2024版高中同步新教材必修第三冊（人教版）物理 第十章 靜電場中的能量 4電容器的電容

第十章靜電場中的能量4電容器的電容基礎(chǔ)過關(guān)練題組一對(duì)電容器和電容的理解1.(2023云南楚雄天人中學(xué)月考)由電容器電容的定義式C=QU可知()A.只有電容器帶電時(shí),電容C才不為零B.電容C與電容器所帶電荷量Q成正比,與電壓U成反比C.電容在數(shù)值上等于使兩板間的電壓增加1V時(shí)所需增加的電荷量D.電容器所帶電荷量是兩極板所帶電荷量的代數(shù)和2.(2022山東淄博期末)某同學(xué)用圖像描述某電容器充電時(shí),其電荷量Q、電壓U、電容C之間的關(guān)系,下列圖像正確的是()3.(2021吉林長春第一五一中學(xué)月考)有一已充電的電容器,兩極板間的電壓為3V,所帶電荷量為4.5×10-4C,此電容器的電容是()A.7.5×10-5FB.1.5×10-4FC.1.35×10-3FD.2.7×10-3F題組二電容器充、放電的特點(diǎn)4.(2023四川樂山沫若中學(xué)月考)某一電容器所帶電荷量和兩極板間電壓之間的關(guān)系圖線如圖所示,若將該電容器兩極板間的電壓從36V升高到40V,下列說法正確的是()A.該過程是充電過程B.該過程是放電過程C.電容器的電容為5.0×103μFD.該過程中電容器所帶電荷量的變化量為0.20C5.(2022重慶復(fù)旦中學(xué)期中)王老師利用如圖電路研究電容器的充、放電問題,單刀雙擲開關(guān)S原來跟2相接,從t=0開始,開關(guān)改接1,再將開關(guān)S撥向2位置,則流過電路中P點(diǎn)的電流大小隨時(shí)間變化的圖像及電容器兩極板間的電勢差UAB隨時(shí)間變化的圖像可能正確的是()6.(2023北京順義區(qū)第一中學(xué)月考)某同學(xué)使用圖甲所示電路觀察電容器的充、放電過程。電路中的電流傳感器與計(jì)算機(jī)相連,可以顯示電路中電流隨時(shí)間的變化。圖甲中直流電源電壓E=8V,實(shí)驗(yàn)前電容器不帶電。先使S與“1”端相連給電容器充電,充電結(jié)束后,使S與“2”端相連,直至放電完畢。計(jì)算機(jī)記錄的電流隨時(shí)間變化的i-t曲線如圖乙所示。(1)圖像陰影表示i-t圖像與對(duì)應(yīng)時(shí)間軸所圍成的面積,面積表示的物理意義是;

(2)乙圖中陰影部分的面積S1S2(選填“>”“<”或“=”);

(3)計(jì)算機(jī)測得S1=1203mA·s,則該電容器的電容為F;(保留兩位有效數(shù)字)

(4)由甲、乙兩圖可判斷阻值R1R2(選填“>”“<”或“=”)。

題組三平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析7.(2023黑龍江齊齊哈爾月考)平行板電容器與電源始終保持相連,在右極板由虛線位置平移到如圖所示的實(shí)線位置的過程中,設(shè)兩極板間的電壓為U、電場強(qiáng)度為E,電容器的電容為C、所帶電荷量為Q,以下說法正確的是()A.電路是斷路,不可能有電荷定向移動(dòng)B.有負(fù)電荷從a到b定向移動(dòng),電流方向?yàn)轫槙r(shí)針C.U不變,E變大,C變小,Q變小D.U不變,E變小,C變大,Q變大8.(2022江蘇鹽城模擬)如圖所示,平行板電容器通過一滑動(dòng)變阻器R與直流電源連接,G為一零刻度在表盤中央的電流計(jì),閉合開關(guān)S后,下列說法中正確的是()A.若在兩板間插入電介質(zhì),電容器的電容變小B.若在兩板間插入一導(dǎo)體板,電容器的電荷量變小C.若將滑動(dòng)變阻器滑片P向上移動(dòng),電容器的電荷量變大D.若將電容器下極板向下移動(dòng)一小段距離,此過程電流計(jì)中有從a到b方向的電流題組四常用電容器9.(2022廣東廣州第四中學(xué)月考)如圖是一個(gè)電解電容器,由標(biāo)注的參數(shù)可知()A.電容器的擊穿電壓為100VB.當(dāng)電容器的電壓低于100V時(shí),電容器無法工作C.