第36講 電容器帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)（講義）（原卷版）-【上好課】2025年高考物理一輪復(fù)習(xí)講練測(cè)（新教材新高考）

11/11第36講電容器帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)目錄01、考情透視，目標(biāo)導(dǎo)航TOC\o"1-3"\h\u02、知識(shí)導(dǎo)圖，思維引航 203、考點(diǎn)突破，考法探究 2考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象 2知識(shí)點(diǎn)1．實(shí)驗(yàn)原理 2知識(shí)點(diǎn)2．實(shí)驗(yàn)步驟 3知識(shí)點(diǎn)3．注意事項(xiàng) 3考點(diǎn)二電容器及平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析 7知識(shí)點(diǎn)1．電容器 7知識(shí)點(diǎn)2．電容 7知識(shí)點(diǎn)3．平行板電容器的電容 7知識(shí)點(diǎn)4．電容器兩類典型動(dòng)態(tài)問題 7考向1.兩板間電勢(shì)差U保持不變 8考向2.兩板間電荷量不變 8考點(diǎn)三帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng) 10知識(shí)點(diǎn)1．對(duì)帶電粒子進(jìn)行受力分析時(shí)應(yīng)注意的問題 10知識(shí)點(diǎn)2．做直線運(yùn)動(dòng)的條件 10知識(shí)點(diǎn)3．用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)分析 10知識(shí)點(diǎn)4．用功能觀點(diǎn)分析 10考向1.帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng) 10考向2.帶電體在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng) 11考向3.帶電粒子在交變電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng) 1204、真題練習(xí)，命題動(dòng)向 13考情分析2024·浙江·高考物理第6題2024·甘肅·高考物理第7題2024·廣西·高考物理第12題2024·遼寧·高考物理第5題2023·福建·高考物理第13題2023·全國(guó)·新課標(biāo)高考物理第11題復(fù)習(xí)目標(biāo)目標(biāo)1.知道電容器的基本構(gòu)造，了解電容器的充電、放電過程。目標(biāo)2.理解電容的定義及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。目標(biāo)3.掌握帶電粒子在電場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律?？键c(diǎn)一實(shí)驗(yàn)：觀察電容器的充、放電現(xiàn)象知識(shí)點(diǎn)1．實(shí)驗(yàn)原理(1)電容器的充電過程如圖所示，當(dāng)開關(guān)S接1時(shí)，電容器接通電源，在靜電力的作用下自由電子從正極板經(jīng)過電源向負(fù)極板移動(dòng)，正極板因______電子而帶______電，負(fù)極板因______電子而帶______電。正、負(fù)極板帶______的正、負(fù)電荷，電荷在移動(dòng)的過程中形成電流。在充電開始時(shí)電流比較______(填“大”或“小”)，以后隨著極板上電荷的增多，電流逐漸______(填“增大”或“減小”)，當(dāng)電容器兩極板間電壓等于電源電壓時(shí)電荷停止定向移動(dòng)，電流I＝0。(2)電容器的放電過程如圖所示，當(dāng)開關(guān)S接2時(shí)，相當(dāng)于將電容器的兩極板直接用導(dǎo)線連接起來，電容器正、負(fù)極板上電荷發(fā)生______，在電子移動(dòng)過程中，形成電流。放電開始電流較______(填“大”或“小”)，隨著兩極板上的電荷量逐漸減小，電路中的電流逐漸______(填“增大”或“減小”)，兩極板間的電壓也逐漸減小到零。知識(shí)點(diǎn)2．實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖連接好電路。(2)把單刀雙擲開關(guān)S打在上面，使觸點(diǎn)1和觸點(diǎn)2連通，觀察電容器的充電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。(3)將單刀雙擲開關(guān)S打在下面，使觸點(diǎn)3和觸點(diǎn)2連通，觀察電容器的放電現(xiàn)象，并將結(jié)果記錄在表格中。(4)記錄好實(shí)驗(yàn)結(jié)果，關(guān)閉電源。知識(shí)點(diǎn)3．