\l "_Tc6378" 02、知識導圖，思維引航 PAGEREF _Tc6378 \h 2
\l "_Tc8614" 03、考點突破，考法探究 PAGEREF _Tc8614 \h 2
\l "_Tc24406" 考點一 實驗：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象 PAGEREF _Tc24406 \h 3
\l "_Tc12881" 知識點1．實驗原理 PAGEREF _Tc12881 \h 3
\l "_Tc1518" 知識點2．實驗步驟 PAGEREF _Tc1518 \h 3
\l "_Tc5211" 知識點3．注意事項 PAGEREF _Tc5211 \h 4
\l "_Tc16505" 考點二 電容器及平行板電容器的動態(tài)分析 PAGEREF _Tc16505 \h 7
\l "_Tc7258" 知識點1．電容器 PAGEREF _Tc7258 \h 7
\l "_Tc29877" 知識點2．電容 PAGEREF _Tc29877 \h 8
\l "_Tc16796" 知識點3．平行板電容器的電容 PAGEREF _Tc16796 \h 8
\l "_Tc19251" 知識點4．電容器兩類典型動態(tài)問題 PAGEREF _Tc19251 \h 8
\l "_Tc3496" 考向1.兩板間電勢差U保持不變 PAGEREF _Tc3496 \h 9
\l "_Tc16507" 考向2.兩板間電荷量不變 PAGEREF _Tc16507 \h 9
\l "_Tc13486" 考點三 帶電粒子在電場中的直線運動 PAGEREF _Tc13486 \h 10
\l "_Tc3712" 知識點1．對帶電粒子進行受力分析時應注意的問題 PAGEREF _Tc3712 \h 10
\l "_Tc2169" 知識點2．做直線運動的條件 PAGEREF _Tc2169 \h 11
\l "_Tc17457" 知識點3．用動力學觀點分析 PAGEREF _Tc17457 \h 11
\l "_Tc5201" 知識點4．用功能觀點分析 PAGEREF _Tc5201 \h 11
\l "_Tc22920" 考向1.帶電粒子在電場中的直線運動 PAGEREF _Tc22920 \h 11
\l "_Tc27348" 考向2.帶電體在電場中的直線運動 PAGEREF _Tc27348 \h 12
\l "_Tc20233" 考向3.帶電粒子在交變電場中的直線運動 PAGEREF _Tc20233 \h 13
\l "_Tc26955" 04、真題練習，命題動向 PAGEREF _Tc26955 \h 14
考點一 實驗：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象
知識點1．實驗原理
(1)電容器的充電過程
如圖所示，當開關S接1時，電容器接通電源，在靜電力的作用下自由電子從正極板經(jīng)過電源向負極板移動，正極板因失去電子而帶正電，負極板因獲得電子而帶負電。正、負極板帶等量的正、負電荷，電荷在移動的過程中形成電流。
在充電開始時電流比較大(填“大”或“小”)，以后隨著極板上電荷的增多，電流逐漸減小(填“增大”或“減小”)，當電容器兩極板間電壓等于電源電壓時電荷停止定向移動，電流I＝0。
(2)電容器的放電過程
如圖所示，當開關S接2時，相當于將電容器的兩極板直接用導線連接起來，電容器正、負極板上電荷發(fā)生中和，在電子移動過程中，形成電流。
放電開始電流較大(填“大”或“小”)，隨著兩極板上的電荷量逐漸減小，電路中的電流逐漸減小(填“增大”或“減小”)，兩極板間的電壓也逐漸減小到零。
知識點2．實驗步驟
(1)按圖連接好電路。
(2)把單刀雙擲開關S打在上面，使觸點1和觸點2連通，觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結果記錄在表格中。
(3)將單刀雙擲開關S打在下面，使觸點3和觸點2連通，觀察電容器的放電現(xiàn)象，并將結果記錄在表格中。
(4)記錄好實驗結果，關閉電源。
知識點3．注意事項
(1)電流表要選用小量程的靈敏電流計。
(2)要選擇大容量的電容器。
(3)實驗要在干燥的環(huán)境中進行。
(4)電容器充電時電流流向正極板，電容器放電時電流從正極板流出，且充、放電電流均逐漸減小至零。
(5)電容器充、放電過程，電容器的電容不變，極板上所帶電荷量和電壓按正比關系變化。
(6)電容器充、放電過程，I－t圖中曲線與坐標軸周圍成的面積表示電容器儲存的電荷量。
