高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第2章 电势能与电势差第5节 科学探究:电容器同步达标检测题

第5节　科学探究:电容器

课后篇素养形成

合格考达标练

1.有一个已充电的电容器,两极板之间的电压是6 V,所带电荷量是4.5×10-4 C。将电容器的电压降为4 V,电容器所带电荷量是(　　)

A.1.5×10-4 C B.3.0×10-4 C

C.3.5×10-4 C D.4.0×10-4 C

解析电容器的电容和其两极板间的电压以及所带电荷量大小无关,即电压变化时,电容大小恒定不变,所以根据C=可知C=,解得Q=3.0×10-4 C,B正确。

答案B

2.

如图所示,为某一电容器中所带电荷量和两端电压之间的关系图线,若将该电容器两端的电压从40 V降低到36 V,对电容器来说正确的是(　　)

A.是充电过程

B.是放电过程

C.该电容器的电容为5×10-2 F

D.该电容器的电荷量变化量为0.2 C

解析由Q=CU知,U降低,Q减小,故为放电过程,A错,B对;

由C= F=5×10-3 F,可知C错;

ΔQ=CΔU=5×10-3×4 C=0.02 C,D错。

答案B

3.平行板电容器充电后断开电源,现将其中一块金属板沿远离另一极板的方向平移一小段距离。下图表示此过程中电容器两极板间电场强度E随两极板间距离d的变化关系,正确的是(　　)

解析平行板电容器充电后断开电源,电容器所带电荷量保持不变,两极板间电场强度E=,E随两极板间距离d的增大保持不变,C正确,A、B、D错误。

答案C

4.

如图所示的可变电容器,旋转动片使之与定片逐渐重合。则电容器的电容将(　　)

A.逐渐增大 

B.逐渐减小

C.保持不变 

D.先增大后减小

解析旋转动片使之与定片逐渐重合时,相当于增加了电容器的正对面积,则由电容器的决定式C=可知,电容将逐渐增大,故B、C、D错误,A正确。

答案A

5.(2021黑龙江哈尔滨三中月考)下列关于电容器的说法中正确的是(　　)

A.电容器所带的电荷量为两个极板所带电荷量的绝对值之和

B.电容器的电容与电容器所带电荷量成正比

C.一个电容器的电荷量增加ΔQ=1.0×10-6 C时,两极板间的电势差升高ΔU=10 V,则电容器的电容C=1.0×10-7 F

D.放电后的电容器所带电荷量为零,电容也为零

解析电容器所带的电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值,A错误;电容器的电容是反映其容纳电荷本领大小的物理量,完全由电容器本身的属性决定,与电容器是否带电荷及带电荷量多少无关,B、D错误;由C=,可得电容器的电容C=1.0×10-7 F,C正确。

答案C

6.

如图所示的实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素,其中电容器左侧极板和静电计外壳均接地,电容器右侧极板与静电计金属球相连,使电容器带电后与电源断开。

(1)下列关于实验中使用静电计的说法正确的是　　　　　。 

A.使用静电计的目的是观察电容器电压的变化情况

B.使用静电计的目的是测量电容器电荷量的变化情况

(2)以下情况中,能使静电计指针偏角增大的有　　　。 

A.把两板间的距离减小

B.把两板的正对面积减小

C.在两板间插入相对介电常数较大的电介质

解析(1)静电计可测量电势差,根据指针张角的大小,观察电容器电压的变化情况,无法判断电荷量的变化情况,故A正确,B错误。

(2)两板间距离d减小,根据电容的决定式C=知,电容C增大,电荷量不变,根据C=知,电势差减小,指针偏角变小,故A错误;两板的正对面积减小,根据电容的决定式知,电容C减小,电荷量不变,根据C=知,电势差增大,指针偏角变大,故B正确;在两极板间插入电介质,根据C=知,电容C增大,电荷量不变,根据C=知,电势差减小,指针偏角变小,故C错误。

答案(1)A　(2)B

7.