注意事項(xiàng)(1)電流表要選用小量程的靈敏電流計(jì)。(2)要選擇大容量的電容器。(3)實(shí)驗(yàn)要在干燥的環(huán)境中進(jìn)行。(4)電容器充電時(shí)電流流向正極板，電容器放電時(shí)電流從正極板流出，且充、放電電流均逐漸減小至零。(5)電容器充、放電過程，電容器的電容不變，極板上所帶電荷量和電壓按正比關(guān)系變化。(6)電容器充、放電過程，I－t圖中曲線與坐標(biāo)軸周圍成的面積表示電容器儲(chǔ)存的電荷量。1.用圖甲所示的電路觀察電容器的充、放電現(xiàn)象，請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要通過電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向來觀測(cè)電路中電流的方向。因此電流表應(yīng)采用圖乙中的________(選填“a”或“b”)。(2)依照?qǐng)D甲所示的電路圖，將圖乙的實(shí)驗(yàn)器材用筆畫線代替導(dǎo)線連接成實(shí)驗(yàn)電路(圖中已有部分連接)。(3)開關(guān)S接1后，小燈泡L________(填選項(xiàng)前的字母)。A．一直不亮B．逐漸變亮，穩(wěn)定后保持亮度不變C．突然變亮，然后逐漸變暗，直到熄滅(4)開關(guān)S接1足夠長(zhǎng)時(shí)間后，再將開關(guān)S接2。開關(guān)S接2之后電壓表讀數(shù)________(選填“逐漸增大”或“逐漸減小”)。(5)圖乙中電容器的電容為________μF。當(dāng)電容器的電壓為10V時(shí)其帶電量為________C(保留兩位有效數(shù)字)。【答案】：(1)a(2)見解析圖(3)C(4)逐漸減小(5)33000.033【解析】：(1)通過電流表指針的左右偏轉(zhuǎn)觀察電流方向，故應(yīng)選擇a。(2)實(shí)驗(yàn)器材連接如圖所示。(3)開關(guān)S接1后，電源給電容器充電，開始電流較大，隨著極板帶電量增多，電流逐漸減小，最后為0，所以小燈泡L突然變亮，然后逐漸變暗，直到熄滅。故選C。(4)開關(guān)S接2之后電容器放電，兩極板電勢(shì)差逐漸減小到0，所以電壓表讀數(shù)逐漸減小到0。(5)題圖乙中電容器的電容為3300μF，當(dāng)電容器的電壓為10V時(shí)其帶電量為Q＝CU＝3300×10－6×10C＝0.033C。2．小姚利用圖甲電路觀察電容器在充電和放電過程中電流表和電壓表示數(shù)的變化。實(shí)驗(yàn)中電源輸出的電壓為8V，圖乙實(shí)物電路中已完成部分連接。(1)用筆畫線代替導(dǎo)線，完成剩余部分的電路連接。(2)當(dāng)S連接1時(shí)，電流表示數(shù)________，電壓表示數(shù)________(選填“逐漸增大”“逐漸減小”或“保持不變”)；S接1足夠長(zhǎng)時(shí)間后，電流表示數(shù)________(選填“為0”或“不為0”)。當(dāng)S從1斷開后，電流表示數(shù)________(選填“逐漸增大”“逐漸減小”或“為0”)，電壓表示數(shù)________(選填“逐漸增大”“逐漸減小”“為0”或“保持不變”)。(3)圖丙所示的電路中，K與L間接一智能電源，用以控制電容器C兩端的電壓UC，如果UC隨時(shí)間t的變化如圖丁所示，則下列描述電阻R兩端電壓UR隨時(shí)間變化的圖像中正確的是________?！敬鸢浮浚?1)見解析圖(2)逐漸減小逐漸增大不為0為0逐漸減小(3)A【解析】：(1)根據(jù)電路圖，實(shí)物連線如圖所示。(2)當(dāng)S連接1時(shí)，電容器處于充電過程，隨著電容器所帶電荷量逐漸增加，電流表示數(shù)逐漸減小，電壓表示數(shù)逐漸增大；S接1足夠長(zhǎng)時(shí)間后，由于電壓表內(nèi)阻不可能無窮大，則電路電流可以通過電壓表構(gòu)成回路，電流表示數(shù)不為0。當(dāng)S從1斷開后，電流表處于斷路狀態(tài)，電流表示數(shù)為0；電容器通過電壓表放電，電容器所帶電荷量逐漸減小，電容器兩端電壓逐漸減小，則電壓表示數(shù)逐漸減小。(3)根據(jù)電容定義式可得Q＝CUC，由UC-t圖像可知1～2s內(nèi)，電容器兩端電壓UC隨時(shí)間均勻增大，則電容器電荷量隨時(shí)間均勻增大，根據(jù)I1＝eq\f(ΔQ,Δt1)，可知1～2s內(nèi)，電容器充電且電流恒定不變，電阻R兩端電壓恒定不變，根據(jù)歐姆定律可得UR1＝I1R；2～3s內(nèi)，電容器兩端電壓UC不變，則電容器電荷量不變，電流為0，則電阻R兩端電壓為0；3～5s內(nèi)，電容器兩端電壓UC隨時(shí)間均勻減小，則電容器電荷量隨時(shí)間均勻減小，根據(jù)I2＝eq\f(ΔQ,Δt2)＝－eq\f(1,2)×eq\f(ΔQ,Δt1)＝－eq\f(1,2)I1，可知3～5s內(nèi)，電容器放電電流恒定不變，電阻R兩端電壓恒定不變，根據(jù)歐姆定律可得UR2＝I2R＝－eq\f(1,2)I1R＝－eq\f(1,2)UR1，A正確。3.