2027年高考物理一轮复习 突破练习含答案055-课时作业47 电容器 实验：观察电容器的充、放电现象（教用）

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1．（2025·福建福州一模）下列4个图为几种电容式传感器，其中通过改变电容器电介质的相对介电常数而引起电容变化的是（ ）
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】A是通过改变电介质的相对介电常数而引起电容变化的；B是通过改变电容器两极板间距离而引起电容变化的；C、D是通过改变两极板的正对面积而引起电容变化的。故选A。
2．（2025·广东惠州一模）多选 如图所示，用静电计可以测量已充电的平行板电容器两极板之间的电势差U，电容器已带电，则下列判断正确的是（ ）
A. 增大两极板间的距离，静电计指针张角变大
B. 将A板稍微上移，静电计指针张角变大
C. 若将玻璃板插入两极板之间，则静电计指针张角变大
D. 若减小两极板间的距离，则静电计指针张角变小
【答案】ABD
【解析】静电计的原理是电势差U变大（小），指针张角变大（小）。电容器所带电荷量一定，由公式C=εrS4πkd知，当d变大时，C变小，再由C=QU得U变大，指针张角变大，A正确；当A板上移时，极板正对面积S变小，C也变小，U变大，指针张角变大，B正确；当插入玻璃板时，相对介电常数εr增大，C变大，U变小，指针张角变小，C错误；当两极板间的距离减小时，C变大，U变小，指针张角变小，D正确。
3．（2025·江苏卷·9）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，再将该电荷由a移动到b的过程中，电场力做功为（ ）
A. W2B. WC. 2WD. 4W
【答案】A
【解析】设两板间初始电场强度为E，点电荷从a到b沿电场线方向的位移为l，点电荷的电荷量为q，则W=qEl；平行金属板与电源连接，则金属板之间电压U保持不变，板间距离增大为原来的2倍，则电场强度E′=12E，点电荷由a移动到b的过程中电场力做的功W′=qE′l=W2，A正确。
4．（2025·湖北名校联考）如图所示，平行板电容器的上极板带正电且与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地。在两极板间有一固定在P点的负点电荷，以E表示两极板间的电场强度，φ 表示P点的电势，Ep表示该点电荷在P点的电势能，θ 表示静电计指针的偏角。若保持下极板不动，则（ ）
A. 仅上极板向左移，φ 增大B. 仅上极板向下移，E增大
C. 仅上极板向上移，θ 不变D. 仅上极板向右移，Ep增大
【答案】A
【解析】电容器与电源断开，故电荷量不变；仅上极板向左移，S减小，根据C=εrS4πkd可知，电容C减小，则根据C=QU可知，U增大，根据两极板间的电场强度E=Ud，可知电场强度E增大，P点离下极板距离不变，因此P点的电势φ 增大，故A正确；两极板间的电场强度为E=Ud=QCd=4πkQεrS，可知电场强度与板间距无关，仅上极板向下移，电场强度不变，故B错误；电容器与电源断开，故电荷量不变，仅上极板向上移，d增大，根据C=εrS4πkd可知，电容C减小，则根据C=QU可知，U增大，θ 增大，故C错误；电容器与电源断开，故电荷量不变，仅上极板向右移，S减小，根据C=εrS4πkd可知，电容C减小，则根据C=QU可知，U增大，根据两极板间的电场强度E=Ud，可知电场强度E增大，P点离下极板距离不变，因此P点的电势φ 增大，那么负电荷在P点的电势能Ep减小，故D错误。
5．（2025·江西南昌一模）平行板电容器两极板水平放置，与电源、电阻R及开关S组成如图所示的电路，闭合开关，待电容器充电结束后，将一带电油滴置于两板之间，油滴处于静止状态。接着进行三步操作：第一步，断开开关；第二步，将N板向上平移一小段距离；第三步，再闭合开关S。关于三步操作过程及操作后的现象，下列说法正确的是（ ）
