2026版《全品高考》选考复习方案物理04 第24讲　电容器　实验：观察电容器的充、放电现象　带电粒子在电场中的直线运动 【答案】附录二答案

《全品选考复习方案》2026版《全品高考》选考复习方案物理04第24讲电容器实验：观察电容器的充、放电现象带电粒子在电场中的直线运动【答案】附录二答案第24讲电容器实验:观察电容器的充、放电现象带电粒子在电场中的直线运动考点一【必备知识】1.(1)绝缘(2)绝对值(3)①异种电荷②电场能2.(1)电荷量电势差(3)1061012(4)容纳电荷(5)无关3.(1)正对面积相对介电常数两板间的距离(2)ε【辨别明理】1.×2.×3.×考点三【必备知识】2.(1)qEd(2)qU【辨别明理】1.×2.√3.×第24讲电容器实验:观察电容器的充、放电现象带电粒子在电场中的直线运动例1B[解析]该电容器所带电荷量在放电过程中逐渐减小,根据C=QU可知电压也在逐渐减小,所以电流逐渐减小,故A错误;充电至10kV时电容器带的电荷量为Q=CU=0.14C,故这次放电过程中有0.14C的电荷量通过人体组织,故B正确;电容器充电过程中,电容器的电容C不随电压而改变,仍然为14μF,故C错误;人体为导体,故D错误例2AB[解析]当S保持接通时,将M板下移一小段距离,则两板间距减小,根据C=εrS4πkd可知,电容增大,因电压不变,根据Q=CU可知,M板带的电荷量增加,根据E=Ud可知,场强增大,由于UNP=EdNP,N与P点之间的距离不变,所以N与P点之间的电势差增大,则P点的电势升高,故A、B正确;将S接通后再断开,则电荷量Q不变,若将N板向下移动,则两板间距增大,根据E=Ud=4πkQεrS可知,场强不变,由于UNP=EdNP,N与P点之间的距离变大,所以N与P点之间的电势差增大,P点的电势升高,根据Ep=qφ可知,负点电荷在P例3(1)如图所示(2)8.3×10-4(3)B[解析](1)根据电路图连接实物图,如图所示.(2)电容器放电时,根据公式q=It可知,在I⁃t图像中,图线与横坐标围成的面积表示通过电荷量的多少,由图丙可知图线与坐标轴围成的面积为31个小格,则电容器开始放电时所带的电荷量为q=31×0.2×10-3×0.4C=2.48×10-3C,由电容的定义式C=qU可知,电容器的电容约为C=qU=2.48×10-33F=8(3)对同一电容器进行两次充电,因为最大电荷量q不变,曲线②对应的充电时间长,则电流小,根据欧姆定律I=UR可知,曲线②对应电路中电阻箱的阻值较大,故A错误,B正确;根据q=CU可知最大电荷量q不变、电容C不变,故曲线①②对应电路中的电源输出电压相同,故C、D错误例4B[解析]金属板的电场线由C指向D,沿着电场线电势逐渐降低,设定C板电势为0,则A点的电势为φA=-23E,电子在A点的电势能为EpA=23eE,故A错误;闭合开关,一段时间后再断开开关,则电容器的电荷量Q不变,根据电容的定义式和决定式有C=QU,C=εrS4πkd,联立解得U=4πkdQεrS,从C板发射一电子,恰能运动到A点后再返回,则有Ek0=EpA',所以若要让电子能够到达D板,可将D板向左平移至A点或A点左侧某位置,若闭合开关,再将D板向右平移,则电子无法到达D板例5B[解析]带电小球静止时的受力分析如图所示,由平衡条件可得qEcos60°=Fcos60°,qEsin60°+Fsin60°=mg,联立解得E=3×105N/C,选项C错误;剪断细线后,重力与电场力的合力和F方向相反,由几何关系得ACMC=tan30°,因此MC=103cm,选项A错误;电阻R在电路中并不能影响两平行板之间的电势差,即减小电阻R,不会改变MC的距离,选项D错误;剪断细线,电场力对小球做负功,小球的电势能增加,ΔEp=-W=Eq(d-lsin30°)=343×10-4J,选项B例6CD[解析]设第1s内粒子的加速度为a1,第2s内的加速度为a2,由a=qEm,可知a2=2a1,所以粒子第1s内向负方向运动,1.5s末粒子的速度减小为零,然后向正方向运动,至3s末回到原出发点,粒子的速度又减小为零,v⁃t图像如图所示,由动能定理可知,0~3s内电场力做的总功为零,选项A、B错误,C、D正确第24讲电容器实验:观察电容器的充、放电现象带电粒子在电场中的直线运动1.C[解析]结合公式C=QU、U=Ed、E=Fq、F=ma和q=It可求出F用国际单位制基本单位可表示为A22.D[解析]静电计指针张角增大,说明极板间电势差增大,A错误;由C=εrS4πkd可知,当极板间距增大时,电容器的电容减小,B错误;极板间电场强度E=Ud=QCd=4πkQεrS,与Q有关,但与d无关,由于电荷量不变,则极板间电场强度不变,C3.C[解析]若导电溶液高度增加,相当于正对面积增加,由C=εrS4πkd,可知电容增大,故A错误;导电溶液高度减小,电容器正对面积减小,由C