在測(cè)定電容器電容的實(shí)驗(yàn)中，將電容器、電壓傳感器、阻值為3kΩ的電阻R、電源、單刀雙擲開關(guān)按圖甲所示電路圖進(jìn)行連接。先使開關(guān)S與1端相連，電源向電容器充電，充電完畢后把開關(guān)S擲向2端，電容器放電，直至放電完畢。實(shí)驗(yàn)得到的與電壓傳感器相連接的計(jì)算機(jī)所記錄的電壓隨時(shí)間變化的u-t曲線如圖乙所示，圖丙為由計(jì)算機(jī)對(duì)圖乙進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后記錄的“峰值”及曲線與時(shí)間軸所圍“面積”。(1)根據(jù)圖甲所示的電路，觀察圖乙可知：充電電流與放電電流方向________(選填“相同”或“相反”)，大小都隨時(shí)間________(選填“增大”或“減小”)。(2)該電容器的電容值為________F。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)某同學(xué)認(rèn)為：仍利用上述裝置，將電壓傳感器從電阻兩端改接在電容器的兩端，也可以測(cè)出電容器的電容值。請(qǐng)你分析并說明該同學(xué)的說法是否正確?！敬鸢浮浚?1)相反減小(2)1.0×10－2(3)見解析【解析】：(1)由題圖甲、乙可知，充電和放電時(shí)R兩端的電勢(shì)相反，說明流過R的電流方向相反；電壓均隨時(shí)間減小，說明電流均隨時(shí)間減小。(2)圖像的面積表示Ut，根據(jù)歐姆定律I＝eq\f(U,R)，可知圖像面積與R的比值表示電荷量，故極板所帶最大電荷量Q＝eq\f(182.7,3000)C＝0.0609C，該電容器的電容值C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(0.0609,6)F≈1.0×10－2F。(3)該同學(xué)的說法正確。因?yàn)楫?dāng)開關(guān)S與2連接，電容器放電的過程中，電容器C與電阻R上的電壓大小相等，因此通過對(duì)放電曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后記錄的“峰值Um”及曲線與時(shí)間軸所圍“面積S”，仍可應(yīng)用C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(S,RUm)計(jì)算電容值。考點(diǎn)二電容器及平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析知識(shí)點(diǎn)1．電容器(1)組成：由兩個(gè)彼此______又相距很近的導(dǎo)體組成。(2)帶電荷量：一個(gè)極板所帶電荷量的______。(3)電容器的充、放電：①充電：使電容器帶電的過程，充電后電容器兩極板帶上等量的______，電容器中儲(chǔ)存電場(chǎng)能。②放電：使充電后的電容器失去電荷的過程，放電過程中______轉(zhuǎn)化為其他形式的能。知識(shí)點(diǎn)2．電容(1)定義：電容器所帶的______與電容器兩極板之間的______之比。(2)定義式：C＝eq\f(Q,U)。(3)單位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1F＝______μF＝______pF。(4)意義：表示電容器______本領(lǐng)的高低。(5)決定因素：由電容器本身物理?xiàng)l件(大小、形狀、極板相對(duì)位置及電介質(zhì))決定，與電容器是否帶電及電壓______。知識(shí)點(diǎn)3．平行板電容器的電容(1)決定因素：兩極板的______、電介質(zhì)的______、______。(2)決定式：C＝eq\f(εrS,4πkd)。知識(shí)點(diǎn)4．電容器兩類典型動(dòng)態(tài)問題(1)電容器始終與恒壓電源相連，電容器兩極板間的電勢(shì)差U保持不變。(2)電容器充電后與電源斷開，電容器兩極板所帶的電荷量Q保持不變。(3)兩類典型動(dòng)態(tài)分析思路比較考向1.兩板間電勢(shì)差U保持不變1.如圖所示是一種可測(cè)量物體位移的電學(xué)儀器。當(dāng)被測(cè)物體在左右方向發(fā)生微小的位移時(shí)，會(huì)帶動(dòng)電介質(zhì)進(jìn)出電容器兩板之間，靈敏電流計(jì)的指針也會(huì)左右發(fā)生偏轉(zhuǎn)。已知電流從a到b流過電表時(shí)，電流計(jì)的指針向右偏，則下列說法正確的是()A.當(dāng)電流計(jì)的指針向左偏時(shí)，被測(cè)物體向左移動(dòng)B.當(dāng)電流計(jì)的指針向左偏時(shí)，電容器的電壓增大C.當(dāng)電流計(jì)的指針向右偏時(shí)，電容器的電容增大D.當(dāng)電流計(jì)的指針向右偏時(shí)，電容器的電荷量減小【答案】C【解析】電流計(jì)的指針向左偏時(shí)，可知電容器極板上的電荷量減小，說明電容器放電，由電容定義式C＝eq\f(Q,U)可知，U不變，Q減小，C減小，由電容決定式C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，電容器極板間的電介質(zhì)減少，被測(cè)物體向右移動(dòng)，故A、B錯(cuò)誤；當(dāng)電流計(jì)的指針向右偏時(shí)，同理可得，電源在對(duì)電容器充電，由電容定義式C＝eq\f(Q,U)可知，U不變，Q增大，C增大，故C正確，D錯(cuò)誤?？