1. 用圖甲所示的電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，請完成下列實驗內(nèi)容。
(1)實驗時，要通過電流表指針的偏轉方向來觀測電路中電流的方向。因此電流表應采用圖乙中的________(選填“a”或“b”)。
(2)依照圖甲所示的電路圖，將圖乙的實驗器材用筆畫線代替導線連接成實驗電路(圖中已有部分連接)。
(3)開關S接1后，小燈泡L________(填選項前的字母)。
A．一直不亮
B．逐漸變亮，穩(wěn)定后保持亮度不變
C．突然變亮，然后逐漸變暗，直到熄滅
(4)開關S接1足夠長時間后，再將開關S接2。開關S接2之后電壓表讀數(shù)________(選填“逐漸增大”或“逐漸減小”)。
(5)圖乙中電容器的電容為________μF。當電容器的電壓為10 V時其帶電量為________C(保留兩位有效數(shù)字)。
【答案】：(1)a (2)見解析圖 (3)C (4)逐漸減小 (5)3 300 0.033
【解析】：(1)通過電流表指針的左右偏轉觀察電流方向，故應選擇a。
(2)實驗器材連接如圖所示。
(3)開關S接1后，電源給電容器充電，開始電流較大，隨著極板帶電量增多，電流逐漸減小，最后為0，所以小燈泡L突然變亮，然后逐漸變暗，直到熄滅。故選C。
(4)開關S接2之后電容器放電，兩極板電勢差逐漸減小到0，所以電壓表讀數(shù)逐漸減小到0。
(5)題圖乙中電容器的電容為3 300 μF，當電容器的電壓為10 V時其帶電量為Q＝CU＝3 300×10－6×10 C＝0.033 C。
2．小姚利用圖甲電路觀察電容器在充電和放電過程中電流表和電壓表示數(shù)的變化。實驗中電源輸出的電壓為8 V，圖乙實物電路中已完成部分連接。
(1)用筆畫線代替導線，完成剩余部分的電路連接。
(2)當S連接1時，電流表示數(shù)________，電壓表示數(shù)________(選填“逐漸增大”“逐漸減小”或“保持不變”)；S接1足夠長時間后，電流表示數(shù)________(選填“為0”或“不為0”)。當S從1斷開后，電流表示數(shù)________(選填“逐漸增大”“逐漸減小”或“為0”)，電壓表示數(shù)________(選填“逐漸增大”“逐漸減小”“為0”或“保持不變”)。
(3)圖丙所示的電路中，K與L間接一智能電源，用以控制電容器C兩端的電壓UC，如果UC隨時間t的變化如圖丁所示，則下列描述電阻R兩端電壓UR隨時間變化的圖像中正確的是________。
【答案】：(1)見解析圖 (2)逐漸減小 逐漸增大 不為0 為0 逐漸減小 (3)A
【解析】：(1)根據(jù)電路圖，實物連線如圖所示。
(2)當S連接1時，電容器處于充電過程，隨著電容器所帶電荷量逐漸增加，電流表示數(shù)逐漸減小，電壓表示數(shù)逐漸增大；S接1足夠長時間后，由于電壓表內(nèi)阻不可能無窮大，則電路電流可以通過電壓表構成回路，電流表示數(shù)不為0。當S從1斷開后，電流表處于斷路狀態(tài)，電流表示數(shù)為0；電容器通過電壓表放電，電容器所帶電荷量逐漸減小，電容器兩端電壓逐漸減小，則電壓表示數(shù)逐漸減小。
(3)根據(jù)電容定義式可得Q＝CUC，由UC-t圖像可知1～2 s內(nèi)，電容器兩端電壓UC隨時間均勻增大，則電容器電荷量隨時間均勻增大，根據(jù)I1＝eq \f(ΔQ,Δt1)，可知1～2 s內(nèi)，電容器充電且電流恒定不變，電阻R兩端電壓恒定不變，根據(jù)歐姆定律可得UR1＝I1R；2～3 s內(nèi)，電容器兩端電壓UC不變，則電容器電荷量不變，電流為0，則電阻R兩端電壓為0；3～5 s內(nèi)，電容器兩端電壓UC隨時間均勻減小，則電容器電荷量隨時間均勻減小，根據(jù)I2＝eq \f(ΔQ,Δt2)＝－eq \f(1,2)×eq \f(ΔQ,Δt1)＝－eq \f(1,2)I1，可知3～5 s內(nèi)，電容器放電電流恒定不變，電阻R兩端電壓恒定不變，根據(jù)歐姆定律可得UR2＝I2R＝－eq \f(1,2)I1R＝－eq \f(1,2)UR1，A正確。
3.在測定電容器電容的實驗中，將電容器、電壓傳感器、阻值為3 kΩ的電阻R、電源、單刀雙擲開關按圖甲所示電路圖進行連接。先使開關S與1端相連，電源向電容器充電，充電完畢后把開關S擲向2端，電容器放電，直至放電完畢。實驗得到的與電壓傳感器相連接的計算機所記錄的電壓隨時間變化的u-t曲線如圖乙所示，圖丙為由計算機對圖乙進行數(shù)據(jù)處理后記錄的“峰值”及曲線與時間軸所圍“面積”。