=εrS4πkd,可知电容减小,但电压不变,故B错误;刮去塑料桶外表面部分涂层,电容器正对面积减小,由C=εrS4πkd,可知电容减小,连接电源,电压不变,由C=4.D[解析]根据动能定理得qU=12mv2,到达Q板的速率为v=2qUm,可知到达Q板的速率只与加速电压有关,与板间距离无关,故A错误;根据运动学公式d=12at2,由牛顿第二定律a=qUmd,可知两板间距离越大,加速的时间越长,加速度越小,故B、C错误;到达Q板的速率为v=2qUm,若加速电压U、与电荷量q均变为原来的2倍,则到达Q板的速率变为原来的2倍5.A[解析]由于电压在一段时间内是常数,所以电场强度也是常数,带电粒子受到的电场力也是常数,根据牛顿第二定律F=ma,可知带电粒子的加速度也是常数;带电粒子匀加速运动一段时间后,电压反向,电场力也反向,该粒子做匀减速直线运动.由于加、减速时间相同,该粒子的速度恰好减为零,没有反向运动的机会,下一周期又开始匀加速.6.C[解析]由甲图可知,增大溶液浓度,溶液的相对介电常数εr减小,故A错误;根据C=εrS4πkd,可知电容器的电容减小,故B错误;根据C=QU,可知极板上电压保持不变,电容器所带的电荷量将减小,故C正确;综上所述,溶液浓度增大过程中,电容器处于放电状态,电流方向为M→N,7.D[解析]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,选项A错误;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5×105C,可知地面带电荷量约为5×105C,选项B错误;根据电容器的定义式C=QU可知,地面和大气电离层组成的电容器的电容约为C=QU=5×105300×103F=53F,故C错误;根据E=Ud可知图像的斜率代表电场的倒数,高度8.D[解析]由O点静止释放的电子恰好能运动到P点,表明电子在薄板A、B之间做加速运动,电场力做正功,电场方向向左,在薄板B、C之间做减速运动,电场力做负功,电场方向向右,到达P点时速度恰好为0,之后,电子向左加速至M点,再向左减速至O点速度为0,之后重复先前的运动,根据动能定理有-eUOM-eUMP=0,解得UMP=-UOM=UMO,根据C=QU=εrS4πkd,当C板向左平移到P'点,B、C间距减小,B、C之间电压减小,则有UMP=UMO>UMP',结合上述有-eUOM-eUMP'>0可知,电子减速运动到P'的速度不等于0,9.A[解析]因为小球在匀强电场区Ⅰ、Ⅱ之间的运动是匀加速运动,其末速度与其进入匀强电场区Ⅰ的初速度相等,由于匀强电场区Ⅰ的高与Ⅰ、Ⅱ之间的间距均为h,且在匀强电场区Ⅰ中一定做匀变速运动,所以带电小球在匀强电场区Ⅰ中做匀减速运动,加速度大小等于重力加速度,根据F-mg=ma可知静电力为重力的2倍,运动过程与在Ⅰ、Ⅱ之间的运动具有对称性,穿过电场Ⅰ的时间等于在两电场之间的运动时间,所以A正确,B错误;由于静电力为重力的2倍,所以经过两个电场区域,电势能增加ΔEp=2×2mgh=4mgh,选项C、D错误.10.(1)逐渐增大竖直向下(2)0.11[解析](1)设细线与竖直方向夹角为θ,沙桶匀速上升,2FTcosθ=Mg.当θ逐渐增大时,FT逐渐增大,沙桶上升到最高点B然后下落,在最高点的加速度方向竖直向下.(2)沙桶从开始运动到静止上升高度为8.4cm,机械能增加量为Mgh=0.136×9.8×0.084J=0.11J.11.(1)3.36×10-35.6×10-4(2)变长不变[解析](1)I⁃t图像与横坐标所围几何图形的面积表示电荷量,则放电过程中,通过定值电阻R的电荷量为Q=42×0.2×10-3×0.4C=3.36×10-3C,根据电容器电容的定义式有C=QU,解得C=5.6×10-4F(2)充电时,电容器极板所带电荷量不变,若仅将定值电阻换用更大阻值的电阻重新实验,放电时的最大电流减小,可知电容器放电的时间会变长;根据电容器电容的定义式有C=Q1U1=Q2U2=ΔQ12.C[解析]各金属圆筒分别为等势体,其内部无电场,质子在各金属圆筒中不受电场力,做匀速直线运动,故A错误;质子进入第n个圆筒时,经过n次加速,根据动能定理有neU0=12mvn2-0,解得vn=2neU0m,故B错误;只有质子在每个圆筒中匀速运动的时间为T2时,才能保证每次在缝隙中都被电场加速,故D错误;第n个圆筒的长度Ln=vn·T2=2neU0mT2第24讲电容器实验:观察电容器的充、放电现象带电粒子在电场中的直线运动考点一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中,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(1)定义:电容器所带的与电容器两极板之间的之比.

