第4讲 电容器 实验10:观察电容器的充、放电现象
■目标要求
1.了解电容器的充、放电过程,会计算电容器充、放电电荷量。2.掌握电容的定义式和平行板电容器电容的决定式,会分析电容器的动态变化问题。
考点1 电容器和电容
必|备|知|识
1.电容器。
(1)组成:两个彼此 且又 的导体组成电容器,电容器可以容纳 。
(2)所带电荷量:一个极板所带电荷量的 。两极板所带电荷量 。
(3)充、放电。
①充电:把电容器接在电源上后,电容器两个极板分别带上等量异号电荷的过程,充电后两极间存在 ,电容器储存了 。
②放电:用导线将充电后电容器的两极板接通,极板上电荷 的过程,放电后的两极板间不再有 ,同时电场能转化为其他形式的能。
2.电容。
(1)定义:电容器所带的 与两极板间 的比值。
(2)公式:C=。
(3)物理意义:表示电容器容纳电荷本领大小。
(4)单位: ,符号 ,与其他单位间的换算关系:1 F= μF= pF。
3.平行板电容器。
(1)平行板电容器的电容。
平行板电容器的电容与平行板正对面积S、电介质的介电常数εr成正比,与极板间距离d成反比,即C=。
(2)电容器的两种情况。
①电容器始终与电源相连时,电容器两极板电势差U保持不变。
②电容器充电后与电源断开时,电容器所带电荷量Q保持不变。
(1)电容器的带电荷量等于两个极板所带电荷量绝对值的和()
(2)电容器的电容与所带电荷量成正比,与电压成反比()
(3)电容器放电后,带电荷量为零,电容也为零()
关|键|能|力
考向1 电容的理解
【典例1】
如图是一个电解电容器,由标注的参数可知( )
A.电容器的击穿电压为100 V
B.当电容器的电压低于100 V时,电容器无法工作
C.给电容器加50 V电压时,电容器的电容为110 μF
D.电容器允许容纳的最大电荷量为0.022 C
考向2 平行板电容器的动态分析
【典例2】 一平行板电容器两极板之间充满云母介质,接在恒压直流电源上。若将云母介质移出,则电容器( )
A.极板上的电荷量变大,极板间电场强度变大
B.极板上的电荷量变小,极板间电场强度变大
C.极板上的电荷量变大,极板间电场强度不变
D.极板上的电荷量变小,极板间电场强度不变
【典例3】 (2024·浙江卷)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
平行板电容器动态问题的分析思路
考向3 与电容器有关的STSE问题
【典例4】 (多选)手机中运动步数的测量是通过手机内电容式加速度传感器实现的,如图所示,M极板固定,当手机的加速度变化时,N极板只能按图中标识的“前后”方向运动。图中R为定值电阻。下列对传感器描述正确的是( )
A.静止时,电流表示数为零,且电容器两极板不带电
B.电路中的电流表示数越大,说明手机“前后”方向的加速度越大
C.由静止突然向后加速时,电容器的电容会减小
D.由静止突然向前加速时,电流由b向a流过电流表
考点2 实验:观察电容器的充、放电现象
必|备|知|识
1.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,在静电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 电,负极板因 电子而带 电。正、负极板带等量的正、负电荷,电荷在移动的过程中形成电流。
在充电开始时电流比较 (填“大”或“小”),以后随着极板上电荷的增多,电流逐渐 (填“增大”或“减小”),当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止定向移动,电流I=0。
甲观察电容器的充电 乙观察电容器的放电
(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。
在放电开始时电流比较 (填“大”或“小”),随着两极板上电荷量逐渐减少,电路中电流逐渐 (填“增大”或“减小”),两极板间电压也逐渐减小到零。
2.实验器材。
6 V的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、小灯泡、导线若干。
3.实验步骤。
(1)按图连接好电路。
(2)把单刀双掷开关S接1,接通电源,观察小灯泡的亮度、电流表A1的读数、电压表V的读数变化情况,并记录结果。
(3)将单刀双掷开关S接2,观察小灯泡的亮度、电流表A2的读数、电压表V的读数变化情况,并记录结果。
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。
(4)在做放电实验时,在电路中串联一个电阻,以免烧坏电流表。
关|键|能|力
考向1 电容器充、放电现象的定性分析
【典例5】
由直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成如图所示的实验电路。
(1)把开关S接1,此时给电容器充电,电容器的上极板带上正电荷,在该过程中,可以看到电流表指针会偏转,电压表示数逐渐 (填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)把开关S接2,此时电容器放电。在放电过程中,极板间的电场强度 (填“变大”“变小”或“不变”),定值电阻R中有 (填“a经R流向b”或“b经R流向a”)方向的电流。
