2027年高考物理一轮复习学案练习含答案09-第九章 静电场04-第3讲 电容器 实验_观察电容器的充、放电现象（教用）

这是一份2027年高考物理一轮复习学案练习含答案09-第九章 静电场04-第3讲 电容器 实验_观察电容器的充、放电现象（教用），共16页。试卷主要包含了电容器，平行板电容器的动态分析，实验等内容，欢迎下载使用。
课标要求
观察常见的电容器，了解电容器的电容，观察电容器的充、放电现象；能举例说明电容器的应用；通过实验观察电容器的充、放电现象。
考点一 电容器 电容
回归教材 强基础
1．电容器
（1） 组成：由两个彼此_ _ _ _ 又相互_ _ _ _ 的导体组成。
（2） 电容器所带电荷量：是指一个极板所带电荷量的_ _ _ _ _ _ 。
（3） 电容器的充、放电
a.充电：使电容器两极板带上等量_ _ _ _ _ _ _ _ 的过程，电容器中储存_ _ _ _ 能。
b.放电：使充电后的电容器两极板上的电荷中和的过程。放电过程中_ _ _ _ 能转化为其他形式的能。
【答案】（1） 绝缘；靠近
（2） 绝对值
（3） 异种电荷；电场；电场
2．电容
（1）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，叫作电容器的电容。
（2）定义式：C=_ _ _ _ _ _ 。推论：C=ΔQΔU。
（3）单位：法拉（F），1F=_ _ _ _ _ _ _ _ μF= _ _ _ _ _ _ _ _ pF。
（4）物理意义：表示电容器_ _ _ _ _ _ _ _ 的特性。
（5）决定因素：电容C的大小由电容器本身结构（大小、形状、两极板相对位置及电介质）决定，与电容器是否带电及所带电荷量（或两端所加电压）无关。
【答案】QU； 106； 1012； 储存电荷
3．常用电容器：从构造上看，可分为_ _ _ _ 电容器和_ _ _ _ 电容器。
【答案】固定； 可变
4．击穿电压与额定电压：加在电容器两极板上的电压不能超过某一限度，超过这个限度，_ _ _ _ _ _ 将被击穿，电容器损坏，这个极限电压叫作击穿电压；电容器外壳上标的电压是_ _ _ _ 电压，或称额定电压，这个数值比击穿电压_ _ _ _ 。
【答案】电介质； 工作； 低
易错辨析
1．电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和。（ ）
【答案】×
2．电容器的电容与电容器所带电荷量成正比。（ ）
【答案】×
3．标有“1.5μF，9V”规格的电容器，其所带电荷量一定为1.35×10−5C。（ ）
【答案】×
突破核心 提能力
例1 （2024·甘肃卷·7，4分）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
【答案】C
【解析】充电过程中，根据电容的定义式C=QU可知，随着电容器带电荷量的增加，电容器两极板间电势差增加，充电电流减小，A错误。根据电路图可知，充电过程中，上极板带正电荷，负电荷移动到电容器的下极板，负电荷从M点流向N点，所以流过电阻R的电流由N点流向M点，B错误。放电过程中，电容器两极板带电荷量减少，电容器两极板间电势差减小，放电电流减小，C正确。电容器的上极板带正电荷，下极板带负电荷，放电过程中，流过电阻R的电流由M点流向N点，D错误。
考点二 平行板电容器的动态分析
回归教材 强基础
1．平行板电容器的电容
（1） 影响因素：平行板电容器的电容与极板的_ _ _ _ _ _ _ _ 成正比，与两极板间电介质的_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 成正比，与_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 成反比。
（2） 决定式：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ，k为静电力常量。
【答案】（1） 正对面积；相对介电常数；极板间的距离
（2） C=εrS4πkd
2.平行板电容器动态分析的思路
点拨 在平行板电容器两板间插入电介质，例如云母片，相当于εr 增大；加入与极板等大的导体板，相当于d 减小。
突破核心 提能力
例2 （2024·浙江6月选考卷·6，3分）图示是“研究电容器两极板间距对电容大小的影响”实验，保持电荷量不变，当极板间距增大时，静电计指针张角增大，则（ ）
A. 极板间电势差减小B. 电容器的电容增大
C. 极板间电场强度增大D. 电容器储存能量增大
【答案】D
【解析】由电容的决定式C=εrS4πkd可得，当两极板间距d增大时，电容器的电容C减小，B错误；由于电荷量Q不变，由C=QU可得极板间电势差U增大，A错误；由E=Ud=QCd=4πkQεrS可得极板间电场强度E不变，C错误；增大极板间距，需要克服电场力做功，由功能关系知，电容器储存能量增大，D正确。
例3 （2025· 黑吉辽蒙卷·4，4分）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犰狳设计的，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.