枷?.兩板間電荷量不變2.某學(xué)校氣象興趣小組的同學(xué)利用所學(xué)物理知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)電容式風(fēng)力傳感器。如圖所示，將電容器與靜電計(jì)組成回路，可動(dòng)電極在風(fēng)力作用下向右移動(dòng)，引起電容的變化，風(fēng)力越大，移動(dòng)距離越大(兩電極不接觸)。若極板上電荷量保持不變，在受到風(fēng)力作用時(shí)，則()A.電容器電容變小B.極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變C.極板間電壓變大D.靜電計(jì)指針張角越小，風(fēng)力越小【答案】B【解析】根據(jù)C＝eq\f(εrS,4πkd)，在受到風(fēng)力作用時(shí)，d減小，則電容器電容變大，故A錯(cuò)誤；極板間電場(chǎng)強(qiáng)度E＝eq\f(U,d)＝eq\f(\f(Q,C),d)＝eq\f(Q,Cd)＝eq\f(4πkQ,εrS)不變，故B正確；極板間電壓U＝eq\f(Q,C)變小，故C錯(cuò)誤；風(fēng)力越小，d越大，極板間電壓越大，靜電計(jì)指針張角越大，故D錯(cuò)誤。3.如圖，一平行板電容器充電后與電源斷開。若電容器的正極板保持不動(dòng)，將負(fù)極板緩慢向右平移一小段距離x0，則電容器的電容C、極板上帶電荷量Q、兩極板間電勢(shì)差U及電場(chǎng)強(qiáng)度E與負(fù)極板移動(dòng)的距離x的關(guān)系圖像正確的是()【答案】D【解析】根據(jù)電容的決定式C＝eq\f(εrS,4πkd)，負(fù)極板向右移動(dòng)，板間距離d增大，電容減小，故A錯(cuò)誤；充電后的電容器與電源斷開連接后，極板帶電荷量Q保持不變，故B錯(cuò)誤；由C＝eq\f(Q,U)，當(dāng)Q不變，C減小時(shí)，U增大，故C錯(cuò)誤；由C＝eq\f(εrS,4πkd)，C＝eq\f(Q,U)，E＝eq\f(U,d)可得E＝eq\f(4πkQ,εrS)，在帶電荷量Q一定時(shí)，只改變距離d，E不變，故D正確?？键c(diǎn)三帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)知識(shí)點(diǎn)1．對(duì)帶電粒子進(jìn)行受力分析時(shí)應(yīng)注意的問題(1)要掌握靜電力的特點(diǎn)。靜電力的大小和方向不僅跟電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向有關(guān)，還跟帶電粒子的電性和電荷量有關(guān)。(2)是否考慮重力依據(jù)情況而定?；玖Ｗ樱喝珉娮印①|(zhì)子、α粒子、離子等除有特殊說明或明確的暗示外，一般不考慮重力(但不能忽略質(zhì)量)。帶電顆粒：如液滴、油滴、塵埃、小球等，除有特殊說明或明確的暗示外，一般都不能忽略重力。知識(shí)點(diǎn)2．做直線運(yùn)動(dòng)的條件(1)粒子所受合外力F合＝0，粒子靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)粒子所受合外力F合≠0且與初速度共線，帶電粒子將做加速直線運(yùn)動(dòng)或減速直線運(yùn)動(dòng)。知識(shí)點(diǎn)3．用動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)分析a＝eq\f(qE,m)，E＝eq\f(U,d)，v2－v02＝2ad知識(shí)點(diǎn)4．用功能觀點(diǎn)分析勻強(qiáng)電場(chǎng)中：W＝Eqd＝qU＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mv02非勻強(qiáng)電場(chǎng)中：W＝qU＝Ek2－Ek1考向1.帶電粒子在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)1.如圖所示，兩極板加上恒定的電壓U，將一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的帶電粒子在正極板附近由靜止釋放，粒子向負(fù)極板做加速直線運(yùn)動(dòng)。不計(jì)粒子重力。若將兩板間距離減小，再次釋放該粒子，則()A．帶電粒子獲得的加速度變小B．帶電粒子到達(dá)負(fù)極板的時(shí)間變短C．帶電粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度變小D．