考向2 电容器充、放电现象的定量计算
【典例6】 (2023·新课标卷)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 (填“正极”或“负极”)接触。
(2)某同学设计的实验电路如图甲所示。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 (填选项字母)。
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变化如图乙中曲线所示,其中实线是电阻箱阻值为 (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 (填“电压”或“电荷量”)。
甲 乙
第4讲 电容器
实验10:观察电容器的充、放电现象
考点1
必备知识
1.(1)绝缘 相距很近 电荷 (2)绝对值 相等 (3)①电场 电场能 ②中和 电场
2.(1)电荷量 电势差 (4)法拉 F 106 1012
微点辨析 (1)× (2)× (3)×
关键能力
【典例1】 D 解析 电容器的额定电压为100 V,低于100 V时也可以工作,A、B两项错误;电容只与电容器本身有关,给电容器加50 V电压时,电容器的电容为220 μF,C项错误;根据C=,代入数据得电容器允许容纳的最大电荷量为0.022 C,D项正确。
【典例2】 D 解析 由C=可知,当云母介质移出时,εr变小,电容器的电容C变小;因为电容器接在恒压直流电源上,故U不变,根据Q=CU可知,当C减小时,Q减小,由于U与d都不变,再由E=知电场强度E不变,D项正确。
【典例3】 D 解析 根据Q=CU,C=可得当极板间距增大时电容减小,由于电容器的带电量不变,故极板间电势差增大,A、B两项错误;根据E=得E=,场强不变,C项错误;移动极板的过程中要克服电场力做功,故电容器储存能量增大,D项正确。
【典例4】 BD 解析 静止时,N板不动,电容器的电容不变,电容器电荷量不变,则电流表示数为零,电容器保持与电源相连,两极板带电,A项错误;由静止突然向后加速时,N板相对向前移动,则板间距减小,根据C=知电容C增大,C项错误;由静止突然向前加速时,N板相对向后移动,则板间距增大,根据C=知电容C减小,电压不变,由Q=CU知电容器带电量减小,电容器放电,电流由b向a流过电流表,D项正确;由C、D两项分析可知,手机“前后”方向运动的加速度越大,电容变化越大,相同时间内电容充电或放电的电荷量越大,电路中的电流表示数越大。因此电路中的电流表示数越大,说明手机“前后”方向运动的加速度越大,B项正确。
考点2
必备知识
1.(1)失去 正 得到 负 大 减小 (2)中和 大 减小
关键能力
【典例5】 (1)变大 (2)变小 a经R流向b
解析 (1)在充电过程中,根据C=可知随着电荷量的增加,电压表示数逐渐变大。
(2)在放电过程中,极板上电荷量减小,根据C=知,极板间电压减小,则极板间的电场强度变小; 电容器放电过程中,电流从正极板流向负极板,定值电阻R中有a经R流向b方向的电流。
【典例6】 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,从黑表笔流出,即“红进黑出”,因此红表笔应该与电池的正极接触。
(2)S与“1”端接时,电容器充电;S与“2”端接时,电容器放电,且放电速度逐渐变小,直至为0,故C项正确,A、B两项错误。
(3)实线电流的峰值较小,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图像与坐标轴围成的面积为电荷量。(共34张PPT)
第4讲
电容器 实验10：观察电容器的充、放电现象
第九章 静电场
目
标
要
求
1.了解电容器的充、放电过程，会计算电容器充、放电电荷量。2.掌握电容的定义式和平行板电容器电容的决定式，会分析电容器的动态变化问题。
考点1 电容器和电容
考点2 实验：观察电容器的充、放电现象
内容
索引
电容器和电容
考点1
必|备|知|识
1.电容器。
(1)组成：两个彼此 且又 的导体组成电容器，电容器可以容纳 。
(2)所带电荷量：一个极板所带电荷量的 。两极板所带电荷量 。
绝缘
相距很近
电荷
绝对值
相等
(3)充、放电。
①充电：把电容器接在电源上后，电容器两个极板分别带上等量异号电荷的过程，充电后两极间存在 ，电容器储存了 。
②放电：用导线将充电后电容器的两极板接通，极板上电荷 的过程，放电后的两极板间不再有 ，同时电场能转化为其他形式的能。
电场
电场能
中和
电场
2.电容。
(1)定义：电容器所带的 与两极板间 的比值。
(2)公式：C=。
(3)物理意义：表示电容器容纳电荷本领大小。
(4)单位： ，符号 ，与其他单位间的换算关系：1 F= μF
= pF。
电荷量
电势差
法拉
F
106
1012
3.平行板电容器。
(1)平行板电容器的电容。
平行板电容器的电容与平行板正对面积S、电介质的介电常数εr成正比，与极板间距离d成反比，即C=。
