初中物理设计电路图有什么诀窍（来源于课本而又高于课本）

电容器是非常重要的一个电子元件。在高考中常以平行板电容器为基础创设新的物理情景，考查电容器的电容、电容器极板间电场的性质、带电粒子在其电场中的运动、以及闭合电路规律等等知识的综合应用。能很好的考查学生综合能力，符合“来源于课本，而又高于课本”的理念。在高考中以电容器创设新的物理情景浅析如下，以供大家参考。

一，平行板电容器的极板倾斜放置

例1．（2012年新课表卷）如图1所示，平行板电容器的两个极板与水平地面成一角度，两极板与一直流电源相连．若一带电粒子恰能沿图中所示水平直线通过电容器，则在此过程中，该粒子

A．所受重力与电场力平衡

B．电势能逐渐增加

C．动能逐渐增加

D．做匀变速直线运动

答案：BD

解析：要使粒子做直线运动，必须使合力与运动方向在一直线上，由题意受力分析可知，粒子受重力竖直向下，电场力垂直极板向上，合力水平向左，如图2所示。故A错。

因电场力做负功，故电势能增加，B正确。合力做负功，故动能减少，C错。因合力为定值且与运动方向在一直线上，粒子做匀减速直线运动，故选项D正确。

例2.（2016海南卷）如图3所示，平行板电容器两极板的间距为d，极板与水平面成45°角，上极板带正电。一电荷量为q（q>0）的粒子在电容器中靠近下极板处。以初动能竖直向上射出。不计重力，极板尺寸足够大，若粒子能打到上极板，则两极板间电场强度的最大值为

A． B.

C． D．

答案: B

解析：将粒子运动分解为平行于电容器极板的匀速运动和垂直于电容器极板的匀减速运动。因此可把粒子初速度分解为平行于极板的和垂直于极板的,如图4所示。

当时，粒子刚好能到达上极板，此时电场强度最大。则有,,,得。故选项B正确。

点评：在中学物理教材中，平行板电容器两极板常常是水平放置或竖直放置。高考中打破常规，把电容器的两极板倾斜放置，创设新的物理情景。例1是2012年全国新课标卷，带电粒子在电场中做匀变速直线运动情景,考查物体做直线运动的条件、电场力的性质和电场能的性质；例2是2016海南卷，带电粒子在电场中做类斜抛运动情景,考查运动合成与分解方法解决匀变速曲线运动。

二，平行板电容器极板发生平移

例3.（2016天津卷）如图5所示，平行板电容器带有等量异种电荷，与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地，在两极板间有一个固定在P点的点电荷，以E表示两板间的电场强度，表示点电荷在P点的电势能，表示静电计指针的偏角。若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置，则

A、增大，E增大

B、增大，不变

C、减小，增大

D、减小，E不变

答案：D

解析：当电容器上板下移，d减小。由可知，C变大。根据题意Q一定，由可知，U减小，静电计指针的偏角θ减小；根据，,得,可知Q一定时，E不变；由于P点离下板的距离不变，E不变，根据可知P点与下板的电势差不变，即P点电势不变，则不变；故选项D正确。

例4. （2017海南卷）如图6所示，平行板电容器的两极板竖直放置并分别与电源的正负极相连，一带电小球经绝缘轻绳悬挂于两极板之间，处于静止状态。现保持右极板不动，将左极板向左缓慢移动。关于小球所受的电场力大小F和绳子的拉力大小T，下列判断正确的是

A．F逐渐减小，T逐渐减小

B．F逐渐增大，T逐渐减小

C．F逐渐减小，T逐渐增大

D．F逐渐增大，T逐渐增大

答案：A

解析：由题意可知电容器始终与电源相连接，则电容器两极板间的电压U不变，当电容器左极板向左缓慢移动时d变大，由可知板间的电场强度E减小。则由可知小球所受的电场力F减小，细绳与竖直方向的夹角也变小。根据共点力的平衡条件可知，绳子的拉力大小，由于细绳与竖直方向的夹角变小，则值变大，则绳子上的拉力大小T变小。故选项A正确。

点评：关于电容器的动态分析是高考中考查电容器的典型题型，出现的频率较高。例3是2016天津卷，是以电容器所带电荷量Q不变的情景，考查电容器之间电场力的性质和电场能的性质。例4是2017海南卷，是以电容器两极板间的电压U不变的情景，考查电容器之间带电小球在共点力作用下动态平衡问题。

三，平行板电容器极板发生转动

例5．(2015全国卷Ⅱ) 如图7所示，两平行的带电金属板水平放置．若在两板中间a点从静止释放一带电微粒，微粒恰好保持静止状态．现将两板绕过a点的轴(垂直于纸面)逆时针旋转45°，再由a点从静止释放一同样的微粒，该微粒将