(1)根據(jù)圖甲所示的電路，觀察圖乙可知：充電電流與放電電流方向________(選填“相同”或“相反”)，大小都隨時間________(選填“增大”或“減小”)。
(2)該電容器的電容值為________F。(結果保留兩位有效數(shù)字)
(3)某同學認為：仍利用上述裝置，將電壓傳感器從電阻兩端改接在電容器的兩端，也可以測出電容器的電容值。請你分析并說明該同學的說法是否正確。
【答案】：(1)相反 減小 (2)1.0×10－2 (3)見解析
【解析】：(1)由題圖甲、乙可知，充電和放電時R兩端的電勢相反，說明流過R的電流方向相反；電壓均隨時間減小，說明電流均隨時間減小。
(2)圖像的面積表示Ut，根據(jù)歐姆定律I＝eq \f(U,R)，可知圖像面積與R的比值表示電荷量，故極板所帶最大電荷量Q＝eq \f(182.7,3 000) C＝0.060 9 C，該電容器的電容值C＝eq \f(Q,U)＝eq \f(0.060 9,6) F≈1.0×10－2 F。
(3)該同學的說法正確。因為當開關S與2連接，電容器放電的過程中，電容器C與電阻R上的電壓大小相等，因此通過對放電曲線進行數(shù)據(jù)處理后記錄的“峰值Um”及曲線與時間軸所圍“面積S”，仍可應用C＝eq \f(Q,U)＝eq \f(S,RUm)計算電容值。
考點二 電容器及平行板電容器的動態(tài)分析
知識點1．電容器
(1)組成：由兩個彼此絕緣又相距很近的導體組成。
(2)帶電荷量：一個極板所帶電荷量的絕對值。
(3)電容器的充、放電：
①充電：使電容器帶電的過程，充電后電容器兩極板帶上等量的異種電荷，電容器中儲存電場能。
②放電：使充電后的電容器失去電荷的過程，放電過程中電場能轉化為其他形式的能。
知識點2．電容
(1)定義：電容器所帶的電荷量與電容器兩極板之間的電勢差之比。
(2)定義式：C＝eq \f(Q,U)。
(3)單位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1 F＝106 μF＝1012 pF。
(4)意義：表示電容器容納電荷本領的高低。
(5)決定因素：由電容器本身物理條件(大小、形狀、極板相對位置及電介質(zhì))決定，與電容器是否帶電及電壓無關。
知識點3．平行板電容器的電容
(1)決定因素：兩極板的正對面積、電介質(zhì)的相對介電常數(shù)、兩板間的距離。
(2)決定式：C＝eq \f(εrS,4πkd)。
知識點4．電容器兩類典型動態(tài)問題
(1)電容器始終與恒壓電源相連，電容器兩極板間的電勢差U保持不變。
(2)電容器充電后與電源斷開，電容器兩極板所帶的電荷量Q保持不變。
(3)兩類典型動態(tài)分析思路比較
考向1.兩板間電勢差U保持不變
1.如圖所示是一種可測量物體位移的電學儀器。當被測物體在左右方向發(fā)生微小的位移時，會帶動電介質(zhì)進出電容器兩板之間，靈敏電流計的指針也會左右發(fā)生偏轉。已知電流從a到b流過電表時，電流計的指針向右偏，則下列說法正確的是( )
A.當電流計的指針向左偏時，被測物體向左移動
B.當電流計的指針向左偏時，電容器的電壓增大
C.當電流計的指針向右偏時，電容器的電容增大
D.當電流計的指針向右偏時，電容器的電荷量減小
【答案】 C
【解析】 電流計的指針向左偏時，可知電容器極板上的電荷量減小，說明電容器放電，由電容定義式C＝eq \f(Q,U)可知，U不變，Q減小，C減小，由電容決定式C＝eq \f(εrS,4πkd)可知，電容器極板間的電介質(zhì)減少，被測物體向右移動，故A、B錯誤；當電流計的指針向右偏時，同理可得，電源在對電容器充電，由電容定義式C＝eq \f(Q,U)可知，U不變，Q增大，C增大，故C正確，D錯誤。
考向2.兩板間電荷量不變
2.某學校氣象興趣小組的同學利用所學物理知識設計了一個電容式風力傳感器。如圖所示，將電容器與靜電計組成回路，可動電極在風力作用下向右移動，引起電容的變化，風力越大，移動距離越大(兩電極不接觸)。若極板上電荷量保持不變，在受到風力作用時，則( )
A.電容器電容變小
B.極板間電場強度不變
C.極板間電壓變大
D.靜電計指針張角越小，風力越小
【答案】 B
【解析】根據(jù)C＝eq \f(εrS,4πkd)，在受到風力作用時，d減小，則電容器電容變大，故A錯誤；極板間電場強度E＝eq \f(U,d)＝eq \f(\f(Q,C),d)＝eq \f(Q,Cd)＝eq \f(4πkQ,εrS)不變，故B正確；極板間電壓U＝eq \f(Q,C)變小，故C錯誤；風力越小，d越大，極板間電壓越大，靜電計指針張角越大，故D錯誤。