(2)定义式:C=QU(3)单位:法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF).1F=μF=pF.

(4)意义:表示电容器本领的高低.

(5)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电压.

3.平行板电容器的电容(1)决定因素:、、.

(2)决定式:C=.

【辨别明理】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.()2.放电后电容器的电荷量为零,电容为零.()3.使电容器带电的过程中,正电荷由正极板移动到负极板并与负电荷中和.()例1[2024·丽水模拟]心脏除颤器的工作原理是向储能电容器充电,使电容器获得一定的储能,对心颤患者皮肤上的两个电极板放电,让一部分电荷通过心脏,刺激心颤患者的心脏,使之恢复正常跳动.如图所示是一次心脏除颤器的模拟治疗,该心脏除颤器的电容器电容为14μF,充电至10kV的电压,某次电容器在2ms时间内完成放电,放电结束时电容器两极板间的电势差减为零.下列说法正确的是()A.这次放电过程中通过人体组织的电流恒为70AB.这次放电有0.14C的电荷量通过人体组织C.若充电至5kV,则该电容器的电容为7μFD.人体起到绝缘电介质的作用例2(多选)[2024·舟山模拟]如图所示,两平行金属板M、N与电源相连,N板接地,在距两板等距离的P点固定一个带负电的点电荷.下列说法正确的是()A.若保持S接通,将M板下移一小段距离,则M板带的电荷量增加B.若保持S接通,将M板下移一小段距离,则P点的电势升高C.若将S接通后再断开,将N板下移一小段距离,则两板间场强增大D.若将S接通后再断开,将N板下移一小段距离,则点电荷在P点的电势能保持不变【技法点拨】分析比较的思路

(1)先确定是Q不变还是U不变:若电容器保持与电源连接,则U不变;若电容器充电后与电源断开,则Q不变.