(2)电容器的两种情况。
①电容器始终与电源相连时，电容器两极板电势差U保持不变。
②电容器充电后与电源断开时，电容器所带电荷量Q保持不变。
(1)电容器的带电荷量等于两个极板所带电荷量绝对值的和( )
(2)电容器的电容与所带电荷量成正比，与电压成反比( )
(3)电容器放电后，带电荷量为零，电容也为零( )
考向1
电容的理解
【典例1】 如图是一个电解电容器，由标注的参
数可知( )
A.电容器的击穿电压为100 V
B.当电容器的电压低于100 V时，电容器无法工作
C.给电容器加50 V电压时，电容器的电容为110 μF
D.电容器允许容纳的最大电荷量为0.022 C
关|键|能|力
电容器的额定电压为100 V，低于100 V时也可以工作，A、B两项错误；电容只与电容器本身有关，给电容器加50 V电压时，电容器的电容为220 μF，C项错误；根据C=，代入数据得电容器允许容纳的最大电荷量为0.022 C，D项正确。
解析
考向2
平行板电容器的动态分析
【典例2】 一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上。若将云母介质移出，则电容器( )
A.极板上的电荷量变大，极板间电场强度变大
B.极板上的电荷量变小，极板间电场强度变大
C.极板上的电荷量变大，极板间电场强度不变
D.极板上的电荷量变小，极板间电场强度不变
由C=可知，当云母介质移出时，εr变小，电容器的电容C变小;因为电容器接在恒压直流电源上，故U不变，根据Q=CU可知，当C减小时，Q减小，由于U与d都不变，再由E=知电场强度E不变,
D项正确。
解析
【典例3】 (2024·浙江卷)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
根据Q=CU，C=可得当极板间距增大时电容减小，由于电容器的带电量不变，故极板间电势差增大，A、B两项错误；根据E=得E=，场强不变，C项错误；移动极板的过程中要克服电场力做功，故电容器储存能量增大，D项正确。
解析
平行板电容器动态问题的分析思路
考向3
与电容器有关的STSE问题
【典例4】 (多选)手机中运动步数的测量是通过手机内电容式加速度传感器实现的，如图所示，M极板固定，当手机的加速度变化时，N极板只能按图中标识的“前后”方向运动。图中R为定值电阻。下列对传感器描述正确的是( )
A.静止时，电流表示数为零，且电容器两极板不带电
B.电路中的电流表示数越大，说明手机“前后”方向的加速度越大
C.由静止突然向后加速时，电容器的电容会减小
D.由静止突然向前加速时，电流由b向a流过电流表
静止时，N板不动，电容器的电容不变，电容器电荷量不变，则电流表示数为零，电容器保持与电源相连，两极板带电，A项错误；由静止突然向后加速时，N板相对向前移动，则板间距减小,根据C=知电容C增大，C项错误；由静止突然向前加速时，N板相对向后移动，则板间距增大，根据C=知电容C减小，电
解析
压不变，由Q=CU知电容器带电量减小，电容器放电，电流由b向a流过电流表，D项正确；由C、D两项分析可知，手机“前后”方向运动的加速度越大，电容变化越大，相同时间内电容充电或放电的电荷量越大，电路中的电流表示数越大。因此电路中的电流表示数越大，说明手机“前后”方向运动的加速度越大，B项正确。
解析
实验：观察电容器的充、放电现象
考点2
必|备|知|识
1.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，在静电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 电，负极板因 电子而带 电。正、负极板带等量的正、负电荷，电荷在移动的过程中形成电流。
失去
正
得到
负
在充电开始时电流比较 (填“大”或“小”)，以后随着极板上电荷的增多，电流逐渐 (填“增大”或“减小”)，当电容器两极板间电压等于电源电压时电荷停止定向移动，电流I=0。
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。
在放电开始时电流比较 (填“大”或“小”)，随着两极板上电荷量逐渐减少，电路中电流逐渐 (填“增大”或“减小”)，两极板间电压也逐渐减小到零。
中和
大
减小
2.实验器材。
6 V的直流电源、单刀双掷开关、平行板电容器、电流表、电压表、小灯泡、导线若干。
3.实验步骤。
(1)按图连接好电路。
(2)把单刀双掷开关S接1，接通电源，观察小灯泡的亮度、电流表A1的读数、电压表V的读数变化情况，并记录结果。
(3)将单刀双掷开关S接2，观察小灯泡的亮度、电流表A2的读数、电压表V的读数变化情况，并记录结果。
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。
(4)在做放电实验时，在电路中串联一个电阻，以免烧坏电流表。
考向1
电容器充、放电现象的定性分析
【典例5】 由直流电源、电阻、电容器、电流表、电压表以及单刀双掷开关组装成如图所示的实验电路。
关|键|能|力
(1)把开关S接1，此时给电容器充电，电容器的上极板带上正电荷，在该过程中，可以看到电流表指针会偏转，电压表示数逐渐
