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電容器的電容基礎過關練題組一對電容器和電容的理解1.(2023云南楚雄天人中學月考)由電容器電容的定義式C=QU可知()A.只有電容器帶電時,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.電容在數值上等于使兩板間的電壓增加1V時所需增加的電荷量D.電容器所帶電荷量是兩極板所帶電荷量的代數和2.(2022山東淄博期末)某同學用圖像描述某電容器充電時,其電荷量Q、電壓U、電容C之間的關系,下列圖像正確的是()3.(2021吉林長春第一五一中學月考)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4.(2023四川樂山沫若中學月考)某一電容器所帶電荷量和兩極板間電壓之間的關系圖線如圖所示,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重慶復旦中學期中)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S原來跟2相接,從t=0開始,開關改接1,再將開關S撥向2位置,則流過電路中P點的電流大小隨時間變化的圖像及電容器兩極板間的電勢差UAB隨時間變化的圖像可能正確的是()6.(2023北京順義區(qū)第一中學月考)某同學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算機相連,可以顯示電路中電流隨時間的變化。圖甲中直流電源電壓E=8V,實驗前電容器不帶電。先使S與“1”端相連給電容器充電,充電結束后,使S與“2”端相連,直至放電完畢。計算機記錄的電流隨時間變化的i-t曲線如圖乙所示。(1)圖像陰影表示i-t圖像與對應時間軸所圍成的面積,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)計算機測得S1=1203mA·s,則該電容器的電容為F;(保留兩位有效數字)

(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線位置的過程中,設兩極板間的電壓為U、電場強度為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B.有負電荷從a到b定向移動,電流方向為順時針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,閉合開關S后,下列說法中正確的是()A.若在兩板間插入電介質,電容器的電容變小B.若在兩板間插入一導體板,電容器的電荷量變小C.若將滑動變阻器滑片P向上移動,電容器的電荷量變大D.若將電容器下極板向下移動一小段距離,此過程電流計中有從a到b方向的電流題組四常用電容器9.(2022廣東廣州第四中學月考)如圖是一個電解電容器,由標注的參數可知()A.電容器的擊穿電壓為100VB.當電容器的電壓低于100V時,電容器無法工作C.給電容器加50V電壓時,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里的可變電容器,它是通過改變可變電容器的電容來調諧從而達到調臺的目的。其中固定不動的一組為定片,能轉動的一組為動片,動片與定片之間以空氣作為電介質。把它接在如圖乙所示的電路中,下列說法正確的是()A.當動片從定片中旋出時,電容器的電荷量減少,電阻中電流由b流向aB.當動片從定片中旋出時,電容器的電荷量增加,電阻中電子由b流向aC.當動片旋進定片時,電容器的電荷量增加,電阻中電子由a流向bD.當動片旋進定片時,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因素的實驗裝置如圖所示,關于該實驗,下列說法正確的是()A.實驗前,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.實驗時,只將電容器b板向上平移,兩板間電場強度不變,靜電計指針的張角變小C.實驗時,只在極板間插入有機玻璃板,兩板間電場強度減小,靜電計指針的張角變小D.實驗時,只將電容器b板向左平移,兩板間電場強度增大,靜電計指針的張角變大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,靜電計所帶電荷量很少,可忽略,開關閉合,穩(wěn)定時一帶電的油滴靜止于兩極板間的P點,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,帶電油滴向上運動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,電源負極接地,初始時電容器不帶電。閉合開關S穩(wěn)定后,一帶電油滴位于電容器極板間的P點且處于靜止狀態(tài),下列說法正確的是()A.減小極板的正對面積,帶電油滴會向下移動,且P點的電勢會降低B.減小極板的正對面積,帶電油滴會向上移動,且P點的電勢會升高C.將下極板上移,帶電油滴向上運動D.斷開開關S,帶電油滴將向下運動題組二電容器在生活中的應用4.(2022天津南開中學期末,改編)心臟除顫器是通過一個電容器放電時的脈沖電流作用于心臟,實施電擊治療,使患者心臟恢復正常跳動的儀器。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時間內完成放電,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構示意圖,當人對著傳聲器講話時,膜片會振動。若某次膜片振動時,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)在生產紡織品、紙張等絕緣材料時,為了實時監(jiān)控其厚度,通常要在生產流水線上設置如圖所示傳感器。其中A、B為平行板電容器的上、下兩個極板,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.當產品厚度不變時,通過電流計G的電流不變B.當產品變厚時,A、B兩板間的場強減小C.當產品變厚時,A、B兩板的電荷量變大D.當產品變薄時,有電流從b向a流過電流計題組三平行板電容器與力學知識的綜合7.(2023浙江浙南名校聯(lián)盟聯(lián)考)如圖所示,一輕質絕緣細線一端固定在O點,另一端系一電荷量大小為q、質量為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,細線與豎直方向夾角θ=60°,細線、小球在豎直平面內(即紙面內),A、B兩板與紙面垂直、與細線平行。已知重力加速度為g,則下列說法正確的是()A.此時細線的拉力F=32B.電源電壓U=mgdC.若保持兩板正對面積不變,B板向A板緩慢靠近,則細線的拉力變大D.若保持兩板正對面積不變,B板向A板緩慢靠近,則小球將緩慢下移8.(2023河南部分重點高中聯(lián)考)如圖所示,真空中有一對豎直放置的平行金屬板,兩板之間的距離為d,在O點用長為l的絕緣輕繩系一質量為m、電荷量為+q的帶電小球。當兩板之間加上恒定的電壓時,小球自O點正下方的M點由靜止開始運動,到N點時速度恰好為零,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點靜止B.兩板之間的電場強度大小為2C.小球的最大速度為22D.輕繩對小球的最大拉力為(32-2)mg