加速全過程靜電力對(duì)帶電粒子的沖量變小【答案】B【解析】根據(jù)E＝eq\f(U,d)，qE＝ma，可得a＝eq\f(qU,md)將兩板間距離減小，帶電粒子獲得的加速度變大，故A錯(cuò)誤；根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律d＝eq\f(1,2)at2，解得t＝eq\r(\f(2md2,qU))，將兩板間距離減小，帶電粒子到達(dá)負(fù)極板的時(shí)間變短，故B正確；根據(jù)動(dòng)能定理有qU＝eq\f(1,2)mv2，解得v＝eq\r(\f(2qU,m))，帶電粒子到達(dá)負(fù)極板時(shí)的速度不變，故C錯(cuò)誤；根據(jù)動(dòng)量定理有I＝mv，可知加速全過程靜電力對(duì)帶電粒子的沖量不變，故D錯(cuò)誤。考向2.帶電體在電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)2.如圖，豎直平面內(nèi)有AB和BC兩段長(zhǎng)度均為L(zhǎng)的粗糙直桿，兩桿在B處平滑連接，AB桿水平、BC桿與水平方向夾角為θ，裝置處于水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中。質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的小球套在桿上，小球從桿上A點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)時(shí)間t到達(dá)B點(diǎn)，沿BC桿運(yùn)動(dòng)過程中小球運(yùn)動(dòng)情況與桿的粗糙程度無關(guān)。重力加速度為g。求：(1)小球在AB桿上運(yùn)動(dòng)的加速度大??；(2)小球從A運(yùn)動(dòng)到C過程中摩擦力所做的功?！敬鸢浮?1)eq\f(2L,t2)(2)【解析】(1)小球在AB桿上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，有L＝eq\f(1,2)at2，解得a＝eq\f(2L,t2)。(2)由題中條件可知，小球在BC直桿上運(yùn)動(dòng)時(shí)不受摩擦力的作用，此時(shí)，重力與靜電力的合力沿桿向下，可知F電＝eq\f(mg,tanθ)小球從A運(yùn)動(dòng)到C過程中，只有在AB桿上才受摩擦力Ff，由牛頓第二定律有F電－Ff＝maWf＝－FfL＝。3.如圖，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的輕質(zhì)絕緣細(xì)桿兩端連接兩個(gè)質(zhì)量均為m的帶電小球A和B，兩小球均可看作質(zhì)點(diǎn)，帶電荷量為qA＝＋6q、qB＝－2q。將小球從圖示位置由靜止釋放，下落一段時(shí)間后B進(jìn)入位于下方的勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域。勻強(qiáng)電場(chǎng)方向豎直向上，電場(chǎng)強(qiáng)度E＝eq\f(mg,q)，重力加速度為g。求：(1)小球A剛進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度大??；(2)要使小球B第一次下落時(shí)不穿出電場(chǎng)下邊界，電場(chǎng)區(qū)域的最小高度H。【答案】(1)eq\r(5gL)(2)3.5L【解析】(1)設(shè)小球A剛進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度大小為v0，從釋放到進(jìn)入電場(chǎng)由動(dòng)能定理可得2mg(L＋eq\f(L,2))＋|qB|EL＝eq\f(1,2)×2mv02－0解得v0＝eq\r(5gL)(2)從釋放到小球B第一次下落時(shí)不穿出電場(chǎng)下邊界，由動(dòng)能定理可得2mg(H＋eq\f(L,2))＋|qB|EH－qAE(H－L)＝0－0解得H＝3.5L。考向3.帶電粒子在交變電場(chǎng)中的直線運(yùn)動(dòng)4.如圖甲所示為粒子直線加速器原理圖，它由多個(gè)橫截面積相同的同軸金屬圓筒依次組成，序號(hào)為奇數(shù)的圓筒與序號(hào)為偶數(shù)的圓筒分別和交變電源相連，交變電源兩極間的電勢(shì)差的變化規(guī)律如圖乙所示。在t＝0時(shí)，奇數(shù)圓筒比偶數(shù)圓筒電勢(shì)高，此時(shí)和偶數(shù)圓筒相連的金屬圓板(序號(hào)為0)的中央有一自由電子由靜止開始在各間隙中不斷加速。若電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，交變電源的電壓為U，周期為T。不考慮電子的重力和相對(duì)論效應(yīng)，忽略電子通過圓筒間隙的時(shí)間。下列說法正確的是()A.電子在圓筒中也做加速直線運(yùn)動(dòng)B.電子離開圓筒1時(shí)的速度為2eq\r(\f(Ue,m))C.第n個(gè)圓筒的長(zhǎng)度應(yīng)滿足Ln＝Teq\r(\f(nUe,2m))D.