如图所示,平行板电容器的两个极板A、B分别接在电压为60 V的恒压电源上,两极板间距为3 cm,电容器带电荷量为6×10-8 C,A极板接地。求:

(1)平行板电容器的电容。

(2)平行板电容器两板之间的电场强度。

(3)距B板2 cm的M点处的电势。

解析(1)平行板电容器的电容C=F=1×10-9 F。

(2)两板之间为匀强电场,E= V/m=2×103 V/m,方向竖直向下。

(3)M点距A板间距离为dAM=d-dBM=1 cm

A与M间电势差UAM=EdAM=20 V

又UAM=φA-φM,φA=0

可得φM=-20 V。

答案(1)1×10-9 F　(2)2×103 V/m,方向竖直向下　(3)-20 V

等级考提升练

8.(2021福建永安检测)板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时,两极板间电势差为U1,板间电场强度为E1,现将电容器所带电荷量变为2Q,板间距变为d,其他条件不变,这时两极板间电势差为U2,板间电场强度为E2,下列说法正确的是(　　)

A.U2=U1,E2=E1　　　　B.U2=2U1,E2=4E1

C.U2=U1,E2=2E1 D.U2=2U1,E2=2E1

解析当平行板电容器的其他条件不变,板间距离变为d时,电容器的电容为C'==2C,又知电容器的带电荷量变为2Q,则得知U2=,即U2=U1。根据匀强电场中电势差与电场强度之间的关系式E=得E2==2E1,因此选项C正确。

答案C

9.

两个较大的平行金属板A、B相距为d,分别接在电压为U的电源正、负极上,这时质量为m,带电荷量q的油滴恰好静止在两板之间,如图所示,在其他条件不变的情况下,如果将两板非常缓慢地水平错开一些,那么在错开的过程中(　　)

A.油滴将向上加速运动,电流计中的电流从b流向a

B.油滴将向下加速运动,电流计中的电流从a流向b

C.油滴静止不动,电流计中的电流从b流向a

D.油滴静止不动,电流计中的电流从a流向b

解析将两板缓慢地错开一些,两板正对面积减小,根据电容的决定式C=得知,电容减小,而电压不变,则由C=知,电容器带电荷量减小,电容器处于放电状态,电路中产生顺时针方向的电流,则电流计中有a→b的电流。由于电容器板间电压和距离不变,则由E=,知板间电场强度不变,油滴所受电场力不变,仍处于静止状态,D正确。

答案D

10.(多选)

某电容式话筒的原理如图所示,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,当P、Q间距离增大时,下列判断中正确的是(　　)

A.P、Q构成的电容器的电容增加 

B.P上电荷量保持不变

C.有电流自M经R流向N 

D.PQ间的电场强度减小

解析电容式话筒与电源串联,电压保持不变。在PQ间距增大过程中,根据电容决定式C=,得电容减小,故A错误;根据电容定义式C=,得电容器所带电荷量减小,电容器的放电电流通过R的方向由M到N,再根据电场强度E=,知电场强度变小,故C、D正确,B错误。

答案CD

11.(2021湖南邵阳检测)

工厂在生产纺织品、纸张等绝缘材料时为了实时监控其厚度,通常要在生产流水线上设置如图所示传感器。其中A、B为平行板电容器的上、下两个极板,上下位置均固定,且分别接在恒压直流电源的两极上。当流水线上通过的产品厚度增大时,下列说法正确的是(　　)

A.平行板电容器的电容减小

B.A、B两板间的电场强度增大

C.A、B两板上的电荷量减小

D.有电流从b向a流过灵敏电流计

解析产品厚度增大时,电容器的电容C=增大,故A错误;两板间电压不变,电场强度E=保持不变,故B错误;根据Q=CU,电容器的电荷量增大,负电荷从a向b流过灵敏电流计,即有电流从b向a流过灵敏电流计,故C错误,D正确。

答案D

12.用电流传感器观察电容器的放电过程,传感器与计算机相连,还能显示出电流随时间变化的I-t图像。按照图甲所示连接电路。电源用直流8 V左右,电容器可选几十微法的电容器。

甲

先使开关S与1端相连,电源向电容器充电,这个过程可在短时间内完成。然后把开关S掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像。

乙

一位同学得到的I-t图像如图丙所示,电源电压是8 V。

丙

(1)在图丙中画一个竖立的狭长矩形(在图丙的最左边),它的面积的物理意义是什么?

(2)怎样根据I-t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量?试着算一算。

解析(1)矩形的面积表示在0.2 s内电容器放出的电荷量。

(2)用数方格的方法估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量,方法是数小方格的个数,不足半个舍去,半个以上算一个。图中每个小方格表示8×10-5 C,曲线与坐标轴围成的面积中有43个小方格,电容器释放的全部电荷量约为8×10-5×43 C=3.44×10-3 C。(本题小方格个数在42~45范围内均视为正确,以对应的小方格数算出的电荷量也视为正确)

答案见解析