A. 第二步操作后，板间的电场强度减小
B. 第二步操作过程中，油滴的电势能不变
C. 第三步操作后，R中有向左的电流
D. 第三步操作后，油滴会向下运动
【答案】C
【解析】第一步，断开开关，则电容器所带电荷量保持不变；第二步，将N板向上平移一小段距离，则板间距离d减小，根据E=Ud=QCd=QεrS4πkdd=4πkQεrS可知板间的电场强度不变，则带电油滴处于静止状态，带电油滴所处位置与N板间距离减小，根据U=Ed可知，带电油滴所处位置与N板间的电势差减小，则带电油滴所处位置电势降低；根据受力平衡可知，带电油滴受到的电场力竖直向上，油滴带负电，所以油滴的电势能增大，故A、B错误。根据C=εrS4πkd、C=QU可知第二步操作后，电容器电容增大，极板间电势差减小，则第三步操作(再闭合开关S)后，电容器再次被充电，R中有向左的电流；随着电容器所带电荷量的增加，板间场强增大，油滴受到的电场力增大，油滴会向上运动，故C正确，D错误。
6．（2025·湖北黄冈一模）电容式位移传感器的示意图如图所示，平行板电容器的两极板和输出电压恒定的电源相连，在电介质板向右移动过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 平行板电容器的电容变小B. 平行板电容器所带电荷量增大
C. 通过电流计的电流方向为b到aD. 平行板间的电场强度变小
【答案】B
【解析】由电容的决定式C=εrS4πkd可知，在电介质板向右移动过程中，由于εr变大，电容C会变大，故A错误；由电路连接情况可知，电容器两端的电压与电源电压相等，即U不变，由电容定义式C=QU变形得Q=CU，U不变，在C增大时，电容器所带电荷量Q增大，电容器充电，通过电流计的电流方向为由a到b，故B正确，C错误；根据E=Ud可知，在电介质板向右移动过程中，由于电容器两板间电压不变，两板间距d不变，因此平行板间的电场强度E不变，故D错误。
7．（2025·山东青岛一模）如图所示，竖直放置的平行板M、N带等量的异种电荷，一个可视为质点的带电小球用绝缘细线悬挂于两板间的O点，小球静止时，悬线与竖直方向的夹角为θ 。保持两板所带电荷量不变，下列判断正确的是（ ）
A. 将M板稍向右平移一些，θ 变大
B. 将M板稍向左平移一些，θ 变大
C. 将M板稍向上平移一些，θ 变大
D. 将M板稍向下平移一些，θ 变小
【答案】C
【解析】根据C=QU，C=εrS4πkd，E=Ud，可得E=4πkQεrS，由于两平行板所带电荷量一定，因此将M板稍向右或稍向左平移一些，板间的电场强度大小不变，小球受到的电场力不变，θ 不变，故A、B错误；将M板稍向上或向下平移一些，两板的正对面积减小，根据E=4πkQεrS可知，两板间的电场强度增大，小球受到的电场力增大，θ 变大，故C正确，D错误。
能力强化练
8．（2025·河北保定一模）多选 如图所示，M、N为导线与平行板电容器的连接点，平行板电容器水平放置，下极板接地，电源两端电压恒定，一油滴恰能静止于平行板的中间P点。若将两极板分别绕过M、N两点的轴在纸面内顺时针转过相同的角度，如图中虚线所示。下列说法正确的是（ ）
A. P点的电势不变
B. 油滴将水平向右做匀加速直线运动
C. 油滴在极板间运动过程中电势能增加
D. 油滴在极板间运动过程中重力势能增加
【答案】AB
【解析】由于电容器始终与电源相连，两极板间的电势差不变，又由于P点仍处于两板的中间，可见P点的电势不变，A正确；设原来两极板间距为d，两极板间的电势差为U，带电油滴处于静止状态，则mg=qUd，当两极板分别绕过M、N两点的轴在纸面内顺时针转过相同的角度θ 后，两极板间距变为d′=dcsθ ，由于电容器始终与电源相连，两极板间的电势差仍为U，故此时极板间的电场强度E′=Udcsθ，电场力在竖直方向的分力F=qE′csθ=qUd=mg，所以带电油滴的合力方向恰好水平向右，故油滴沿水平方向向右做初速度为0的匀加速直线运动，B正确；油滴向右运动过程中电场力做正功，油滴的电势能不断减少，C错误；油滴沿水平方向向右做初速度为0的匀加速直线运动，所处位置的高度不发生变化，故重力势能不变，D错误。