(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)把开关S接2，此时电容器放电。在放电过程中，极板间的电场强度 (填“变大”“变小”或“不变”)，定值电阻R中有 (填“a经R流向b”或“b经R流向a”)方向的电流。
变大
变小
a经R流向b
(1)在充电过程中，根据C=可知随着电荷量的增加，电压表示数逐渐变大。
(2)在放电过程中，极板上电荷量减小，根据C=知，极板间电压减小，则极板间的电场强度变小； 电容器放电过程中，电流从正极板流向负极板，定值电阻R中有a经R流向b方向的电流。
解析
考向2
电容器充、放电现象的定量计算
【典例6】 (2023·新课标卷)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 (填“正极”或“负极”)接触。
正极
(2)某同学设计的实验电路如图甲所示。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 (填选项字母)。
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
C
(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变化如图乙中曲线所示，其中实线是电阻箱阻值为 (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
(填“电压”或“电荷量”)。
R2
电荷量
(1)在使用多用电表时，应保证电流从红表笔流入，从黑表笔流出,即“红进黑出”，因此红表笔应该与电池的正极接触。
(2)S与“1”端接时，电容器充电；S与“2”端接时，电容器放电，且放电速度逐渐变小，直至为0，故C项正确，A、B两项错误。
(3)实线电流的峰值较小，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图像与坐标轴围成的面积为电荷量。
解析(共30张PPT)
微练32
电容器 实验10：观察电容器的充、放电现象
1
5
6
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10
2
3
4
1.(2024·江西卷)蜡烛火焰是一种含有电子、正离子、中性粒子的气体状物质，将其置于电压恒定的两平行金属板间，板间电场视为匀强电场，如图所示。 若两金属板间距减小，关于火焰中电子所受的电场力，下列说法正确的是( )
A.电场力增大，方向向左
B.电场力增大，方向向右
C.电场力减小，方向向左
D.电场力减小，方向向右
梯级Ⅰ 基础练
由题知，两极板电压保持不变，根据电势差和电场强度的关系E=，当电极板距离减小时，电场强度E增大，电场力增大，再结合题图可知极板间的电场线水平向左，电子受到的电场力方向向右，B项正确。
解析
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10
2
3
4
2.目前许多国产手机都有指纹解锁功能，用的指纹识别传感器是电容式传感器，如图所示。指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同，此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后，电容器放电，电容小的电容器放电时间较短，根据放电时间的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。根据题中信息，下列说法正确的是( )
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A.在峪处形成的电容器电容较大
B.充电后在嵴处形成的电容器的电荷量少
C.在峪处形成的电容器放电时间较短
D.潮湿的手指头对指纹识别没有影响
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根据电容的计算公式C=可得，极板与指纹峪(凹下部分)的距离d大，构成电容器的电容小，A项错误；由于外接电源为所有电容器充到一个预先设计好的电压值，所以所有的电容器电压一定，根据Q=CU=可知，极板与指纹峪(凹的部分，d大，电容小)构成的电容器充上的电荷量较少，在放电过程中放电时间较短，反之，在嵴处形成的电容器电容大，带电荷量多，放电时间较长，B项错误，C项正确；潮湿的手与传感器之间有水填充，改变了原来匹配成平行板电容器的电容，所以会影响指纹解锁和指纹识别，D项错误。
解析
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3.(多选)(2025·沈阳模拟)手机中的“计步功能”和“摇一摇功能”等需要用到加速度传感器，如图所示是一种常用的电容式加速度传感器的内部结构简化原理图。将传感器系统水平放置，图中绝缘质量块的左端与一端固定的水平轻弹簧相连，右端与电容器的活动极板相连，G为灵敏电流计，当系统静止时，弹簧处于原长状态。下列说法正确的是( )