保持加速器筒長(zhǎng)不變，若要加速比荷更大的粒子，則要調(diào)大交變電壓的周期【答案】C【解析】由于金屬圓筒處于靜電平衡狀態(tài)，圓筒內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，則電子在金屬圓筒中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；電子離開圓筒1時(shí)，由動(dòng)能定理得eU＝eq\f(1,2)mv2，所以電子離開圓筒1瞬間速度為v＝eq\r(\f(2eU,m))，故B錯(cuò)誤；電子從金屬圓筒出來后要繼續(xù)做加速運(yùn)動(dòng)，在金屬圓筒中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為交變電源周期的一半，即eq\f(T,2)，電子在圓筒中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以第n個(gè)圓筒長(zhǎng)度為L(zhǎng)n＝vn·eq\f(T,2)＝eq\f(T,2)eq\r(\f(2neU,m))＝Teq\r(\f(nUe,2m))，故C正確；由C可知，保持加速器筒長(zhǎng)不變，若要加速比荷更大的粒子，則要調(diào)小交變電壓的周期，故D錯(cuò)誤。1．（2024·甘肅·高考真題）一平行板電容器充放電電路如圖所示。開關(guān)S接1，電源E給電容器C充電；開關(guān)S接2，電容器C對(duì)電阻R放電。下列說法正確的是（）A．充電過程中，電容器兩極板間電勢(shì)差增加，充電電流增加B．充電過程中，電容器的上極板帶正電荷、流過電阻R的電流由M點(diǎn)流向N點(diǎn)C．放電過程中，電容器兩極板間電勢(shì)差減小，放電電流減小D．放電過程中，電容器的上極板帶負(fù)電荷，流過電阻R的電流由N點(diǎn)流向M點(diǎn)【答案】C【詳解】A．充電過程中，隨著電容器帶電量的增加，電容器兩極板間電勢(shì)差增加，充電電流在減小，故A錯(cuò)誤；B．根據(jù)電路圖可知，充電過程中，電容器的上極板帶正電荷、流過電阻R的電流由N點(diǎn)流向M點(diǎn)，故B錯(cuò)誤；C．放電過程中，隨著電容器帶電量的減小，電容器兩極板間電勢(shì)差減小，放電電流在減小，故C正確；D．根據(jù)電路圖可知，放電過程中，電容器的上極板帶正電荷，流過電阻R的電流由M點(diǎn)流向N點(diǎn)，故D錯(cuò)誤。故選C。2．（2024·浙江·高考真題）圖示是“研究電容器兩極板間距對(duì)電容大小的影響”實(shí)驗(yàn)，保持電荷量不變，當(dāng)極板間距增大時(shí)，靜電計(jì)指針張角增大，則（）A．極板間電勢(shì)差減小 B．電容器的電容增大C．極板間電場(chǎng)強(qiáng)度增大 D．電容器儲(chǔ)存能量增大【答案】D【詳解】AB．根據(jù)，可得當(dāng)極板間距增大時(shí)電容減小，由于電容器的帶電量不變，故極板間電勢(shì)差增大，故AB錯(cuò)誤；C．根據(jù)得故場(chǎng)強(qiáng)不變，故C錯(cuò)誤；D．移動(dòng)極板的過程中要克服電場(chǎng)力做功，故電容器儲(chǔ)存能量增大，故D正確。故選D。3．（2024·遼寧·高考真題）某種不導(dǎo)電溶液的相對(duì)介電常數(shù)與濃度的關(guān)系曲線如圖（a）所示，將平行板電容器的兩極板全部插入該溶液中，并與恒壓電源，電流表等構(gòu)成如圖（b）所示的電路，閉合開關(guān)S后，若降低溶液濃度，則（）A．電容器的電容減小 B．電容器所帶的電荷量增大C．電容器兩極板之間的電勢(shì)差增大 D．溶液濃度降低過程中電流方向?yàn)镸→N【答案】B【詳解】A．降低溶液濃度，不導(dǎo)電溶液的相對(duì)介電常數(shù)增大，根據(jù)電容器的決定式可知電容器的電容增大，故A錯(cuò)誤；BC．溶液不導(dǎo)電沒有形成閉合回路，電容器兩端的電壓不變，根據(jù)結(jié)合A選項(xiàng)分析可知電容器所帶的電荷量增大，故B正確，C錯(cuò)誤；D．根據(jù)B選項(xiàng)分析可知電容器所帶的電荷量增大，則給電容器充電，結(jié)合題圖可知電路中電流方向?yàn)椋蔇錯(cuò)誤。故選B。4．（2022·重慶·高考真題）如圖為某同學(xué)采用平行板電容器測(cè)量材料豎直方向尺度隨溫度變化的裝置示意圖，電容器上極板固定，下極板可隨材料尺度的變化上下移動(dòng)，兩極板間電壓不變。若材料溫度降低時(shí)，極板上所帶電荷量變少，則（）A．材料豎直方向尺度減小 B．極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變C．極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大 D．電容器電容變大【答案】A【詳解】BCD．根據(jù)電容的決定式可知，根據(jù)題意可知極板之間電壓不變，極板上所帶電荷量變少，極板間距增大，電容減小，極板之間形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，根據(jù)可知極板間電場(chǎng)強(qiáng)度減小，BCD錯(cuò)誤；A．極板間距增大，材料豎直方向尺度減小，A正確；故選A。5．