下列说法正确的是( )
A.电容器所带的电荷量减小
B.点电荷受到的电场力不变
C.点的电势降低
D.点电荷的电势能减小
10.(2025·山东菏泽·二模)我国新能源汽车年产量现已突破1000万辆,成为全球首个达成这一成就的国家。在电动汽车等领域,电容储能技术得到了广泛应用。某同学设计图甲所示电路,探究不同电压下电容器的充、放电过程,器材如下:
电容器C(额定电压8V,电容值未知)
电源E(电动势10V,内阻不计)
电阻箱R0(最大阻值为99999.9Ω)
滑动变阻器R(最大阻值为10Ω,额定电流为2A)
电流传感器,计算机,开关,导线若干。
(1)闭合开关,调节滑动变阻器,将开关接1,观察到电流传感器示数________。
A.逐渐增大到某一值后保持不变
B.逐渐增大到某一值后迅速减小到零
C.迅速增大到某一值后逐渐减小到零
D.先逐渐增大,后逐渐减小至某一非零数值
(2)调节滑动变阻器,待电压表示数稳定在6V后,将开关接2,时的电流,图中虚线两侧图像与时间轴围成的面积比为3∶1,则时,电容器两极板间的电压________V,电阻________Ω。
(3)电容器的储能公式,上述放电过程电容器释放的电能约为________(结果保留两位有效数字)。
第 2 页 共 8 页
第 1 页 共 8 页
学科网(北京)股份有限公司
$