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第 3 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
目标要求 1.了解电容器的充电、放电过程，会计算电容器充、放电电荷量.2.了解影响平
行板电容器电容大小的因素，能利用公式判断平行板电容器电容的变化.3.利用动力学、功能
观点分析带电粒子在电场中的直线运动．
考点一 实验：观察电容器的充、放电现象
1．实验原理
(1)电容器的充电过程
如图所示，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________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.
(2)电容器的放电过程
如图所示，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．
放电开始电流较________(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________(填“增大”或“减小”)，两极板间的电压也逐渐减小到零．
2．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与触点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．
3．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．
考向1 电容器充、放电现象的定性分析
例1 (2022·北京卷·9)利用如图所示电路观察电容器的充、放电现象，其中E为电源，R为
定值电阻，C为电容器，A为电流表，V为电压表．下列说法正确的是( )
A．充电过程中，电流表的示数逐渐增大后趋于稳定
B．充电过程中，电压表的示数迅速增大后趋于稳定
C．放电过程中，电流表的示数均匀减小至零
D．放电过程中，电压表的示数均匀减小至零
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考向2 电容器充、放电现象的定量计算
例2 (2023·山东省实验中学模拟)电容器是一种重要的电学元件，在电工、电子技术中应
用广泛．使用图甲所示电路观察电容器的充、放电过程．电路中的电流传感器与计算机相连，
可以显示电路中电流随时间的变化关系．图甲中直流电源电动势E＝8 V，实验前电容器不
带电．先使S与“1”端相连给电容器充电，充电结束后，使S与“2”端相连，直至放电完
毕．计算机记录的电流随时间变化的i－t曲线如图乙所示．(1)乙图中阴影部分的面积S________S；(选填“>”“<”或“＝”)
1 2
(2)计算机测得S＝1 203 mA·s，则该电容器的电容为________F；(保留两位有效数字)
1
(3)由甲、乙两图可判断阻值R________R.(选填“>”“<”或“＝”)
1 2
考点二 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，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＝.
(3)单位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF).1 F＝________ 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：两极板的________________、电介质的______________、________________.
(2)决定式：C＝.
1．电容器的电荷量等于两个极板所带电荷量绝对值的和．( )
2．电容器的电容与电容器所带电荷量成正比，与电压成反比．( )
3．放电后电容器的电荷量为零，电容也为零．( )1．两类典型问题
(1)电容器始终与恒压电源相连，电容器两极板间的电势差U保持不变．
(2)电容器充电后与电源断开，电容器两极板所带的电荷量Q保持不变．
2．两类典型动态分析思路比较
考向1 两极板间电势差不变
例3 (2022·重庆卷·2)如图为某同学采用平行板电容器测量材料竖直方向尺度随温度变化的
装置示意图，电容器上极板固定，下极板可随材料尺度的变化上下移动，两极板间电压不变．
若材料温度降低时，极板上所带电荷量变少，则( )
A．材料竖直方向尺度减小
B．极板间电场强度不变
C．极板间电场强度变大
D．电容器电容变大
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考向2 两极板电荷量不变
例4 (2023·河北省高三检测)如图所示，一平行板电容器充电后与电源断开，负极板(M板)
接地，在两板间的P点固定一个带负电的试探电荷．若正极板 N保持不动，将负极板M缓
慢向右平移一小段距离，下列说法正确的是( )A．P点电势升高
B．两板间电压增大
C．试探电荷的电势能增大
D．试探电荷受到的静电力增大
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考向3 电容器的综合分析
例5 (多选)平行板电容器的两极板A、B接于电池两极，一个带正电小球悬挂在电容器内
部，闭合开关S，电容器充电，稳定后悬线偏离竖直方向夹角为θ，如图所示．那么( )
A．保持开关S闭合，带正电的A板向B板靠近，则θ增大
B．保持开关S闭合，带正电的A板向B板靠近，则θ不变
C．开关S断开，带正电的A板向B板靠近，则θ增大
D．开关S断开，带正电的A板向B板靠近，则θ不变
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考点三 带电粒子(带电体)在电场中的直线运动
考向1 带电粒子在电场中的直线运动
1．对带电粒子进行受力分析时应注意的问题
(1)要掌握静电力的特点．静电力的大小和方向不仅跟电场强度的大小和方向有关，还跟带
电粒子的电性和电荷量有关．
(2)是否考虑重力依据情况而定．
基本粒子：如电子、质子、α粒子、离子等除有特殊说明或明确的暗示外，一般不考虑重力(但不能忽略质量)．
带电颗粒：如液滴、油滴、尘埃、小球等，除有特殊说明或明确的暗示外，一般都不能忽略
重力．
2．做直线运动的条件
(1)粒子所受合外力F ＝0，粒子静止或做匀速直线运动．
合
(2)粒子所受合外力F ≠0且与初速度共线，带电粒子将做加速直线运动或减速直线运动．
合
3．用动力学观点分析
a＝，E＝，v2－v2＝2ad.
0
4．用功能观点分析
匀强电场中：W＝Eqd＝qU＝mv2－mv2
0
非匀强电场中：W＝qU＝E －E
k2 k1
例6 如图所示，一充电后的平行板电容器的两极板相距l.在正极板附近有一质量为M、电
荷量为q(q>0)的粒子；在负极板有另一质量为m、电荷量为－q的粒子．在静电力的作用下，
两粒子同时从静止开始运动．已知两粒子同时经过平行于正极板且与其相距 l的平面．若两
粒子间的相互作用可忽略，不计重力，则M∶m为( )
A．3∶2 B．2∶1 C．5∶2 D．3∶1
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考向2 带电体在静电力和重力作用下的直线运动
例7 (2023·云南昆明市一中高三检测)如图，长度为L的轻质绝缘细杆两端连接两个质量
均为m的绝缘带电小球A和B，两小球均可看作质点，带电荷量为q ＝＋6q、q ＝－2q.将
A B
小球从图示位置由静止释放，下落一段时间后B进入位于下方的匀强电场区域．匀强电场
方向竖直向上，场强E＝，重力加速度为g.求：
(1)小球A刚进入电场时的速度大小；
(2)要使小球B第一次下落时不穿出电场下边界，电场区域的最小高度H.________________________________________________________________________
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考向3 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)粒子做往返运动．
3．解题技巧
(1)按周期性分段研究．
(2)将――→a－t图像――→v－t图像．
例8 如图所示，在两平行金属板中央有一个静止的电子(不计重力)，当两板间的电压分别
如图中甲、乙、丙、丁所示时，电子在板间运动(假设不与板相碰)，下列说法正确的是(
)
A．电压如甲图所示时，在0～T时间内，电子的电势能一直减少
B．电压如乙图所示时，在0～时间内，电子的电势能先增加后减少
C．电压如丙图所示时，电子在板间做往复运动
D．电压如丁图所示时，电子在板间做往复运动
听课记录：_______________________________________________________________例9 (多选)(2023·四川成都市武侯高级中学模拟)某电场的电场强度E随时间t变化规律的
图像如图所示．当t＝0时，在该电场中由静止释放一个带电粒子，设带电粒子只受静电力
作用，则下列说法中正确的是( )
A．带电粒子将始终向同一个方向运动
B．0～3 s内静电力对带电粒子的冲量为0
C．2 s末带电粒子回到原出发点
D．0～2 s内，静电力做的总功不为零
听课记录：_______________________________________________________________