給電容器加50V電壓時(shí),電容器的電容為110μFD.電容器允許容納的最大電荷量為0.022C10.(2023黑龍江哈爾濱三中月考)如圖甲所示為老式收音機(jī)里的可變電容器,它是通過改變可變電容器的電容來調(diào)諧從而達(dá)到調(diào)臺(tái)的目的。其中固定不動(dòng)的一組為定片,能轉(zhuǎn)動(dòng)的一組為動(dòng)片,動(dòng)片與定片之間以空氣作為電介質(zhì)。把它接在如圖乙所示的電路中,下列說法正確的是()A.當(dāng)動(dòng)片從定片中旋出時(shí),電容器的電荷量減少,電阻中電流由b流向aB.當(dāng)動(dòng)片從定片中旋出時(shí),電容器的電荷量增加,電阻中電子由b流向aC.當(dāng)動(dòng)片旋進(jìn)定片時(shí),電容器的電荷量增加,電阻中電子由a流向bD.當(dāng)動(dòng)片旋進(jìn)定片時(shí),電容器的電荷量減少,電阻中電流由b流向a能力提升練題組一電容器動(dòng)態(tài)分析問題1.(2023河北邯鄲摸底)探究影響平行板電容器電容的有關(guān)因素的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是()A.實(shí)驗(yàn)前,如果只用與毛皮摩擦過的硬橡膠棒與電容器a板接觸,不能使電容器帶電B.實(shí)驗(yàn)時(shí),只將電容器b板向上平移,兩板間電場強(qiáng)度不變,靜電計(jì)指針的張角變小C.實(shí)驗(yàn)時(shí),只在極板間插入有機(jī)玻璃板,兩板間電場強(qiáng)度減小,靜電計(jì)指針的張角變小D.實(shí)驗(yàn)時(shí),只將電容器b板向左平移,兩板間電場強(qiáng)度增大,靜電計(jì)指針的張角變大2.(2023廣東惠州一中期中)如圖所示,平行板電容器與電壓為E的直流電源連接,下極板接地,靜電計(jì)所帶電荷量很少,可忽略,開關(guān)閉合,穩(wěn)定時(shí)一帶電的油滴靜止于兩極板間的P點(diǎn),下列說法正確的是()A.保持S閉合,將上極板右移一小段距離后,靜電計(jì)指針的張角變大B.保持S閉合,將上極板下移一小段距離后,P點(diǎn)電勢升高C.若斷開S,將上極板右移一小段距離后,帶電油滴向上運(yùn)動(dòng)D.若斷開S,將上極板下移一小段距離,帶電油滴的電勢能不變3.(2023山東東營廣饒一中月考)如圖所示,平行板電容器與直流電源、理想二極管(正向電阻為零,可以視為短路;反向電阻無窮大,可以視為斷路)連接,電源負(fù)極接地,初始時(shí)電容器不帶電。閉合開關(guān)S穩(wěn)定后,一帶電油滴位于電容器極板間的P點(diǎn)且處于靜止?fàn)顟B(tài),下列說法正確的是()A.減小極板的正對(duì)面積,帶電油滴會(huì)向下移動(dòng),且P點(diǎn)的電勢會(huì)降低B.減小極板的正對(duì)面積,帶電油滴會(huì)向上移動(dòng),且P點(diǎn)的電勢會(huì)升高C.將下極板上移,帶電油滴向上運(yùn)動(dòng)D.斷開開關(guān)S,帶電油滴將向下運(yùn)動(dòng)題組二電容器在生活中的應(yīng)用4.(2022天津南開中學(xué)期末,改編)心臟除顫器是通過一個(gè)電容器放電時(shí)的脈沖電流作用于心臟,實(shí)施電擊治療,使患者心臟恢復(fù)正常跳動(dòng)的儀器。如圖所示,心臟除顫器的電容器電容為12μF,充電后電容器電壓為8.0kV。如果電容器在3.0ms時(shí)間內(nèi)完成放電,下列說法正確的是()A.放電之后,電容器的電容為零B.該電容器的擊穿電壓為8.0kVC.放電之前,電容器存儲(chǔ)的電荷量為96CD.該次放電通過人體的平均電流為32A5.(2023遼寧鞍山協(xié)作校聯(lián)考)圖示為某電容傳聲器結(jié)構(gòu)示意圖,當(dāng)人對(duì)著傳聲器講話時(shí),膜片會(huì)振動(dòng)。若某次膜片振動(dòng)時(shí),膜片與極板間的距離減小,則在此過程中()A.