3.如圖，一平行板電容器充電后與電源斷開。若電容器的正極板保持不動，將負極板緩慢向右平移一小段距離x0，則電容器的電容C、極板上帶電荷量Q、兩極板間電勢差U及電場強度E與負極板移動的距離x的關系圖像正確的是( )
【答案】 D
【解析】 根據(jù)電容的決定式C＝eq \f(εrS,4πkd)，負極板向右移動，板間距離d增大，電容減小，故A錯誤；充電后的電容器與電源斷開連接后，極板帶電荷量Q保持不變，故B錯誤；由C＝eq \f(Q,U)，當Q不變，C減小時，U增大，故C錯誤；由C＝eq \f(εrS,4πkd)，C＝eq \f(Q,U)，E＝eq \f(U,d)可得E＝eq \f(4πkQ,εrS)，在帶電荷量Q一定時，只改變距離d，E不變，故D正確。
考點三 帶電粒子在電場中的直線運動
知識點1．對帶電粒子進行受力分析時應注意的問題
(1)要掌握靜電力的特點。靜電力的大小和方向不僅跟電場強度的大小和方向有關，還跟帶電粒子的電性和電荷量有關。
(2)是否考慮重力依據(jù)情況而定。
基本粒子：如電子、質(zhì)子、α粒子、離子等除有特殊說明或明確的暗示外，一般不考慮重力(但不能忽略質(zhì)量)。
帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有特殊說明或明確的暗示外，一般都不能忽略重力。
知識點2．做直線運動的條件
(1)粒子所受合外力F合＝0，粒子靜止或做勻速直線運動。
(2)粒子所受合外力F合≠0且與初速度共線，帶電粒子將做加速直線運動或減速直線運動。
知識點3．用動力學觀點分析
a＝eq \f(qE,m)，E＝eq \f(U,d)，v2－v02＝2ad
知識點4．用功能觀點分析
勻強電場中：W＝Eqd＝qU＝eq \f(1,2)mv2－eq \f(1,2)mv02
非勻強電場中：W＝qU＝Ek2－Ek1
考向1.帶電粒子在電場中的直線運動
1.如圖所示，兩極板加上恒定的電壓U，將一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的帶電粒子在正極板附近由靜止釋放，粒子向負極板做加速直線運動。不計粒子重力。若將兩板間距離減小，再次釋放該粒子，則( )
A．帶電粒子獲得的加速度變小
B．帶電粒子到達負極板的時間變短
C．帶電粒子到達負極板時的速度變小
D．加速全過程靜電力對帶電粒子的沖量變小
【答案】 B
【解析】 根據(jù)E＝eq \f(U,d)，qE＝ma，可得a＝eq \f(qU,md)
將兩板間距離減小，帶電粒子獲得的加速度變大，故A錯誤；根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律d＝eq \f(1,2)at2，解得t＝eq \r(\f(2md2,qU))，將兩板間距離減小，帶電粒子到達負極板的時間變短，故B正確；根據(jù)動能定理有qU＝eq \f(1,2)mv2，解得v＝eq \r(\f(2qU,m))，帶電粒子到達負極板時的速度不變，故C錯誤；根據(jù)動量定理有I＝mv，可知加速全過程靜電力對帶電粒子的沖量不變，故D錯誤。
考向2.帶電體在電場中的直線運動
2.如圖，豎直平面內(nèi)有AB和BC兩段長度均為L的粗糙直桿，兩桿在B處平滑連接，AB桿水平、BC桿與水平方向夾角為θ，裝置處于水平向右的勻強電場中。質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的小球套在桿上，小球從桿上A點由靜止開始運動，經(jīng)時間t到達B點，沿BC桿運動過程中小球運動情況與桿的粗糙程度無關。重力加速度為g。求：
(1)小球在AB桿上運動的加速度大小；
(2)小球從A運動到C過程中摩擦力所做的功。
【答案】 (1)eq \f(2L,t2) (2)
【解析】 (1)小球在AB桿上做勻加速直線運動，有
L＝eq \f(1,2)at2，解得a＝eq \f(2L,t2)。
(2)由題中條件可知，小球在BC直桿上運動時不受摩擦力的作用，此時，重力與靜電力的合力沿桿向下，可知F電＝eq \f(mg,tan θ)
小球從A運動到C過程中，只有在AB桿上才受摩擦力Ff，由牛頓第二定律有
F電－Ff＝ma
Wf＝－FfL＝。