A．保持静止状态

B．向左上方做匀加速运动

C．向正下方做匀加速运动

D．向左下方做匀加速运动

答案：D

解析：由题意，带电微粒开始保持静止状态，其所受重力和电场力是一对平衡力。现将两板绕过a点的轴（垂直于纸面）逆时针旋转45°时，两板间的电场强度大小不变，电场力大小也不变，但其方向逆时针旋转45°，如图8所示。

所以重力和电场力的合力方向斜向左下方，带电微粒将向左下方做匀加速运动，故选项D正确。

例6.（2018·江苏卷）如图9所示，水平金属板A、B分别与电源两极相连，带电油滴处于静止状态．现将B板右端向下移动一小段距离，两金属板表面仍均为等势面，则该油滴

A. 仍然保持静止

B. 竖直向下运动

C. 向左下方运动

D. 向右下方运动

答案：D

解析：电容器两极板水平放置时，其间为匀强电场，带电粒子处于平衡状态，则带电粒子所受重力和电场力时一对平衡力。当下极板绕B端旋转时，其间电场变为非匀强电场，电场线如图10所示，

电场线发生弯曲，电场力方向发生改变。由于板间距离增大，场强减小，电场力小于重力。所以带电粒子所以重力与电场力的合力偏向右下方，故粒子向右下方运动，选项D正确。

点评：以带电粒子在平行板电容器电场中的平衡问题为背景，考查平行板电容器间的电场及电荷受力运动的问题。当电容器极板发生转动时，其极板间的带电粒子所受电场力发生改变，从而引起带电粒子的运动状态发生改变。例5是2015全国Ⅱ卷，是电容器两极板同时转动情景。此时带电粒子所受电场力大小没变，而只是电场力方向发生了改变。例6是2018年江苏卷，是电容器一个极板转动的情景。此时带电粒子所受电场力大小和方向都发生改变。

四，平行板电容器接在交变电源上

例7.（2011安徽卷）如图11所示，两平行正对的金属板A、B间加有如图12所示的交变电压，一重力可忽略不计的带正电粒子被固定在两板的正中间P处。若在时刻释放该粒子，粒子会时而向A板运动，时而向B板运动，并最终打在A板上。则t0可能属于的时间段是

A.

B.

C.

D.

答案：B

解析：若，带正电粒子先加速向B板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向右运动的距离大于向左运动的距离，最终打在B板上，所以A错误。若，带正电粒子先加速向A板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向左运动的距离大于向右运动的距离，最终打在A板上，所以B正确。若 ，带正电粒子先加速向A板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向左运动的距离小于向右运动的距离，最终打在B板上，所以C错误。若，带正电粒子先加速向B板运动、再减速运动至零；然后再反方向加速运动、减速运动至零；如此反复运动，每次向右运动的距离大于向左运动的距离，最终打在B板上，所以D错误。

例8．(2015山东卷）如图13所示，两水平金属板间距为d，板间电场强度的变化规律如图14所示．t＝0时刻，质量为m的带电微粒以初速度沿中线射入两板间，时间内微粒匀速运动，T时刻微粒恰好经金属板边缘飞出．微粒运动过程中未与金属板接触．重力加速度的大小为g.关于微粒在时间内运动的描述，正确的是

A．末速度大小为

B．末速度沿水平方向

C．重力势能减少了

D．克服电场力做功为

答案: BC.

解析：带电粒子在交变电场中的运动可分成三段分析，由题意，时间内带电微粒做匀速运动，则 ；在时间内，粒子只受重力作用，做平抛运动，在时刻的竖直速度为，水平速度为；在时间内，由牛顿第二定有，解得,方向竖直向上，微粒在竖直方向做匀减速运动，T时刻竖直分速度为零，水平速度仍为，选项B正确。重力势能减小量，选项C正确。从射入到射出，在竖直方上i由动能定理可知，，因此克服电场力做功，选项D错误。

点评：把平行板电容器接在交变电源上创设新的情景。当电源发生改变时，电容器间的电场强度相应变化，其间的带电粒子所受电场力发生改变，带电粒子的运动过程往往比较复杂，一般采用分段处理。例7是2011年安徽卷，是电容器接上交变电源时，带电粒子在其间做往复直线运动的情景，可由对称性分析。例8是2015是山东卷，是电容器接上交变电源时，带电粒子在其间复合场中做曲线运动的情景，由运动合成和分解分析。