膜片與極板間的電容減小B.極板所帶電荷量減小C.膜片與極板間的電場強(qiáng)度增大D.電阻R中有向上的電流6.(2022重慶八中模擬)在生產(chǎn)紡織品、紙張等絕緣材料時(shí),為了實(shí)時(shí)監(jiān)控其厚度,通常要在生產(chǎn)流水線上設(shè)置如圖所示傳感器。其中A、B為平行板電容器的上、下兩個(gè)極板,上下位置均固定,且分別接在恒壓直流電源的兩極上(電源電壓小于材料的擊穿電壓)。下列說法正確的是()A.當(dāng)產(chǎn)品厚度不變時(shí),通過電流計(jì)G的電流不變B.當(dāng)產(chǎn)品變厚時(shí),A、B兩板間的場強(qiáng)減小C.當(dāng)產(chǎn)品變厚時(shí),A、B兩板的電荷量變大D.當(dāng)產(chǎn)品變薄時(shí),有電流從b向a流過電流計(jì)題組三平行板電容器與力學(xué)知識(shí)的綜合7.(2023浙江浙南名校聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示,一輕質(zhì)絕緣細(xì)線一端固定在O點(diǎn),另一端系一電荷量大小為q、質(zhì)量為m的小球,小球靜止懸掛放置在平行板電容器極板A、B間,A、B兩極板間的距離為d,電容器兩板連接在電源兩端,細(xì)線與豎直方向夾角θ=60°,細(xì)線、小球在豎直平面內(nèi)(即紙面內(nèi)),A、B兩板與紙面垂直、與細(xì)線平行。已知重力加速度為g,則下列說法正確的是()A.此時(shí)細(xì)線的拉力F=32B.電源電壓U=mgdC.若保持兩板正對(duì)面積不變,B板向A板緩慢靠近,則細(xì)線的拉力變大D.若保持兩板正對(duì)面積不變,B板向A板緩慢靠近,則小球?qū)⒕徛乱?.(2023河南部分重點(diǎn)高中聯(lián)考)如圖所示,真空中有一對(duì)豎直放置的平行金屬板,兩板之間的距離為d,在O點(diǎn)用長為l的絕緣輕繩系一質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電小球。當(dāng)兩板之間加上恒定的電壓時(shí),小球自O(shè)點(diǎn)正下方的M點(diǎn)由靜止開始運(yùn)動(dòng),到N點(diǎn)時(shí)速度恰好為零,ON水平,已知重力加速度大小為g,則下列說法正確的是()A.小球可以在N點(diǎn)靜止B.兩板之間的電場強(qiáng)度大小為2C.小球的最大速度為22D.輕繩對(duì)小球的最大拉力為(32-2)mg

答案與分層梯度式解析第十章靜電場中的能量4電容器的電容基礎(chǔ)過關(guān)練1.C2.D3.B4.AC5.BD7.B8.C9.D10.C1.CC=QU是比值定義式,電容的大小與電容器所帶電荷量和電壓無關(guān),A、B錯(cuò)誤;根據(jù)C=ΔQΔU可知,電容在數(shù)值上等于使兩板間的電壓增加1V時(shí)所需增加的電荷量,C正確易錯(cuò)警示對(duì)電容器和電容的三點(diǎn)理解(1)電容器是一個(gè)儀器,而電容是一個(gè)物理量,它表征了電容器容納電荷的本領(lǐng),不能把電容器簡稱為電容。(2)電容器所帶的電荷量Q=CU,隨電壓的升高而增大,與電壓成正比。電容器的電荷量是指一個(gè)極板上電荷量的絕對(duì)值。(3)電容C=QU是用比值定義法定義的,不能說電容C與Q成正比、與U成反比,電容C由電容器本身的性質(zhì)決定,與Q、U2.D對(duì)于同一個(gè)電容器來說,其電容是不變的,電容器充電過程中電荷量逐漸增加,電壓也逐漸增加,A、B錯(cuò)誤,D正確;由C=QU,整理得Q=CU,當(dāng)電容不變時(shí),電荷量與電壓成正比,3.B由C=QU可知C=4.5×10?44.AC由圖像可知,電壓升高,電容器所帶的電荷量增大,則屬于充電過程,A正確,B錯(cuò)誤;根據(jù)圖像,當(dāng)電壓為40V時(shí),電荷量為0.2C,故電容器的電容C=QU=0.240F=5.0×10-3F=5.0×103μF,C正確;該過程中