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A.系统向左匀速运动稳定时，通过灵敏电流计G的电流从N流向M
B.系统向左匀速运动稳定时，灵敏电流计G中没有电流通过
C.当系统突然向左加速运动时，通过灵敏电流计G的电流从N流向M
D.当系统突然向左加速运动时，通过灵敏电流计G的电流从M流向N
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系统向左匀速运动稳定时，加速度为零，轻弹簧没有发生形变，电容器板间的距离不变，没有充、放电电流，A项错误，B项正 确；当系统突然向左加速运动时，弹簧伸长，电容器板间距离d变小，由C=知，电容器的电容C变大，电源将对其充电，因充电时电子的运动方向由电源负极流向电容器左侧极板，则通过灵敏电流计的电流方向从M流向N，C项错误，D项正确。
解析
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4.(2024·黑吉辽卷)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，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后，若降低溶液浓度，则( )
A.电容器的电容减小
B.电容器所带的电荷量增大
C.电容器两极板之间的电势差增大
D.溶液浓度降低过程中电流方向为M→N
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由题图甲知，溶液浓度降低时，相对介电常数增大，结合平行板电容器的电容决定式C=，可判断电容增大，而电容器两极板间的电压不变，再根据C=可判断电容器带的电荷量增大，电路中电流的方向为从N到M流过电流表，B项正确。
解析
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5.如图所示，一水平放置的平行板电容器的上极板带正电，下极板接地，油滴静止于 P点。现下极板缓慢向上平移到图中虚线位置，在此过程中，下列说法错误的是( )
A.油滴带负电
B.油滴一定处于静止状态
C.两极板间的电压不变
D.油滴处的电势将降低
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油滴静止，受向下的重力等于向上的电场力，由于电场强度向下，所以油滴带负电，A项正确；将下极板缓慢向上平移到图中虚线位置，则电容器两极板间距d减小，根据C=可知，电容器的电容增大，由于电荷量Q不变，根据U=可知，两极板间电压U减小，根据E====，可知两板间的电场强度不变，油滴所受电场力不变，油滴依然静止，B项正确，C项错误；由于P点与下极板间的距离d'减小，根据UPN=Ed'=φP-φN=φP可知油滴处的电势将降低，D项正确。
解析
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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
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6.(2024·甘肃卷)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( )
充电过程中，随着电容器带电量的增加，电容器两极板间电势差增加，充电电流在减小，A项错误；根据电路图可知，充电过程中，电容器的上极板带正电荷、流过电阻R的电流由N点流向M 点，B项错误；放电过程中，随着电容器带电量的减小，电容器两极板间电势差减小，放电电流在减小，C项正确；根据电路图可知，放电过程中，电容器的上极板带正电荷，流过电阻R的电流由M点流向N点，D项错误。
解析
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7.(2025·台州模拟)如图甲所示，计算机键盘为电容式传感器，每个键下面由相互平行、间距为d的活动金属片和固定金属片组成，两金属片间有空气间隙，两金属片组成一个平行板电容器，如图乙所
示。其内部电路如图丙所示，已知只有当该键的电容改变量大于或等于原电容的40%时，传感器才有感应，下列说法正确的是( )
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梯级Ⅱ 能力练
A.按键的过程中，电容器的电容减小
B.按键的过程中，电容器的电压减小
C.按键的过程中，图丙中电流方向从b流向a
D.欲使传感器有感应，按键需至少按下d
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根据C=，C=，按键的过程中，电压保持不变，板间距离减小，则电容器的电容增大，电容器电荷量增大，电容器充电，题图丙中电流方向从b流向a，A、B两项错误，C项正确；欲使传感器有感应，设按键需至少按下Δd，则有C'=，由题意有C'-C=0.4C，联立解得Δd=d，D项错误。
