第25讲 观察电容器的充、放电现象 电容器的动态分析 跟踪训练-2027届高三物理一轮复习

**基本信息** 聚焦电容器充放电现象与动态分析，通过基础实验与综合应用，系统提炼电容公式联用及Q/U不变情境下的分析方法，强化科学推理与模型建构。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |充放电现象|2选择+2实验|充放电电流/电势差变化规律、I-t图像面积求电荷量|从实验观察到电流变化分析，结合电容定义式理解充放电本质| |动态分析|5选择|电容决定式与定义式联用、Q/U不变时E的推导|从电容影响因素到Q、U、E关系，构建动态变化逻辑链| |综合应用|3选择|二极管单向导电性、油滴平衡与电势能分析|结合电路元件与实际情境，提升复杂问题解决能力|

第25讲 观察电容器的充、放电现象　电容器的动态分析 跟踪训练 基础对点练 1． 选择题： 对点1　实验:观察电容器的充、放电现象 1.一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 2.如图所示，电源1的电压为6 V，电源2的电压为8 V，电容器的电容为2 μF，开始时开关S接A，稳定后，当开关S从A转到B并稳定时，通过电流计的电荷量为(　　) A．4×10－6 C B．1.2×10－5 C C．1.6×10－5 C D．2.8×10－5 C 对点2　平行板电容器的动态分析 3.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 4.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 5.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(　　) 6.(多选)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 7.(多选)如图，电容器与电源连接，两极板竖直平行正对放置，左极板A接地且与电源正极相连，极板间P点固定一负点电荷。现将开关S闭合，电路稳定后再断开S，然后把A极板稍向左平移，则下列说法正确的是(　　) A.电容器的电容将变小 B.电容器极板间的电场强度将变小 C.P点电势将升高 D.P点处电荷的电势能将变大 综合提升练 1． 选择题： 8.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.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.(多选)目前大多数医院进行输液治疗时都采用传统的人工监护方式，为减轻医务人员负担，有不少输液传感器投入使用。某电容输液传感器测量装置示意图如图甲所示，测量电路如图乙所示，A、B间接入恒定电压U0，自动控制开关S置于1时电容器充电，置于2时电容器放电。电容器在S的作用下周期性充放电，系统监测每次充电过程中电容器两端电压随时间的变化曲线，可自动判定输液管中是否有药液。在输液管中有药液和无药液的两次电容器充电过程中，电容器两端电压随时间的变化曲线如图丙所示，已知有药液时测量电路中的电容值更大，则(　　) A．曲线1为有药液时的充电曲线 B．曲线2为有药液时的充电曲线 C．曲线1对应的情况下电容器充满电后所带的电荷量较大 D．曲线2对应的情况下电容器充满电后所带的电荷量较大 二．实验题： 11.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”)。  12.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)。  参考答案： 1.答案　C解析 充电过程中，随着电容器带电量Q的增加，电容器两极板间电势差UC＝增加，则电阻R两端电势差UR＝E－UC变小，由I＝知，充电电流I减小，故A错误；根据电路图可知，充电过程中，电容器的上极板带正电荷，电路中的电流沿顺时针方向，流过电阻R的电流由N点流向M点，故B错误；放电过程中，随着电容器带电量Q的减小，电容器两极板间电势差UC＝减小，即电阻R两端电势差UR＝UC减小，由I＝知，放电电流I减小，故C正确；根据电路图可知，放电过程中，电容器的上极板带正电荷，电路中的电流沿逆时针方向，流过电阻R的电流由M点流向N点，故D错误。 2.答案　D解析　当S接A时，电容器上极板带正电荷，电荷量为 Q1＝CU1＝2×10－6×6 C＝1.2×10－5 C，当S接B时，电容器上极板带负电荷，电荷量为Q2＝CU2＝2×10－6×8 C＝1.6×10－5 C， 通过电流计的电荷量Q＝Q1＋Q2＝2.8×10－5 C，故D正确。 3.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。 4.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。 5.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。 6.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。 7.答案　AD解析　根据电容公式C＝，可知把A极板稍向左平移，板间距离d变大，电容变小，A正确；由于断开了开关，因此电容器所带电荷量Q不变，又Q＝CU＝CEd，解得E＝，可知电容器间的电场强度将不变，B错误；P点电势φP＝0－ELAP，因为电场强度不变，A极板向左平移，因此P点的电势将降低，C错误；电势能Ep＝qφP，因为电势降低，而P点处固定的为负电荷，因此电势能变大，D正确。 8.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.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.答案　BD解析　由题意可知，有药液时测量电路中的电容值更大，因为充电完毕后电容器两端电压一定为U0，根据Q＝CU可知有药液时电容器充满电后所带电荷量较大，即充电过程通过电阻R的电荷量较大。在给电容器充电过程中，当电容器两端电压为U时，通过电阻R的电流I＝，画出两条曲线对应情况下电流随时间变化图像如图所示，根据I­t图像中图线与t轴所围面积表示通过电阻R的电荷量，可知曲线2对应情况下电容器充满电后所带的电荷量较大，故曲线2为有药液时的充电曲线，故A、C错误，B、D正确。 11.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。 12.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 $