【答案】D
【解析】将该电容器充电后断开电源，则电容器极板上的电荷量Q保持不变，根据平行板电容器的电容C=εrS4πkd，电容的定义式C=QU，联立解得U=4πkdQεrS，由于其他物理量不变，故U正比于d，F较小时，极板间距d容易减小，则U容易减小；F较大时，d难以减小，则U难以减小，D正确。
考点三 实验：观察电容器的充、放电现象
一、实验目的
1.观察电容器的充、放电现象；
2.掌握应用计算机及传感器采集数据信息。
二、实验原理
1．电容器的充电过程
如图甲所示，当开关S接1时，电容器接通电源，在电场力的作用下自由电子从正极板经过电源向负极板移动，正极板因_ _ _ _ 电子而带正电，负极板因获得电子而带_ _ _ _ 电。正、负极板带_ _ _ _ 的正、负电荷。电子在移动的过程中形成电流。
在充电开始时电流比较_ _ _ _ （选填“大”或“小”），以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐_ _ _ _ （选填“增大”或“减小”），当电容器两极板间电压等于电源电动势时电荷停止移动，电流I=0。
甲
【答案】失去； 负； 等量； 大； 减小
2．电容器的放电过程
如图乙所示，当开关S接2时，相当于将电容器的两极板直接用导线连接起来，电容器正、负极板上电荷发生_ _ _ _ ，在电子移动过程中，形成电流。
放电开始时电流较_ _ _ _ （选填“大”或“小”），随着两极板上的电荷量逐渐减小，电路中的电流逐渐_ _ _ _ （选填“增大”或“减小”），两极板间的电压也逐渐减小到0。
乙
【答案】中和； 大； 减小
三、实验步骤
1.按图丙连接好电路。
丙
2.把单刀双掷开关S与触点1连通，观察电容器的充电现象，并将结果记录在表格中。
3.将单刀双掷开关S与触点2连通，观察电容器的放电现象，并将结果记录在表格中。
4.记录好实验结果，关闭电源。
四、数据处理
1.在I−t图中画出一个如图丁所示竖立的狭长矩形（Δt很小），它的面积的物理意义是在Δt时间内通过电流表的电荷量。整个图像与横轴所围的面积的物理意义是整个充电或放电时间内通过电流表的电荷量，也等于充满电后或放电开始时电容器极板上的电荷量。
丁
2.估算电容器充电或放电过程中电荷量的方法是：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面积中的方格数（大于半格的按一个方格计算，小于半格的舍去），则电容器充电或放电过程中的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=QU估算出电容器的电容C。
五、注意事项
1.电流表要选用小量程的灵敏电流计。
2.要选择大容量的电容器。
3.实验要在干燥的环境中进行。
例4 （2025·湖北武汉调考）某同学用如图甲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V（可视为理想电压表），定值电阻R，电流传感器（不考虑内阻），计算机，单刀双掷开关S，导线若干。
甲
（1） 将S接1，电压表示数逐渐增大，最后稳定在8V。在此过程中，电流传感器的示数_ _ _ _ 。
A. 一直稳定在某一数值
B. 由某一数值逐渐减小为0
C. 先逐渐增大，后逐渐减小为0
D. 先逐渐增大，后逐渐减小至某一非0数值
（2） 电容器充电完成后，电容器_ _ _ _ 极板带正电（选填“上”或“下”），再将S接2，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，如图乙所示，t=1.2s时，I=1.0mA，图中两阴影部分的面积之比为S1:S2=3:2，则t=1.2s时，电容器两极板间电压UC=_ _ _ _ V，电阻R=_ _ _ _ kΩ 。（结果均保留2位有效数字）
乙
（3） 图乙中t=1.2s时刻，图线切线的斜率大小为k=0.781mA/s，由此可计算电容器的电容C=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ F。（结果保留2位有效数字）
【答案】（1） B
（2） 上；3.2；3.2
（3） 4.0×10−4
【解析】
（1） 电容器充电过程中，当电路刚接通后，电流传感器示数从0迅速增大到某一最大值，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。故选B。
（2） 根据图甲可知充电结束后电容器上极板带正电；t=1.2s时，I=1.0mA，此时电容器两端的电压为UC=IR，电容器开始放电前两端电压为8V，根据I−t图像与横轴围成的面积表示电荷量，结合电容的定义式C=QU，有Q18V−UC=Q2UC，根据题意Q1Q2=S1S2=32，解得R=3.2kΩ ，UC=3.2V。
（3） 电容器的电容C=ΔQΔU=IΔtΔIR=IΔIΔtR=IkR，代入数据解得C≈4.0×10−4F。
总结归纳
由电容器充（放）电的I−t图像可得到的结论
（1）电容器的充、放电过程中，电流都随时间越来越小，电路稳定时电流为0。
（2）电容器在全部充电（或放电）过程中储存（或释放）的电荷量可用I−t 图线与时间轴所围图形的面积表示。
（3）电容器的电容可根据电容器充、放电过程中I−t 图线与时间轴所围图形的面积和电容器充电结束或放电开始时两极板间的电势差计算，即C=QU。
（4）电容器充、放电过程中的最大电流（即I−t 图像中t=0 时刻的电流）：Im=UR，其中U 是电容器充电结束或放电开始时两极板间的电势差，R是充电电路或放电电路中除电容器外其他通路部分的总电阻。
温馨提示 请完成《分层突破训练》课时作业47