五，电容器电路串联一个理想二极管

例9.如图15所示，D是一只二极管，它的作用是只允许电流从a流向b，不允许电流从b流向a，平行板电容器AB内部原有电荷P处于静止状态，当两极板A和B的间距稍增大一些的瞬间(两极板仍平行)，P的运动情况将是

A．仍静止不动

B．向下运动

C．向上运动

D．无法判断

答案：A

解析：电容器AB内部原有电荷P处于静止状态，电荷P所受重力和电场力是一对平衡力。当两极板A和B的间距稍增大一些的瞬间，根据电容的决定式可知，电容C减小。而电压不变时，由电容定义式可知，电荷量Q要减小。但由于电路中连接的二极管具有单向导电性，电荷不能按从b到a方向放电，故电容器A、B两极板上的电荷量不变，板间场强不变，电荷所受电场力不变，仍保持静止状态。故选项A正确．

例10. 如图16所示，D是一个具有单向导电性的理想二极管，水平放置的平行板电容器AB内部原有带电微粒P处于静止状态。下列措施下，关于P的运动情况说法中正确的是

A. 保持S闭合，增大A、B板间距离，P仍静止

B. 保持S闭合，减小A、B板间距离，P向上运动

C. 断开S后，增大A、B板间距离，P向下运动

D. 断开S后，减小A、B板间距离，P仍静止

答案：ABD

解析：保持S闭合，电源的路端电压不变。当增大A、B板间距离时，根据可知，电容减小，又根据可知，电容器所带电量要减小。但由于二极管的单向导电性，电容器不能放电，其电量保持不变。由推论可知，板间场强不变，微粒所受电场力不变，仍处于静止状态。选项A正确。当减小A、B板间距离时，根据可知，电容增大，又根据可知，电容器所带电量要增大，此时二极管导通，电容器两端电压不变。由可知，板间场强增大，电场力增大，带电微粒将向上运动，选项B正确。

断开S后，由于二极管的单向导电性，电容器不能放电，电容器的电荷量保持不变，由推论可知，无论增大A、B板间距离，还是减小A、B板间距离，板间场强都不变，微粒所受电场力不变，仍处于静止状态。选项D正确。

点评：闭合电路中在电容器支路上串联一个理想二极管创设新的情景。首先要假设电容器电压不变的情况下，分析电容器是放电还是充电，从而根据二极管的单向导电性确定，电容器实际情况是保持电压不变还是保持电荷量不变。例9是二级管和电容器直接串联在电源两端情景。例10是二极管和电容器串联作为闭合电路的一个支路的情景。

六，平行板电容器在实际中的应用----电容式传感器

例11. 某电容式话筒的原理示意图如图17所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板．对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动．在P、Q间距增大过程中

A．P、Q构成的电容器的电容增大

B．P上电荷量保持不变

C．M点的电势比N点的电势低

D．M点的电势比N点的电势高

答案：D　

解析：电容式话筒实际上是由薄片P和Q两金属极板构成一个平行板电容器，其与电源串联，电压保持不变。在P、Q间距增大过程中，根据可知，电容器的电容减小。 又根据可知，电容器所带电量减小。电容器放电电流通过电阻R的方向由M到N，所以M点的电势比N点的高。故选项D正确。

例12. 如图18所示,是测定液面高度h的电容式传感器示意图，E为电源，G为灵敏电流计，A为固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体．已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系为：电流从左边接线柱流进电流计，指针向左偏．如果在导电液体的深度h发生变化时观察到指针正向左偏转，则

A．导体芯A所带电荷量在增加，液体的深度h在增大

B．导体芯A所带电荷量在减小，液体的深度h在增大

C．导体芯A所带电荷量在增加，液体的深度h在减小

D．导体芯A所带电荷量在减小，液体的深度h在减小

答案: D

解析: 测定液面高度h的电容式传感器，实际上是由导体芯A外表面和导电液C与绝缘物质B接触面构成的电容器，相当于一个平行板电容器。该电容器与电源串联，其电压保持不变。电流计指针向左偏转，说明流过电流计G的电流由左向右流，则导体芯A所带电荷量在减少。由可知，电容器的电容减小，根据可知正对面积减小，则液体的深度h在减小。故选项D正确。

点评：电容式传感器是电容器在实际中的一个重要的应用。电容式传感器与电源等元件构成闭合电路，把非电信号转化为电信号。考查电容器和电路相关知识。例11是电容式话筒为情景，其工作过程中是改变电容器两极板间距离引起电容变化。例12是测定液面高度h的电容式传感器为背景，其工作过程中是改变电容器两极板正对面积引起电容变化。

可见,在物理教学中,应注重对物理情景的创新设计。在新的物理情景中，既能使学生对基本概念和规律的深入理解，又能达到举一反三的效果。能更好的培养学生的科学素养。

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