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8.(2024·浙江卷)在“观察电容器的充、放电现象”实验中，把电阻箱R(0~9 999 Ω)、一节干电池、微安表(量程0~300 μA，零刻度在中间位置)、电容器C(2 200 μF 16 V)、单刀双掷开关组装成如图甲所示的实验电路。
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(1)把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零，然后把开关S接2，微安表指针偏转情况是_____(填选项字母)。
A.迅速向右偏转后示数逐渐减小
B.向右偏转示数逐渐增大
C.迅速向左偏转后示数逐渐减小
D.向左偏转示数逐渐增大
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C
把开关S接1，电容器充电，电流从右向左流过微安表，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零；把开关S接2，电容器放 电，电流从左向右流过微安表，则微安表指针迅速向左偏转后示数逐渐减小，C项正确。
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(2)再把电压表并联在电容器两端，同时观察电容器充电时电流和电压变化情况。把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到160 μA时保持不变；电压表示数由零逐渐增大，指针偏转到如图乙所示位置时保持不变，则电压表示数为______V，电压表的阻值为______kΩ(保留2位有效数字)。
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0.50
3.1
由题意可知电压表应选用0~3 V量程，由题图乙可知此时分度值为0.1 V，需要估读到0.01 V，则读数为0.50 V。当微安表示数稳定时，电容器中不再有电流通过，此时干电池、电阻箱、微安表和电压表构成回路，根据部分电路欧姆定律，得RV== Ω
≈3.1 kΩ。
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9.在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图甲所示连接电路。电源电动势为6.0 V，内阻可以忽略。单刀双掷开关S先跟2相 接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2。实验中使用了传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流I随时间t变化的曲线如图乙所示。
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(1)实验选用的电容器外壳上标有“25 V 4 700 μF”，则该电容_____
(填选项字母)。
A.击穿电压为25 V
B.正常工作时电压不应超过25 V
C.只有接在25 V的电压两端时，电容才能正常工作
D.此电容器在20 V电压下工作时，电容为3 760 μF
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B
实验选用的电容器外壳上标有“25 V 4 700 μF”，则该电容正常工作时电压不应超过25 V，电容为4 700 μF，B项正确。
解析
(2)开关S接1时，电容器的a极板带____(填“正”或“负”)电。
开关S接1时，电容器充电，a极板带正电。
解析
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正
(3)通过分析可知，图乙中图线与横轴围成的面积表示的物理量是
_________。不改变电路其他参数，只增大电阻R的阻值，则此过程的I-t曲线与横轴围成的面积将______(填“增大” “减小”或“不变”)。
根据q=It可知，图中图像与横轴围成的面积表示的物理量是电荷 量。只增大电阻R，并不能改变电容器充满电时的电荷量，故此过程的曲线与坐标轴所围成的面积将不变。
解析
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电荷量
不变
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10.图甲是电容式油位传感器的示意图，可以用它来监测油箱内液面高度的变化，传感器由圆柱形金属芯A和金属圆筒B组成，可看作电容器的两极，油箱内的汽油可看作电介质，将传感器接入图乙的电路中，金属芯和金属圆筒分别与接线柱c、d连接，当观察到输出端a的电势低于b的电势时，下列说法正确的是( )
梯级Ⅲ 创新练
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A.电容器在充电
B.电容器的电容在增大
C.油箱内液面在下降
D.电容器两板间电场强度在增大