3.如圖，長度為L的輕質(zhì)絕緣細桿兩端連接兩個質(zhì)量均為m的帶電小球A和B，兩小球均可看作質(zhì)點，帶電荷量為qA＝＋6q、qB＝－2q。將小球從圖示位置由靜止釋放，下落一段時間后B進入位于下方的勻強電場區(qū)域。勻強電場方向豎直向上，電場強度E＝eq \f(mg,q)，重力加速度為g。求：
(1)小球A剛進入電場時的速度大?。?br>(2)要使小球B第一次下落時不穿出電場下邊界，電場區(qū)域的最小高度H。
【答案】 (1)eq \r(5gL) (2)3.5L
【解析】 (1)設小球A剛進入電場時的速度大小為v0，從釋放到進入電場由動能定理可得
2mg(L＋eq \f(L,2))＋|qB|EL＝eq \f(1,2)×2mv02－0
解得v0＝eq \r(5gL)
(2)從釋放到小球B第一次下落時不穿出電場下邊界，由動能定理可得
2mg(H＋eq \f(L,2))＋|qB|EH－qAE(H－L)＝0－0
解得H＝3.5L。
考向3.帶電粒子在交變電場中的直線運動
4.如圖甲所示為粒子直線加速器原理圖，它由多個橫截面積相同的同軸金屬圓筒依次組成，序號為奇數(shù)的圓筒與序號為偶數(shù)的圓筒分別和交變電源相連，交變電源兩極間的電勢差的變化規(guī)律如圖乙所示。在t＝0時，奇數(shù)圓筒比偶數(shù)圓筒電勢高，此時和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板(序號為0)的中央有一自由電子由靜止開始在各間隙中不斷加速。若電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，交變電源的電壓為U，周期為T。不考慮電子的重力和相對論效應，忽略電子通過圓筒間隙的時間。下列說法正確的是( )
A.電子在圓筒中也做加速直線運動
B.電子離開圓筒1時的速度為2eq \r(\f(Ue,m))
C.第n個圓筒的長度應滿足Ln＝Teq \r(\f(nUe,2m))
D.保持加速器筒長不變，若要加速比荷更大的粒子，則要調(diào)大交變電壓的周期
【答案】 C
【解析】 由于金屬圓筒處于靜電平衡狀態(tài)，圓筒內(nèi)部場強為零，則電子在金屬圓筒中做勻速直線運動，故A錯誤；電子離開圓筒1時，由動能定理得eU＝eq \f(1,2)mv2，所以電子離開圓筒1瞬間速度為v＝eq \r(\f(2eU,m))，故B錯誤；電子從金屬圓筒出來后要繼續(xù)做加速運動，在金屬圓筒中的運動時間為交變電源周期的一半，即eq \f(T,2)，電子在圓筒中做勻速直線運動，所以第n個圓筒長度為Ln＝vn·eq \f(T,2)＝eq \f(T,2)eq \r(\f(2neU,m))＝Teq \r(\f(nUe,2m))，故C正確；由C可知，保持加速器筒長不變，若要加速比荷更大的粒子，則要調(diào)小交變電壓的周期，故D錯誤。
1．（2024·甘肅·高考真題）一平行板電容器充放電電路如圖所示。開關S接1，電源E給電容器C充電；開關S接2，電容器C對電阻R放電。下列說法正確的是（ ）
A．充電過程中，電容器兩極板間電勢差增加，充電電流增加
B．充電過程中，電容器的上極板帶正電荷、流過電阻R的電流由M點流向N點
C．放電過程中，電容器兩極板間電勢差減小，放電電流減小
D．放電過程中，電容器的上極板帶負電荷，流過電阻R的電流由N點流向M點
【答案】C
【詳解】A．充電過程中，隨著電容器帶電量的增加，電容器兩極板間電勢差增加，充電電流在減小，故A錯誤；
B．根據(jù)電路圖可知，充電過程中，電容器的上極板帶正電荷、流過電阻R的電流由N點流向M點，故B錯誤；
C．放電過程中，隨著電容器帶電量的減小，電容器兩極板間電勢差減小，放電電流在減小，故C正確；
D．根據(jù)電路圖可知，放電過程中，電容器的上極板帶正電荷，流過電阻R的電流由M點流向N點，故D錯誤。
故選C。
2．（2024·浙江·高考真題）圖示是“研究電容器兩極板間距對電容大小的影響”實驗，保持電荷量不變，當極板間距增大時，靜電計指針張角增大，則 （ ）
A．極板間電勢差減小B．電容器的電容增大
C．極板間電場強度增大D．電容器儲存能量增大
【答案】D
【詳解】AB．根據(jù)，可得當極板間距增大時電容減小，由于電容器的帶電量不變，故極板間電勢差增大，故AB錯誤；
C．根據(jù)得
故場強不變，故C錯誤；
D．移動極板的過程中要克服電場力做功，故電容器儲存能量增大，故D正確。
故選D。
3．（2024·遼寧·高考真題）某種不導電溶液的相對介電常數(shù)與濃度的關系曲線如圖（a）所示，將平行板電容器的兩極板全部插入該溶液中，并與恒壓電源，電流表等構成如圖（b）所示的電路，閉合開關S后，若降低溶液濃度，則（ ）