（2022·福建·高考真題）我國(guó)霍爾推進(jìn)器技術(shù)世界領(lǐng)先，其簡(jiǎn)化的工作原理如圖所示。放電通道兩端電極間存在一加速電場(chǎng)，該區(qū)域內(nèi)有一與電場(chǎng)近似垂直的約束磁場(chǎng)（未畫出）用于提高工作物質(zhì)被電離的比例。工作時(shí)，工作物質(zhì)氙氣進(jìn)入放電通道后被電離為氙離子，再經(jīng)電場(chǎng)加速噴出，形成推力。某次測(cè)試中，氙氣被電離的比例為95%，氙離子噴射速度為，推進(jìn)器產(chǎn)生的推力為。已知氙離子的比荷為；計(jì)算時(shí)，取氙離子的初速度為零，忽略磁場(chǎng)對(duì)離子的作用力及粒子之間的相互作用，則（）A．氙離子的加速電壓約為B．氙離子的加速電壓約為C．氙離子向外噴射形成的電流約為D．每秒進(jìn)入放電通道的氙氣質(zhì)量約為【答案】AD【詳解】AB．氙離子經(jīng)電場(chǎng)加速，根據(jù)動(dòng)能定理有可得加速電壓為故A正確，B錯(cuò)誤；D．在時(shí)間內(nèi)，有質(zhì)量為的氙離子以速度噴射而出，形成電流為，由動(dòng)量定理可得進(jìn)入放電通道的氙氣質(zhì)量為，被電離的比例為，則有聯(lián)立解得故D正確；C．在時(shí)間內(nèi)，有電荷量為的氙離子噴射出，則有，聯(lián)立解得故C錯(cuò)誤。故選AD。6．（2024·廣西·高考真題）某同學(xué)為探究電容器充、放電過程，設(shè)計(jì)了圖甲實(shí)驗(yàn)電路。器材如下：電容器，電源E（電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻不計(jì)），電阻R1=400.0Ω，電阻R2=200.0Ω，電流傳感器，開關(guān)S1、S2，導(dǎo)線若干。實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)斷開S1、S2，將電流傳感器正極與a節(jié)點(diǎn)相連，其數(shù)據(jù)采樣頻率為5000Hz，則采樣周期為s；(2)閉合S1，電容器開始充電，直至充電結(jié)束，得到充電過程的I—t曲線如圖乙，由圖乙可知開關(guān)S1閉合瞬間流經(jīng)電阻R1的電流為mA（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）；(3)保持S1閉合，再閉合S2，電容器開始放電，直至放電結(jié)束，則放電結(jié)束后電容器兩極板間電壓為V；(4)實(shí)驗(yàn)得到放電過程的I—t曲線如圖丙，I—t曲線與坐標(biāo)軸所圍面積對(duì)應(yīng)電容器釋放的電荷量為0.0188C，則電容器的電容C為μF。圖丙中I—t曲線與橫坐標(biāo)、直線t=1s所圍面積對(duì)應(yīng)電容器釋放的電荷量為0.0038C，則t=1s時(shí)電容器兩極板間電壓為V（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。【答案】(1)(2)15.0(3)2(4)4.7×1032.8【詳解】（1）采樣周期為（2）由圖乙可知開關(guān)S1閉合瞬間流經(jīng)電阻R1的電流為15.0mA；（3）放電結(jié)束后電容器兩極板間電壓等于R2兩端電壓，根據(jù)閉合電路歐姆定律得電容器兩極板間電壓為（4）[1]充電結(jié)束后電容器兩端電壓為，故可得解得[2]設(shè)t=1s時(shí)電容器兩極板間電壓為，得代入數(shù)值解得7．（2023·福建·高考真題）某同學(xué)用圖（a）所示的電路觀察矩形波頻率對(duì)電容器充放電的影響。所用器材有：電源、電壓傳感器、電解電容器C（，），定值電阻R（阻值）、開關(guān)S、導(dǎo)線若干。（1）電解電容器有正、負(fù)電極的區(qū)別。根據(jù)圖（a），將圖（b）中的實(shí)物連線補(bǔ)充完整；

（2）設(shè)置電源，讓電源輸出圖（c）所示的矩形波，該矩形波的頻率為；

（3）閉合開關(guān)S，一段時(shí)間后，通過電壓傳感器可觀測(cè)到電容器兩端的電壓隨時(shí)間周期性變化，結(jié)果如圖（d）所示，A、B為實(shí)驗(yàn)圖線上的兩個(gè)點(diǎn)。在B點(diǎn)時(shí)，電容器處于狀態(tài)（填“充電”或“放電”）在點(diǎn)時(shí)（填“A”或“B”），通過電阻R的電流更大；（4）保持矩形波的峰值電壓不變，調(diào)節(jié)其頻率，測(cè)得不同頻率下電容器兩端的電壓隨時(shí)間變化的情況，并在坐標(biāo)紙上作出電容器上最大電壓與頻率f關(guān)系圖像，如圖（e）所示。當(dāng)時(shí)電容器所帶電荷量的最大值C（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；

（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，電容器在充放電過程中，其所帶的最大電荷量在頻率較低時(shí)基本不變，而后隨著頻率的增大逐漸減小?！敬鸢浮?/p>