当观察到输出端a的电势低于b的电势时，表明电阻R中有由下向上的电流，表明电容器在放电，A项错误；稳定时电容器两极间的电压不变，由Q=CU可知，电容器的电容在减小，B项错误；由C=可知，油的液面在下降，C项正确；由E=可知，稳定时两板间的电场强度不变，D项错误。
解析
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4微练32 电容器 实验10:观察电容器的充、放电现象
梯级Ⅰ基础练
1.(2024·江西卷)蜡烛火焰是一种含有电子、正离子、中性粒子的气体状物质，将其置于电压恒定的两平行金属板间，板间电场视为匀强电场，如图所示。 若两金属板间距减小，关于火焰中电子所受的电场力，下列说法正确的是( )
A.电场力增大，方向向左
B.电场力增大，方向向右
C.电场力减小，方向向左
D.电场力减小，方向向右
2.目前许多国产手机都有指纹解锁功能，用的指纹识别传感器是电容式传感器，如图所示。指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同，此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后，电容器放电，电容小的电容器放电时间较短，根据放电时间的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。根据题中信息，下列说法正确的是( )
A.在峪处形成的电容器电容较大
B.充电后在嵴处形成的电容器的电荷量少
C.在峪处形成的电容器放电时间较短
D.潮湿的手指头对指纹识别没有影响
3.(多选)(2025·沈阳模拟)手机中的“计步功能”和“摇一摇功能”等需要用到加速度传感器，如图所示是一种常用的电容式加速度传感器的内部结构简化原理图。将传感器系统水平放置，图中绝缘质量块的左端与一端固定的水平轻弹簧相连，右端与电容器的活动极板相连，G为灵敏电流计，当系统静止时，弹簧处于原长状态。下列说法正确的是( )
A.系统向左匀速运动稳定时，通过灵敏电流计G的电流从N流向M
B.系统向左匀速运动稳定时，灵敏电流计G中没有电流通过
C.当系统突然向左加速运动时，通过灵敏电流计G的电流从N流向M
D.当系统突然向左加速运动时，通过灵敏电流计G的电流从M流向N
4.(2024·黑吉辽卷)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，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后，若降低溶液浓度，则( )
A.电容器的电容减小
B.电容器所带的电荷量增大
C.电容器两极板之间的电势差增大
D.溶液浓度降低过程中电流方向为M→N
5.如图所示，一水平放置的平行板电容器的上极板带正电，下极板接地，油滴静止于 P点。现下极板缓慢向上平移到图中虚线位置，在此过程中，下列说法错误的是( )
A.油滴带负电
B.油滴一定处于静止状态
C.两极板间的电压不变
D.油滴处的电势将降低
6.(2024·甘肃卷)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
梯级Ⅱ能力练
7.(2025·台州模拟)如图甲所示，计算机键盘为电容式传感器，每个键下面由相互平行、间距为d的活动金属片和固定金属片组成，两金属片间有空气间隙，两金属片组成一个平行板电容器，如图乙所示。其内部电路如图丙所示，已知只有当该键的电容改变量大于或等于原电容的40%时，传感器才有感应，下列说法正确的是( )
A.按键的过程中，电容器的电容减小
B.按键的过程中，电容器的电压减小
C.按键的过程中，图丙中电流方向从b流向a
D.欲使传感器有感应，按键需至少按下d
8.(2024·浙江卷)在“观察电容器的充、放电现象”实验中，把电阻箱R(0~9 999 Ω)、一节干电池、微安表(量程0~300 μA，零刻度在中间位置)、电容器C(2 200 μF 16 V)、单刀双掷开关组装成如图甲所示的实验电路。
(1)把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零，然后把开关S接2，微安表指针偏转情况是 (填选项字母)。
A.迅速向右偏转后示数逐渐减小
B.向右偏转示数逐渐增大
C.迅速向左偏转后示数逐渐减小
D.向左偏转示数逐渐增大
(2)再把电压表并联在电容器两端，同时观察电容器充电时电流和电压变化情况。把开关S接1，微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到160 μA时保持不变;电压表示数由零逐渐增大，指针偏转到如图乙所示位置时保持不变，则电压表示数为 V，电压表的阻值为 kΩ(保留2位有效数字)。
9.在“用传感器观察电容器的充放电过程”实验中，按图甲所示连接电路。电源电动势为6.0 V，内阻可以忽略。单刀双掷开关S先跟2相接，某时刻开关改接1，一段时间后，把开关再改接2。实验中使用了传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流I随时间t变化的曲线如图乙所示。
(1)实验选用的电容器外壳上标有“25 V 4 700 μF”，则该电容 (填选项字母)。