A．電容器的電容減小B．電容器所帶的電荷量增大
C．電容器兩極板之間的電勢差增大D．溶液濃度降低過程中電流方向為M→N
【答案】B
【詳解】A．降低溶液濃度，不導電溶液的相對介電常數(shù)增大，根據(jù)電容器的決定式可知電容器的電容增大，故A錯誤；
BC．溶液不導電沒有形成閉合回路，電容器兩端的電壓不變，根據(jù)結合A選項分析可知電容器所帶的電荷量增大，故B正確，C錯誤；
D．根據(jù)B選項分析可知電容器所帶的電荷量增大，則給電容器充電，結合題圖可知電路中電流方向為，故D錯誤。
故選B。
4．（2022·重慶·高考真題）如圖為某同學采用平行板電容器測量材料豎直方向尺度隨溫度變化的裝置示意圖，電容器上極板固定，下極板可隨材料尺度的變化上下移動，兩極板間電壓不變。若材料溫度降低時，極板上所帶電荷量變少，則（ ）
A．材料豎直方向尺度減小B．極板間電場強度不變
C．極板間電場強度變大D．電容器電容變大
【答案】A
【詳解】BCD．根據(jù)電容的決定式可知，根據(jù)題意可知極板之間電壓不變，極板上所帶電荷量變少，極板間距增大，電容減小，極板之間形成勻強電場，根據(jù)可知極板間電場強度減小，BCD錯誤；
A．極板間距增大，材料豎直方向尺度減小，A正確；
故選A。
5．（2022·福建·高考真題）我國霍爾推進器技術世界領先，其簡化的工作原理如圖所示。放電通道兩端電極間存在一加速電場，該區(qū)域內(nèi)有一與電場近似垂直的約束磁場（未畫出）用于提高工作物質(zhì)被電離的比例。工作時，工作物質(zhì)氙氣進入放電通道后被電離為氙離子，再經(jīng)電場加速噴出，形成推力。某次測試中，氙氣被電離的比例為95%，氙離子噴射速度為，推進器產(chǎn)生的推力為。已知氙離子的比荷為；計算時，取氙離子的初速度為零，忽略磁場對離子的作用力及粒子之間的相互作用，則（ ）
A．氙離子的加速電壓約為
B．氙離子的加速電壓約為
C．氙離子向外噴射形成的電流約為
D．每秒進入放電通道的氙氣質(zhì)量約為
【答案】AD
【詳解】AB．氙離子經(jīng)電場加速，根據(jù)動能定理有
可得加速電壓為
故A正確，B錯誤；
D．在時間內(nèi)，有質(zhì)量為的氙離子以速度噴射而出，形成電流為，由動量定理可得
進入放電通道的氙氣質(zhì)量為，被電離的比例為，則有
聯(lián)立解得
故D正確；
C．在時間內(nèi)，有電荷量為的氙離子噴射出，則有
，
聯(lián)立解得
故C錯誤。
故選AD。
6．（2024·廣西·高考真題）某同學為探究電容器充、放電過程，設計了圖甲實驗電路。器材如下：電容器，電源E（電動勢6V，內(nèi)阻不計），電阻R1 = 400.0Ω，電阻R2 = 200.0Ω，電流傳感器，開關S1、S2，導線若干。實驗步驟如下：
(1)斷開S1、S2，將電流傳感器正極與a節(jié)點相連，其數(shù)據(jù)采樣頻率為5000Hz，則采樣周期為 s；
(2)閉合S1，電容器開始充電，直至充電結束，得到充電過程的I—t曲線如圖乙，由圖乙可知開關S1閉合瞬間流經(jīng)電阻R1的電流為 mA（結果保留3位有效數(shù)字）；
(3)保持S1閉合，再閉合S2，電容器開始放電，直至放電結束，則放電結束后電容器兩極板間電壓為 V；
(4)實驗得到放電過程的I—t曲線如圖丙，I—t曲線與坐標軸所圍面積對應電容器釋放的電荷量為0.0188C，則電容器的電容C為 μF。圖丙中I—t曲線與橫坐標、直線t = 1s所圍面積對應電容器釋放的電荷量為0.0038C，則t = 1s時電容器兩極板間電壓為 V（結果保留2位有效數(shù)字）。
【答案】(1)
(2)15.0
(3)2
(4) 4.7 × 103 2.8
【詳解】（1）采樣周期為
（2）由圖乙可知開關S1閉合瞬間流經(jīng)電阻R1的電流為15.0mA；
（3）放電結束后電容器兩極板間電壓等于R2兩端電壓，根據(jù)閉合電路歐姆定律得電容器兩極板間電壓為
（4）[1]充電結束后電容器兩端電壓為，故可得
解得
[2]設t = 1s時電容器兩極板間電壓為，得
代入數(shù)值解得
7．（2023·福建·高考真題）某同學用圖（a）所示的電路觀察矩形波頻率對電容器充放電的影響。所用器材有：電源、電壓傳感器、電解電容器C（，），定值電阻R（阻值）、開關S、導線若干。
（1）電解電容器有正、負電極的區(qū)別。根據(jù)圖（a），將圖（b）中的實物連線補充完整 ；

（2）設置電源，讓電源輸出圖（c）所示的矩形波，該矩形波的頻率為 ；