9．（2025·山东菏泽二模）（12分）我国新能源汽车年产量于2014年已突破1 000万辆，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。某同学设计如图甲所示电路，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S1、S2；导线若干。
（1） 闭合开关S1，调节滑动变阻器，将开关S2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0
C. 迅速增大到某一值后逐渐减小到0
D. 先逐渐增大，后逐渐减小至某一非0数值
（2） 调节滑动变阻器，待电压表示数稳定在6V后，将开关S2接2，t=1s时的电流I=0.6mA，图中虚线两侧图像与时间轴围成的面积比为3:1，则t=1s时，电容器两极板间的电压UC=_ _ _ _ V，R0接入电路的阻值为R0=_ _ _ _ Ω 。
（3） 电容器的储能公式为EC=12Uq，上述放电过程电容器释放的电能EC约为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ J（结果保留2位有效数字）。
【答案】（1） C
（2） 1.5；2 500
（3） 4.6×10−3
【解析】
（1） 电容器开始充电的瞬间，其两极板间电压为0，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，电流传感器的示数逐渐减小，当电容器两板间的电压等于其两端所加电压时，电流等于0，此时电容器充电完成，电路达到稳定。故选C。
（2） 设t=0时刻，电容器两极板间的电压为U0，依题意U0=6V，由C=ΔQΔU得ΔQ1U0−UC=ΔQ2UC−0，依题意有ΔQ1ΔQ2=31，解得UC=1.5V；由欧姆定律I=UR得0.6mA=UCR0，解得R0=2500Ω 。
（3） 在I−t图像中，图线与横轴所围的面积表示电容器所释放的电荷量，数出围的面积约有38个小格，每个小格表示q0=4×10−5C，故q=38q0=1.52×10−3C，由EC=12Uq及U=U0=6V，解得EC≈4.6×10−3J。
创新思维练
10．（2025·河北唐山模拟）多选 如图所示的电路中，两金属板沿水平方向放置，并与灵敏电流计G串联后接在电源两端，D是理想二极管。单刀双掷开关S接1时，带电小球刚好静止在两极板间P点，A极板接地。下列说法正确的是（ ）
A. 小球的电势能为负
B. 单刀双掷开关S接1时，仅将A板向上移动少许，则P点的电势会升高
C. 单刀双掷开关S接2时，仅将B板向上移动少许，则小球向上运动，且流过灵敏电流计G的电流方向向右
D. 单刀双掷开关空置，在A、B间插入电介质，则小球向下运动，且电容器两端电压减小
【答案】BD
【解析】单刀双掷开关S接1时，A、B板间电场强度方向竖直向上，带电小球刚好静止在两极板间，则小球所受电场力方向也是竖直向上，故小球带正电，A板接地，电势为0，A、B板间电势都为正，根据电势能Ep=qφ ，可知小球电势能为正，A错误；单刀双掷开关S接1时，电容器两端的电压U不变，仅将A板向上移动少许，板间距离变大，则电场强度E变小，B板与P点间电势差UBP=EdBP减小，可知φP升高，B正确；单刀双掷开关S接2时，仅将B板向上移动少许，板间距离变小，C变大，电容器应充电，但是由于二极管的单向导电性，电容器的电荷量不变，板间电场强度大小不变，小球仍保持静止，C错误；单刀双掷开关S空置，电容器电荷量不变，插入电介质，电容变大，由C=QU可知电容器两端电压减小，极板之间的电场强度E=Ud，d不变，则E减小，小球向下运动，D正确。