A.击穿电压为25 V
B.正常工作时电压不应超过25 V
C.只有接在25 V的电压两端时，电容才能正常工作
D.此电容器在20 V电压下工作时，电容为3 760 μF
(2)开关S接1时，电容器的a极板带 (填“正”或“负”)电。
(3)通过分析可知，图乙中图线与横轴围成的面积表示的物理量是 。不改变电路其他参数，只增大电阻R的阻值，则此过程的I-t曲线与横轴围成的面积将 (填“增大” “减小”或“不变”)。
梯级Ⅲ创新练
10.图甲是电容式油位传感器的示意图，可以用它来监测油箱内液面高度的变化，传感器由圆柱形金属芯A和金属圆筒B组成，可看作电容器的两极，油箱内的汽油可看作电介质，将传感器接入图乙的电路中，金属芯和金属圆筒分别与接线柱c、d连接，当观察到输出端a的电势低于b的电势时，下列说法正确的是( )
A.电容器在充电
B.电容器的电容在增大
C.油箱内液面在下降
D.电容器两板间电场强度在增大
微练32 电容器 实验10:观察电容器的充、放电现象
1.B 解析 由题知,两极板电压保持不变,根据电势差和电场强度的关系E=,当电极板距离减小时,电场强度E增大,电场力增大,再结合题图可知极板间的电场线水平向左,电子受到的电场力方向向右,B项正确。
2.C 解析 根据电容的计算公式C=可得,极板与指纹峪(凹下部分)的距离d大,构成电容器的电容小,A项错误;由于外接电源为所有电容器充到一个预先设计好的电压值,所以所有的电容器电压一定,根据Q=CU=可知,极板与指纹峪(凹的部分,d大,电容小)构成的电容器充上的电荷量较少,在放电过程中放电时间较短,反之,在嵴处形成的电容器电容大,带电荷量多,放电时间较长,B项错误,C项正确;潮湿的手与传感器之间有水填充,改变了原来匹配成平行板电容器的电容,所以会影响指纹解锁和指纹识别,D项错误。
3.BD 解析 系统向左匀速运动稳定时,加速度为零,轻弹簧没有发生形变,电容器板间的距离不变,没有充、放电电流,A项错误,B项正确;当系统突然向左加速运动时,弹簧伸长,电容器板间距离d变小,由C=知,电容器的电容C变大,电源将对其充电,因充电时电子的运动方向由电源负极流向电容器左侧极板,则通过灵敏电流计的电流方向从M流向N,C项错误,D项正确。
4.B 解析 由题图甲知,溶液浓度降低时,相对介电常数增大,结合平行板电容器的电容决定式C=,可判断电容增大,而电容器两极板间的电压不变,再根据C=可判断电容器带的电荷量增大,电路中电流的方向为从N到M流过电流表,B项正确。
5.C 解析 油滴静止,受向下的重力等于向上的电场力,由于电场强度向下,所以油滴带负电,A项正确;将下极板缓慢向上平移到图中虚线位置,则电容器两极板间距d减小,根据C=可知,电容器的电容增大,由于电荷量Q不变,根据U=可知,两极板间电压U减小,根据E====,可知两板间的电场强度不变,油滴所受电场力不变,油滴依然静止,B项正确,C项错误;由于P点与下极板间的距离d'减小,根据UPN=Ed'=φP-φN=φP可知油滴处的电势将降低,D项正确。
6.C 解析 充电过程中,随着电容器带电量的增加,电容器两极板间电势差增加,充电电流在减小,A项错误;根据电路图可知,充电过程中,电容器的上极板带正电荷、流过电阻R的电流由N点流向M点,B项错误;放电过程中,随着电容器带电量的减小,电容器两极板间电势差减小,放电电流在减小,C项正确;根据电路图可知,放电过程中,电容器的上极板带正电荷,流过电阻R的电流由M点流向N点,D项错误。
7.C 解析 根据C=,C=,按键的过程中,电压保持不变,板间距离减小,则电容器的电容增大,电容器电荷量增大,电容器充电,题图丙中电流方向从b流向a,A、B两项错误,C项正确;欲使传感器有感应,设按键需至少按下Δd,则有C'=,由题意有C'-C=0.4C,联立解得Δd=d,D项错误。
8.答案 (1)C (2)0.50 3.1
解析 (1)把开关S接1,电容器充电,电流从右向左流过微安表,微安表指针迅速向右偏转后示数逐渐减小到零;把开关S接2,电容器放电,电流从左向右流过微安表,则微安表指针迅速向左偏转后示数逐渐减小,C项正确。
(2)由题意可知电压表应选用0~3 V量程,由题图乙可知此时分度值为0.1 V,需要估读到0.01 V,则读数为0.50 V。当微安表示数稳定时,电容器中不再有电流通过,此时干电池、电阻箱、微安表和电压表构成回路,根据部分电路欧姆定律,得RV== Ω≈3.1 kΩ。
9.答案 (1)B (2)正 (3)电荷量 不变
解析 (1)实验选用的电容器外壳上标有“25 V 4 700 μF”,则该电容正常工作时电压不应超过25 V,电容为4 700 μF,B项正确。
(2)开关S接1时,电容器充电,a极板带正电。
(3)根据q=It可知,图中图像与横轴围成的面积表示的物理量是电荷量。只增大电阻R,并不能改变电容器充满电时的电荷量,故此过程的曲线与坐标轴所围成的面积将不变。
10.C 解析 当观察到输出端a的电势低于b的电势时,表明电阻R中有由下向上的电流,表明电容器在放电,A项错误;稳定时电容器两极间的电压不变,由Q=CU可知,电容器的电容在减小,B项错误;由C=可知,油的液面在下降,C项正确;由E=可知,稳定时两板间的电场强度不变,D项错误。