（3）閉合開關S，一段時間后，通過電壓傳感器可觀測到電容器兩端的電壓隨時間周期性變化，結果如圖（d）所示，A、B為實驗圖線上的兩個點。在B點時，電容器處于 狀態(tài)（填“充電”或“放電”）在 點時（填“A”或“B”），通過電阻R的電流更大；
（4）保持矩形波的峰值電壓不變，調(diào)節(jié)其頻率，測得不同頻率下電容器兩端的電壓隨時間變化的情況，并在坐標紙上作出電容器上最大電壓與頻率f關系圖像，如圖（e）所示。當時電容器所帶電荷量的最大值 C（結果保留兩位有效數(shù)字）；

（5）根據(jù)實驗結果可知，電容器在充放電過程中，其所帶的最大電荷量在頻率較低時基本不變，而后隨著頻率的增大逐漸減小。
【答案】 充電 B
【詳解】（1）[1]根據(jù)電路圖連接實物圖，如圖所示
（2）[2]由圖（c）可知周期，所以該矩形波的頻率為
（3）[3][4]由圖（d）可知，B點后電容器兩端的電壓慢慢增大，即電容器處于充電狀態(tài)；從圖中可得出，A點為放電快結束階段，B點為充電開始階段，所以在B點時通過電阻R的電流更大。
（4）[5]由圖（e）可知當時，電容器此時兩端的電壓最大值約為
根據(jù)電容的定義式得此時電容器所帶電荷量的最大值為
8．（2024·重慶·高考真題）探究電容器充放電規(guī)律，實驗裝置如圖甲所示，有電源E，定值電阻R0，電容器C，單刀雙置開關S。

(1)為測量電容器充放電過程電壓U和電流I變化，需在①、②處接入測量儀器，位置②應該接入測 （電流、電壓）儀器。
(2)接通電路并接通開關，當電壓表示數(shù)最大時，電流表示數(shù)為 。
(3)根據(jù)測到數(shù)據(jù)，某過程中電容器兩端電壓U與電流I的關系圖如圖乙所示。該過程為 （充電，放電）。放電過程中電容器兩端電壓U隨時間t變化關系如圖丙所示。0.2s時R0消耗的功率 W。
【答案】(1)電壓
(2)0
(3) 放電 0.32
【詳解】（1）位置②與電容器并聯(lián)，為測電壓儀器。
（2）電壓表示數(shù)最大時，電容器充電完畢，電流表示數(shù)為零。
（3）[1]電容器放電時電壓和電流都減小，圖像逆向分析，該過程為電容器放電過程。
[2]電容器充電完畢后的電壓等于電源電動勢，大小為12V，由題圖丙可知t = 0.2s時電容器兩端電壓為U = 8V，由題圖乙可知當U = 8V時，電流I = 40mA，則電阻R0消耗的功率為
P = 8 × 4 0× 10－3W = 0.32W
9．（2024·海南·高考真題）用如圖a所示的電路觀察電容器的充放電現(xiàn)象，實驗器材有電源E、電容器C、電壓表、電流表、電流傳感器、計算機、定值電阻R、單刀雙擲開關、開關、導線若干
(1)閉合開關，將接1，電壓表示數(shù)增大，最后穩(wěn)定在12.3V。在此過程中，電流表的示數(shù)_____（填選項標號）
A．一直穩(wěn)定在某一數(shù)值
B．先增大，后逐漸減小為零
C．先增大，后穩(wěn)定在某一非零數(shù)值
(2)先后斷開開關、，將電流表更換成電流傳感器，再將接2，此時通過定值電阻R的電流方向 （選填“”或“”），通過傳感器將電流信息傳入計算機，畫出電流隨時間變化的圖像，如圖b，時，圖中M、N區(qū)域面積比為8∶7，可求出 （保留2位有效數(shù)字）。
【答案】(1)B
(2)
【詳解】（1）電容器充電過程中，當電路剛接通后，電流表示數(shù)從0增大某一最大值，后隨著電容器的不斷充電，電路中的充電電流在減小，當充電結束電路穩(wěn)定后，此時電路相當于開路，電流為0。
故選B。
（2）[1]根據(jù)電路圖可知充電結束后電容器上極板帶正電，將接2，電容器放電，此時通過定值電阻R的電流方向；
[2]時可知此時電容器兩端的電壓為
電容器開始放電前兩端電壓為，根據(jù)圖像與橫軸圍成的面積表示放電量可得間的放電量為
后到放電結束間放電量為
根據(jù)題意，解得
10．（2024·浙江·高考真題）在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中，把電阻箱（）、一節(jié)干電池、微安表（量程，零刻度在中間位置）、電容器（、）、單刀雙擲開關組裝成如圖1所示的實驗電路。
（1）把開關S接1，微安表指針迅速向右偏轉后示數(shù)逐漸減小到零：然后把開關S接2，微安表指針偏轉情況是 ；
A．迅速向右偏轉后示數(shù)逐漸減小 B．向右偏轉示數(shù)逐漸增大
C．迅速向左偏轉后示數(shù)逐漸減小 D．向左偏轉示數(shù)逐漸增大