電容器所帶電荷量的變化量ΔQ=C·ΔU=5.0×10-3×(40-36)C=0知識(shí)拓展通過Q-U圖像理解電容器的電容如圖所示,Q-U圖線是一條過原點(diǎn)的直線,直線的斜率表示電容大小,即k=C=ΔQ5.BD開關(guān)S接1時(shí),電容器充電,充電完畢,電流為零,再將開關(guān)S撥向2位置,開始反向放電,且放電越來越緩慢,放電完畢后,電流為零,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;開關(guān)S接1時(shí),電容器與電源直接相連,充電結(jié)束后,兩極板間電壓等于電源電壓,放電過程中,兩極板間的電壓逐漸減小,電壓變化越來越慢,極板的電性不變,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。6.答案(1)電荷量(2)=(3)0.15(4)<解析(1)根據(jù)公式Q=it可知面積表示電荷量。(2)充電前,電容器的電荷量為零,放電完成后,電容器的電荷量仍為零,充電過程和放電過程,電荷量相等,故S1=S2。(3)電容器兩端電壓等于電源電壓,則電容C=QU=1.2038F≈0.15F。(4)由圖乙可知,充電時(shí)的最大電流大于放電時(shí)的最大電流,則可知R1方法技巧電容器充、放電的特點(diǎn)歸納電流方向I-t、U-t圖像極板電荷極板間的電勢差電流變化充電電流由電源的正極流向電容器的正極板,同時(shí)電流從電容器的負(fù)極板流向電源的負(fù)極其中I-t圖線與t軸所包圍的面積表示充、放電的電荷量增大增大充電電流減小至零放電電流由電容器正極板經(jīng)過電阻后流向電容器的負(fù)極板減小減小放電電流減小至零7.B在右極板由虛線位置平移到如題圖所示的實(shí)線位置的過程中,兩極板之間的距離d變大,根據(jù)C=εrS4πkd可知,C變小,由于平行板電容器與電源始終保持相連,其兩極板間電壓U保持不變,根據(jù)Q=CU可知,電容器所帶的電荷量減小,電容器放電,電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,電路中有負(fù)電荷從a到b定向移動(dòng);兩極板間電壓U一定,當(dāng)極板間距離變大后,由E=Ud分析可知,極板間場強(qiáng)E8.C在兩板間插入電介質(zhì),相對(duì)介電常數(shù)εr增大,根據(jù)C=εrS4πkd可知電容器的電容變大;閉合開關(guān)S后,電容器兩板間電壓等于滑動(dòng)變阻器下部分電阻分擔(dān)的電壓,兩板間電壓不變,故電容器的電荷量增大,A、B錯(cuò)誤。將滑動(dòng)變阻器的滑片P向上移動(dòng),電容器兩極板間電壓變大,根據(jù)C=QU可知電容器帶電荷量變大,C正確。將電容器下極板向下移動(dòng)一小段距離,即d增大,根據(jù)C=εrS4πkd可知電容器的電容減小,結(jié)合C=QU可知電容器將放電,負(fù)電荷從a到9.D電容器的額定電壓為100V,低于100V時(shí)也可以工作,A、B錯(cuò)誤;電容只與電容器本身有關(guān),給電容器加50V電壓時(shí),電容器的電容為220μF,C錯(cuò)誤;根據(jù)C=QU代入數(shù)據(jù)得電容器允許容納的最大電荷量為0.022C,10.C當(dāng)動(dòng)片從定片中旋出時(shí),正對(duì)面積減小,根據(jù)C=εrS4πkd,可知電容減小,電容器與電源串聯(lián),電壓不變,根據(jù)C=QU,可知電荷量減小,電流從a流向b,電子從b流向a,A、B錯(cuò)誤;當(dāng)動(dòng)片旋進(jìn)定片時(shí),正對(duì)面積增大,因此電容增大,電壓不變,故電荷量增大,電流從b流向a,電子從a流向能力提升練1.C2.BCD3.BC4.D5.C6.C7.C8.D1.C實(shí)驗(yàn)前,只用與毛皮摩擦過的硬橡膠棒與電容器a板接觸,a板帶負(fù)電,由于靜電感應(yīng),在電容器b板上將感應(yīng)出等量異種電荷,A錯(cuò)誤。