(2)用决定式C=εrS4πkd确定电容器电容的变化.

(3)用定义式C=QU判定电容器所带电荷量Q或两极板间电压U的变化.

(4)电压不变时,用E=Ud分析电容器极板间电场强度的变化;电荷量不变时,用考点二实验:观察电容器的充、放电现象1.实验目的:观察电容器在充、放电时电路中的电流情况,观察充、放电过程中电容器两极板的电压情况,以形成对充、放电过程的正确认识.2.实验原理:电流和电压是无法用肉眼直接看到的,本实验借助电流表和电压表,根据电流表的读数,判断充、放电过程电路中电流的方向和大小变化情况;根据电压表的读数,判断电容器两极板电势差在充、放电过程中的变化情况.电路原理图如图所示.3.实验步骤:(1)按图连接好电路.(2)把单刀双掷开关S打在上面,使触点1和触点2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打在下面,使触点3和触点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.4.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3[2024·温州模拟]某同学用图甲所示电路观察电容器的充、放电现象.现提供如下实验器材:电源E、电容器C、电阻箱R、毫安表G、单刀双掷开关S和导线若干.(1)根据图甲电路在图乙中用笔画线代替导线将实物电路连接完整.(2)用电流传感器替换毫安表,测出电路中的电流随时间变化的图像如图丙所示,电源输出电压为3V,则电容器的电容约为F.(保留2位有效数字)

(3)现通过改变电路某一元件的参数对同一电容器进行两次充电,得到q⁃t图像如丁中①②所示,下列说法正确的是.

A.曲线①对应电路中电阻箱的阻值较大B.曲线②对应电路中电阻箱的阻值较大C.曲线①对应电路中电源输出电压较小D.曲线②对应电路中电源输出电压较小[反思感悟]

考点三带电粒子在电场中的直线运动1.带电粒子在匀强电场中做直线运动的条件(1)如果带电粒子所受合力F合=0,粒子将做匀速直线运动或静止.(2)如果带电粒子所受合力F合≠0,且合力方向与初速度方向在同一条直线上,粒子将做匀加速直线运动或匀减速直线运动.2.带电粒子在电场中做直线运动的解决方法(1)在匀强电场中,W==qU=12mv2-12m(2)在非匀强电场中,W==12mv2-12m【辨别明理】1.带电粒子在匀强电场中只能做类平抛运动.()2.带电粒子只受电场力时,也可以做匀速圆周运动.()3.带电粒子在电场中运动时,重力一定可以忽略不计.()考向一不考虑重力的情况例4[2024·嘉兴模拟]一对平行正对的金属板C、D接入如图所示的电路中,电源电动势为E,C板固定,D板可左右平行移动,闭合开关,一段时间后再断开开关,从C板发射一电子,恰能运动到A点后再返回,已知A到D板的距离是板间距离的三分之一,电子质量为m,电荷量为-e,忽略电子的重力,则()A.设定C板电势为0,电子在A点的电势能为-23B.若要让电子能够到达D板,可将D板向左平移至A点或A点左侧某位置C.若要让电子能够到达D板,可将D板向右平移至某位置D.若要让电子能够到达D板,可闭合开关,再将D板向右平移至某位置考向二考虑重力的情况例5[2023·浙江6月选考]AB、CD两块正对的平行金属板与水平面成30°角固定,竖直截面如图所示.两板间距为10cm,电荷量为1.0×10-8C、质量为3.0×10-4kg的小球用长为5cm的绝缘细线悬挂于A点.闭合开关S,小球静止时,细线与AB板夹角为30°;剪断细线,小球运动到CD板上的M点(未标出),g取10m/s2,则()A.MC距离为53cmB.电势能增加了343×10-4C.电场强度大小为3×104N/CD.减小R的阻值,MC的距离将变大[反思感悟]