答案與分層梯度式解析第十章靜電場中的能量4電容器的電容基礎過關練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,A、B錯誤;根據C=ΔQΔU可知,電容在數值上等于使兩板間的電壓增加1V時所需增加的電荷量,C正確易錯警示對電容器和電容的三點理解(1)電容器是一個儀器,而電容是一個物理量,它表征了電容器容納電荷的本領,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極板上電荷量的絕對值。(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決定,與Q、U2.D對于同一個電容器來說,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錯誤,D正確;由C=QU,整理得Q=CU,當電容不變時,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錯誤;根據圖像,當電壓為40V時,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圖線是一條過原點的直線,直線的斜率表示電容大小,即k=C=ΔQ5.BD開關S接1時,電容器充電,充電完畢,電流為零,再將開關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A錯誤,B正確;開關S接1時,電容器與電源直接相連,充電結束后,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C錯誤,D正確。6.答案(1)電荷量(2)=(3)0.15(4)<解析(1)根據公式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,充電時的最大電流大于放電時的最大電流,則可知R1方法技巧電容器充、放電的特點歸納電流方向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,同時電流從電容器的負極板流向電源的負極其中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過電阻后流向電容器的負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線位置的過程中,兩極板之間的距離d變大,根據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Q=CU可知,電容器所帶的電荷量減小,電容器放電,電流方向為順時針,電路中有負電荷從a到b定向移動;兩極板間電壓U一定,當極板間距離變大后,由E=Ud分析可知,極板間場強E8.C在兩板間插入電介質,相對介電常數εr增大,根據C=εrS4πkd可知電容器的電容變大;閉合開關S后,電容器兩板間電壓等于滑動變阻器下部分電阻分擔的電壓,兩板間電壓不變,故電容器的電荷量增大,A、B錯誤。將滑動變阻器的滑片P向上移動,電容器兩極板間電壓變大,根據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一小段距離,即d增大,根據C=εrS4πkd可知電容器的電容減小,結合C=QU可知電容器將放電,負電荷從a到9.D電容器的額定電壓為100V,低于100V時也可以工作,A、B錯誤;電容只與電容器本身有關,給電容器加50V電壓時,電容器的電容為220μF,C錯誤;根據C=QU代入數據得電容器允許容納的最大電荷量為0.022C,10.C當動片從定片中旋出時,正對面積減小,根據C=εrS4πkd,可知電容減小,電容器與電源串聯(lián),電壓不變,根據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錯誤;當動片旋進定片時,正對面積增大,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實驗前,只用與毛皮摩擦過的硬橡膠棒與電容器a板接觸,a板帶負電,由于靜電感應,在電容器b板上將感應出等量異種電荷,A錯誤。電容器b板向上平移,正對面積S變小,由C=εrS4πkd知電容C變小,電容器帶電荷量Q不變,場強E=Ud=QCd=QεrS4πkd·d=4πkQεrS,可知E增大;根據C=QU分析,由于Q不變,故U變大,因此靜電計指針的張角變大,B錯誤。插入有機玻璃板,相對介電常數εr變大,由C=εrS4πkd可知電容C變大,根據C=QU分析,由于Q不變,故U變小,因此靜電計指針的張角變小;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態(tài)變化問題的步驟2.BCD當開關保持閉合時,兩極板間的電勢差保持不變,靜電計指針的張角不變,A錯誤;當開關保持閉合時,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E=Ud,兩極板間場強增大,根據UP下極板=EdP下極板,P點與下極板間電勢差增大,P點電勢升高,B正確;當開關斷開時,極板的電荷量保持不變,將上極板右移一小段距離后,根據C=εrS4πkd,電容減小,根據U=QC,可知兩極板間的電勢差增大,根據E=Ud,兩極板間場強增大,帶電油滴受到的電場力增大,帶電油滴將向上運動,C正確;當開關斷開時,將上極板下移一小段距離,兩極板間的場強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極板的正對面積減小,根據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C=QU可知U增大,結合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;根據UP0=φP-0=φP,場強增大,則P與下極板間的電勢差增大,φp增大,A錯誤,B正確。將下極板上移,即d減小,根據C=εrS4πkd可知電容C增大,結合C=QU,可知U不變,Q增大,電容器充電,板間場強E=Ud增大,帶電油滴向上運動,C正確。斷開開關S,因二極管單向導電,則電容器不能放電,故電荷量不變,易錯警示解答本題時容易因為死搬硬套結論而出錯。易犯的錯誤是認為電容器的兩個極板與電源相連,兩端電壓不變,當電容C減小時,電容器所帶電荷量減少。實際上本題由于電路中含有二極管,二極管具有單向導電性,所以電容器不會放電,導致電容器帶的電荷量不會變小。4.D電容器的電容與所帶電荷量無關,放電后電容器的電容不變,A錯誤;充電后電容器電壓為8.0kV,擊穿電壓大于此值,B錯誤;電容器存儲的電荷量Q=CU=1.2×10-5×8×103C=0.096C,C錯誤;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C=εrS4πkd可知膜片與極板間的電容增大,結合C=QU可知極板所帶電荷量增大;根據場強公式E=Ud,可知膜片與極板間的電場強度增大,A、B錯誤,C正確;極板所帶電荷量增大,電源給電容器充電關鍵點撥解答本題時要抓住兩個關鍵點:(1)電源與膜片、極板相連,電容器兩端的電壓恒定;(2)膜片振動時,膜片與極板間距離d變化,影響電容的大小,進而影響電容器帶