充電B【詳解】（1）[1]根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖，如圖所示（2）[2]由圖（c）可知周期，所以該矩形波的頻率為（3）[3][4]由圖（d）可知，B點(diǎn)后電容器兩端的電壓慢慢增大，即電容器處于充電狀態(tài)；從圖中可得出，A點(diǎn)為放電快結(jié)束階段，B點(diǎn)為充電開始階段，所以在B點(diǎn)時(shí)通過電阻R的電流更大。（4）[5]由圖（e）可知當(dāng)時(shí)，電容器此時(shí)兩端的電壓最大值約為根據(jù)電容的定義式得此時(shí)電容器所帶電荷量的最大值為8．（2024·重慶·高考真題）探究電容器充放電規(guī)律，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，有電源E，定值電阻R0，電容器C，單刀雙置開關(guān)S。

(1)為測(cè)量電容器充放電過程電壓U和電流I變化，需在①、②處接入測(cè)量?jī)x器，位置②應(yīng)該接入測(cè)（電流、電壓）儀器。(2)接通電路并接通開關(guān)，當(dāng)電壓表示數(shù)最大時(shí)，電流表示數(shù)為。(3)根據(jù)測(cè)到數(shù)據(jù)，某過程中電容器兩端電壓U與電流I的關(guān)系圖如圖乙所示。該過程為（充電，放電）。放電過程中電容器兩端電壓U隨時(shí)間t變化關(guān)系如圖丙所示。0.2s時(shí)R0消耗的功率W。【答案】(1)電壓(2)0(3)放電0.32【詳解】（1）位置②與電容器并聯(lián)，為測(cè)電壓儀器。（2）電壓表示數(shù)最大時(shí)，電容器充電完畢，電流表示數(shù)為零。（3）[1]電容器放電時(shí)電壓和電流都減小，圖像逆向分析，該過程為電容器放電過程。[2]電容器充電完畢后的電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)，大小為12V，由題圖丙可知t=0.2s時(shí)電容器兩端電壓為U=8V，由題圖乙可知當(dāng)U=8V時(shí)，電流I=40mA，則電阻R0消耗的功率為P=8×40×10－3W=0.32W9．（2024·海南·高考真題）用如圖a所示的電路觀察電容器的充放電現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)器材有電源E、電容器C、電壓表、電流表、電流傳感器、計(jì)算機(jī)、定值電阻R、單刀雙擲開關(guān)、開關(guān)、導(dǎo)線若干(1)閉合開關(guān)，將接1，電壓表示數(shù)增大，最后穩(wěn)定在12.3V。在此過程中，電流表的示數(shù)_____（填選項(xiàng)標(biāo)號(hào)）A．一直穩(wěn)定在某一數(shù)值B．先增大，后逐漸減小為零C．先增大，后穩(wěn)定在某一非零數(shù)值(2)先后斷開開關(guān)、，將電流表更換成電流傳感器，再將接2，此時(shí)通過定值電阻R的電流方向（選填“”或“”），通過傳感器將電流信息傳入計(jì)算機(jī)，畫出電流隨時(shí)間變化的圖像，如圖b，時(shí)，圖中M、N區(qū)域面積比為8∶7，可求出（保留2位有效數(shù)字）?！敬鸢浮?1)B(2)【詳解】（1）電容器充電過程中，當(dāng)電路剛接通后，電流表示數(shù)從0增大某一最大值，后隨著電容器的不斷充電，電路中的充電電流在減小，當(dāng)充電結(jié)束電路穩(wěn)定后，此時(shí)電路相當(dāng)于開路，電流為0。故選B。（2）[1]根據(jù)電路圖可知充電結(jié)束后電容器上極板帶正電，將接2，電容器放電，此時(shí)通過定值電阻R的電流方向；[2]時(shí)可知此時(shí)電容器兩端的電壓為電容器開始放電前兩端電壓為，根據(jù)圖像與橫軸圍成的面積表示放電量可得間的放電量為后到放電結(jié)束間放電量為根據(jù)題意，解得10．（2024·浙江·高考真題）在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)中，把電阻箱（）、一節(jié)干電池、微安表（量程，零刻度在中間位置）、電容器（、）、單刀雙擲開關(guān)組裝成如圖1所示的實(shí)驗(yàn)電路。（1）把開關(guān)S接1，微安表指針迅速向右偏轉(zhuǎn)后示數(shù)逐漸減小到零：然后把開關(guān)S接2，微安表指針偏轉(zhuǎn)情況是；A．迅速向右偏轉(zhuǎn)后示數(shù)逐漸減小

B．向右偏轉(zhuǎn)示數(shù)逐漸增大C．迅速向左偏轉(zhuǎn)后示數(shù)逐漸減小

D．向左偏轉(zhuǎn)示數(shù)逐漸增大（2）再把電壓表并聯(lián)在電容器兩端，同時(shí)觀察電容器充電時(shí)電流和電壓變化情況。把開關(guān)S接1，微安表指針迅速向右偏轉(zhuǎn)后示數(shù)逐漸減小到時(shí)保持不變；電壓表示數(shù)由零逐漸增大，指針偏轉(zhuǎn)到如圖2所示位置時(shí)保持不變，則電壓表示數(shù)為V，電壓表的阻值為（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）?！敬鸢浮緾0.503.1【詳