考向三带电粒子在交变电场中的直线运动1.常见的交变电场常见的产生交变电场的电压波形有方形波、锯齿波、正弦波等.2.常见的题目类型(1)粒子做单向直线运动.(2)粒子做往复运动.3.解题技巧(1)按周期性分段研究.(2)将电学图像转换成力学图像和运动学图像.φ⁃t图像U⁃t图像E例6(多选)[2024·绍兴模拟]匀强电场的电场强度E随时间t变化的图像如图所示.当t=0时,在此匀强电场中由静止释放一个带电粒子,设带电粒子只受电场力的作用,则下列说法正确的是()A.带电粒子将始终向同一个方向运动B.2s末带电粒子回到原出发点C.3s末带电粒子的速度为零D.0~3s内,电场力做的总功为零[反思感悟]

第24讲电容器实验:观察电容器的充、放电现象带电粒子在电场中的直线运动(限时40分钟)1.[2024·杭州模拟]超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置,它既具有电容器快速充放电的特性,同时又具有电池的储能特性.则电容的单位F用国际单位制基本单位表示为()A.A2·sC.A2·s42.[2024·浙江6月选考]如图所示是“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3.[2024·绍兴模拟]如图所示,圆形绝缘塑料桶外表面有一圈导电涂层,桶内装有导电溶液,导电涂层与导电溶液靠近且相互绝缘即构成电容器.导电涂层、溶液与恒压电源的两极相连(图中未画出),下列说法正确的是()A.若导电溶液高度增加,电容器电容减小B.若导电溶液高度减小,电容器电压减小C.刮去塑料桶外表面部分涂层,电容器电荷量减小D.刮去塑料桶外表面部分涂层,电容器电压增大4.[2024·宁波模拟]如图,在P板附近有电荷(不计重力)由静止开始向Q板运动,则以下解释正确的是()A.到达Q板的速率与板间距离和加速电压两个因素有关B.电压一定时,两板间距离越大,加速的时间越短,加速度越小C.电压一定时,两板间距离越大,加速的时间越长,加速度越大D.若加速电压U与电荷量q均变为原来的2倍,则到达Q板的速率变为原来的2倍5.平行板间加如图所示周期性变化的电压,重力不计的带电粒子静止在平行板中央,从t=0时刻开始将其释放,运动过程无碰板情况,能定性描述粒子运动的速度图像正确的是()ABCD6.[2024·舟山模拟]某种不导电溶液的相对介电常数εr与浓度Cm的关系曲线如图甲所示,将平行板电容器的两极板全部插入该溶液中,并与恒压电源、电流表等构成如图乙所示的电路,闭合开关S,电路稳定后,若增大溶液浓度,则()A.溶液的相对介电常数εr增大B.电容器的电容增大C.电容器所带的电荷量减小D.溶液浓度增大过程中电流方向为N→M7.[2024·丽水模拟]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5×105C,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h处的电势φ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.地面带电荷量约为2.5×105CC.地面和大气电离层组成的电容器电容值约为0.6FD.高度h越大,大气电场强度越小8.[2024·金华模拟]如图所示,三块平行放置的带电金属薄板A、B、C中央各有一小孔,小孔分别位于O、M、P点,由O点静止释放的电子恰好能运动到P点,现将C板向左平移到图中虚线位置,则由O点静止释放的电子()A.运动到P点返回B.运动到P和P'点之间返回C.运动到P'点返回D.穿过P'点后继续运动9.如图所示,矩形匀强电场区Ⅰ、Ⅱ的高和间距均为h,上面为Ⅰ、下面为Ⅱ,电场强度方向在竖直平面内,电场强度大小为E.质量为m的带电小球由静止释放,进入电场Ⅰ和Ⅱ时的速度相等,空气阻力不计,重力加速度为g,则()A.刚进入电场Ⅰ时加速度方向竖直向上B.穿过电场Ⅰ的时间大于在两电场之间的运动时间C.穿过两电场后小球的电势能增加了3mghD.穿过两电场后小球的电势能增加2mgh10.[2024·重庆卷]元代王祯《农书》记载了一种人力汲水灌田农具——戽斗.某兴趣小组对戽斗汲水工作情况进行模型化处理,设计了如图甲所示实验,探究戽斗在竖