電容器b板向上平移,正對(duì)面積S變小,由C=εrS4πkd知電容C變小,電容器帶電荷量Q不變,場強(qiáng)E=Ud=QCd=QεrS4πkd·d=4πkQεrS,可知E增大;根據(jù)C=QU分析,由于Q不變,故U變大,因此靜電計(jì)指針的張角變大,B錯(cuò)誤。插入有機(jī)玻璃板,相對(duì)介電常數(shù)εr變大,由C=εrS4πkd可知電容C變大,根據(jù)C=QU分析,由于Q不變,故U變小,因此靜電計(jì)指針的張角變小;由E=Ud可知,E減小,C正確。只將電容器b板向左平移,d增大,由C=εr解題通法分析電容器動(dòng)態(tài)變化問題的步驟2.BCD當(dāng)開關(guān)保持閉合時(shí),兩極板間的電勢差保持不變,靜電計(jì)指針的張角不變,A錯(cuò)誤;當(dāng)開關(guān)保持閉合時(shí),兩極板間的電勢差保持不變,將上極板下移一小段距離后,根據(jù)E=Ud,兩極板間場強(qiáng)增大,根據(jù)UP下極板=EdP下極板,P點(diǎn)與下極板間電勢差增大,P點(diǎn)電勢升高,B正確;當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),極板的電荷量保持不變,將上極板右移一小段距離后,根據(jù)C=εrS4πkd,電容減小,根據(jù)U=QC,可知兩極板間的電勢差增大,根據(jù)E=Ud,兩極板間場強(qiáng)增大,帶電油滴受到的電場力增大,帶電油滴將向上運(yùn)動(dòng),C正確;當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),將上極板下移一小段距離,兩極板間的場強(qiáng)E=Ud=QCd=QεrS4πkdd=方法技巧電容器兩極板間電荷電勢能變化的分析技巧3.BC極板的正對(duì)面積減小,根據(jù)C=εrS4πkd可知電容C減小,因存在二極管,使得電容器不能放電,Q不變,根據(jù)C=QU可知U增大,結(jié)合U=Ed,知E增大,所以帶電油滴受到向上的電場力大于重力,油滴向上移動(dòng);根據(jù)UP0=φP-0=φP,場強(qiáng)增大,則P與下極板間的電勢差增大,φp增大,A錯(cuò)誤,B正確。將下極板上移,即d減小,根據(jù)C=εrS4πkd可知電容C增大,結(jié)合C=QU,可知U不變,Q增大,電容器充電,板間場強(qiáng)E=Ud增大,帶電油滴向上運(yùn)動(dòng),C正確。斷開開關(guān)S,因二極管單向?qū)щ?則電容器不能放電,故電荷量不變,易錯(cuò)警示解答本題時(shí)容易因?yàn)樗腊嵊蔡捉Y(jié)論而出錯(cuò)。易犯的錯(cuò)誤是認(rèn)為電容器的兩個(gè)極板與電源相連,兩端電壓不變,當(dāng)電容C減小時(shí),電容器所帶電荷量減少。實(shí)際上本題由于電路中含有二極管,二極管具有單向?qū)щ娦?所以電容器不會(huì)放電,導(dǎo)致電容器帶的電荷量不會(huì)變小。4.D電容器的電容與所帶電荷量無關(guān),放電后電容器的電容不變,A錯(cuò)誤;充電后電容器電壓為8.0kV,擊穿電壓大于此值,B錯(cuò)誤;電容器存儲(chǔ)的電荷量Q=CU=1.2×10-5×8×103C=0.096C,C錯(cuò)誤;該次放電通過人體的平均電流為I=Qt=0.0963×105.C由題圖可知,膜片與極板間的電勢差U保持不變;膜片與極板間的距離d減小,根據(jù)C=εrS4πkd可知膜片與極板間的電容增大,結(jié)合C=QU可知極板所帶電荷量增大;根據(jù)場強(qiáng)公式E=Ud,可知膜片與極板間的電場強(qiáng)度增大,A、B錯(cuò)誤,C正確;極板所帶電荷量增大,電源給電容器充電關(guān)鍵點(diǎn)撥解答本題時(shí)要抓住兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):(1)電源與膜片、極板相連,電容器兩端的電壓恒定;(2)膜片振動(dòng)時(shí),膜片與極板間距離d變化,影響電容的大小,進(jìn)而影響電容器帶