（2）再把電壓表并聯(lián)在電容器兩端，同時觀察電容器充電時電流和電壓變化情況。把開關S接1，微安表指針迅速向右偏轉后示數(shù)逐漸減小到時保持不變；電壓表示數(shù)由零逐漸增大，指針偏轉到如圖2所示位置時保持不變，則電壓表示數(shù)為 V，電壓表的阻值為 （計算結果保留兩位有效數(shù)字）。
【答案】 C 0.50 3.1
【詳解】（1）[1]把開關S接1，電容器充電，電流從右向左流過微安表，微安表指針迅速向右偏轉后示數(shù)逐漸減小到零；把開關S接2，電容器放電，電流從左向右流過微安表，則微安表指針迅速向左偏轉后示數(shù)逐漸減小。
故選C。
（2）[2]由題意可知電壓表應選用0~3V量程，由圖2可知此時分度值為0.1V，需要估讀到0.01V，則讀數(shù)為0.50V。
[3]當微安表示數(shù)穩(wěn)定時，電容器中不再有電流通過，此時干電池、電阻箱、微安表和電壓表構成回路，根據(jù)閉合電路歐姆定律有
根據(jù)串聯(lián)電路規(guī)律有
聯(lián)立可得
11．（2023·全國·高考真題）在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實驗中，所用器材如下：電池、電容器、電阻箱、定值電阻、小燈泡、多用電表、電流表、秒表、單刀雙擲開關以及導線若干。

（1）用多用電表的電壓擋檢測電池的電壓。檢測時，紅表筆應該與電池的 （填“正極”或“負極”）接觸。
（2）某同學設計的實驗電路如圖（a）所示。先將電阻箱的阻值調(diào)為，將單刀雙擲開關S與“1”端相接，記錄電流隨時間的變化。電容器充電完成后，開關S再與“2”端相接，相接后小燈泡亮度變化情況可能是 。（填正確答案標號）
A．迅速變亮，然后亮度趨于穩(wěn)定
B．亮度逐漸增大，然后趨于穩(wěn)定
C．迅速變亮，然后亮度逐漸減小至熄滅
（3）將電阻箱的阻值調(diào)為，再次將開關S與“1”端相接，再次記錄電流隨時間的變化情況。兩次得到的電流I隨時間t變化如圖（b）中曲線所示，其中實線是電阻箱阻值為 （填“R1”或“R2”）時的結果，曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的 （填“電壓”或“電荷量”）。
【答案】 正極 C 電荷量
【詳解】（1）[1]多用電表紅表筆流入電流，黑表筆流出電流，故電流表紅表筆應該與電池的正極接觸；
（2）[2]電容器充電完成后，開始時兩極板電量較多，電勢差較大，當閉合“2”接入小燈泡，回路立即形成電流，燈泡的迅速變亮；隨著時間的積累，兩極板電量變少，電勢差變小，流過燈泡的電流減小，直至兩極板電荷量為零不帶電，則無電流流過小燈泡即熄滅，故選C。
（3）[3]開始充電時兩極板的不帶電，兩極板電勢差為零，設電源內(nèi)阻為r，則開始充電時有
由圖像可知開始充電時實線的電流較小，故電路中的電阻較大，因此電阻箱阻值為；
[4]圖像的物理意義為充電過程中電流隨時間的變化圖線，故曲線與坐標軸所圍面積等于該次充電完成后電容器上的電荷量。
12．（2022·北京·高考真題）如圖所示，真空中平行金屬板M、N之間距離為d，兩板所加的電壓為U。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子從M板由靜止釋放。不計帶電粒子的重力。
（1）求帶電粒子所受的靜電力的大小F；
（2）求帶電粒子到達N板時的速度大小v；
（3）若在帶電粒子運動距離時撤去所加電壓，求該粒子從M板運動到N板經(jīng)歷的時間t。
【答案】（1）；（2）；（3）
【詳解】（1）兩極板間的場強
帶電粒子所受的靜電力
（2）帶電粒子從靜止開始運動到N板的過程，根據(jù)功能關系有
解得
（3）設帶電粒子運動距離時的速度大小為v′，根據(jù)功能關系有
帶電粒子在前距離做勻加速直線運動，后距離做勻速運動，設用時分別為t1、t2，有
，
則該粒子從M板運動到N板經(jīng)歷的時間
考情分析
2024·浙江·高考物理第6題
2024·甘肅·高考物理第7題
2024·廣西·高考物理第12題
2024·遼寧·高考物理第5題
2023·福建·高考物理第13題
2023·全國·新課標高考物理第11題
復習目標
目標1.知道電容器的基本構造，了解電容器的充電、放電過程。
目標2.理解電容的定義及動態(tài)變化規(guī)律。
目標3.掌握帶電粒子在電場中做直線運動的規(guī)律。

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