沪科版 (2019)必修 第三册5.4 电磁波课时练习

【特供】第4节电容器电容-2优选练习

一.填空题

1．一平行板电容器充电后与电源断开，现将两平行板间距d减小，则其电荷量Q将________，两板电压U将________，两板间电场强度E将________。（选填变大．变小或不变）

2．如图所示，电源电压恒定，则接通开关S的瞬间，通过电阻R的电流方向为_______。S闭合一段时间后，再断开S的瞬间，通过电阻R的电流方向为______。（填“向左”“向右”）

3．在“观察电容器的充．放电现象”实验中，对给定电容值为C的电容器充电后放电，无论采用何种放电方式，其两极间的电势差u随电荷量q的变化图像都相同。

(1)请在图1中画出上述u－q图像_________。类比直线运动中由v－t图像求位移的方法，可以推导出两极间电压为U时电容器所储存的电能Ep=  _____ （用C和U表示）。

(2)在如图2所示的放电电路中，R表示电阻。通过改变电路中元件的参数对同一电容器用相同的电压充电后进行两次放电，对应的q－t曲线如图3中①②所示。

a.①②两条曲线不同是  _____ 的改变造成的；

b.在实际应用中，有时需要电容器快速放电，有时需要电容器均匀放电。依据a中的结论，说明实现这两种放电方式的途径 _______。

(3)如图4所示，若某法拉电容的额定电压为2.7V，电容为10F，其充满电后储存的电能为___J（计算结果保留三位有效数字）。

4．在探究平行板电容器的电容与哪些因素有关的实验中，某同学猜测电容可能与极板间的距离d．极板的正对面积S及插入极板间的介质有关。他将一个已经充电的平行板电容器与静电计连接如图所示。实验时保持电容器极板所带的电量不变，且电容器B板位置不动。

(1)将A板向右平移，静电计指针张角_______；将A板竖直向下平移，则静电计指针张角______；在A．B板间插入电介质，则静电计指针张角_______。（填“变大”．“变小”或“不变”）

(2)若将电容器水平放置，如图所示，有一带点液滴静止在电容器内部，现将电容器A板向下平移一小段距离，则液滴____________（填“静止不动”．“向下运动”．“向上运动”）

5．一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地．两板间有一个正电荷固定在P点，如图所示，以E表示两板间的场强，U表示电容器两板间的电压，EP表示正电荷在P点的电势能，若保持负极板不动，将正极板向下移到图示的虚线位置，则E___________（填“变大”．“变小”或“不变”），EP__________（填“变大”．“变小”或“不变”），U___________（填“变大”．“变小”或“不变”）。

6．平行板电容器两板距离为4cm，带电5.4×10-8C，板间电场强度为4.5×104N/C，则其电容为_______pF，若保持其他条件不变而使两板正对面积减为原来的，则其电容变为_______pF。

7．如图所示，是用高电阻放电法测电容的实验电路图。其原理是测出电容器在充电电压为U时所带的电荷量Q，从而求出其电容C。该实验的操作步骤如下：

(1)按电路图接好实验电路；

(2)接通电键S，调节电阻箱R的阻值，使微安表的指针接近满刻度。记下这时的电压表读数U0=6.2V和微安表读数I0=490μA；

(3)断开电键S并同时开始计时，每隔5s或10s读一次微安表的读数i，将读数记录在预先设计的表格中；

(4)根据表格中的12组数据，以t为横坐标，i为纵坐标，在坐标纸上描点（图中用“×”表示）。

根据以上实验结果和图象，可以估算出当电容器两端电压为U0时该电容器所带的电荷量Q0约为_____C，从而算出该电容器的电容约为_____ F。

8．实验：观察电容器的充．放电现象，实验电路如图所示。

(1)充电过程：把开关S接_____，电源给电容器充电，充电电流逐渐_____，电压表示数逐渐_____，直至充电完毕。

(2)放电过程：把开关S接_____，电容器对电阻放电。放电电流由电容器的正极板经过流向电容器的负极板。电容器两极板所带电荷量减小，电势差_____，放电电流_____，直至放电完毕。

9．静电计是在验电器的基础上制成的，用其指针张角的大小来定性显示其相互绝缘的金属球与外壳之间的电势差大小。如图所示，A．B是平行板电容器的两个金属板，G为静电计，B固定，A可移动，开始时开关S闭合，静电计指针张开一定角度。断开S后，将A向左移动少许，静电计指针张开的角度________(填“增大”“减小”（不变）)，保持S闭合，将变阻器滑动触头向右移动，静电计指针张开的角度________(填“增大”“减小”（不变）)

10．如图，两平行放置的长直导线a和b中载有电流强度相等．方向相反的电流。则b右侧O点处的磁感应强度方向为_________；在O点右侧再放置一根与a．b平行共面且通有与导线a同向电流的直导线c后，导线a受到的磁场力大小将__________（选填“变大”．“变小”或“无法确定”）。

11．如图所示，用电池对电容器充电，电路a．b之间接有一灵敏电流表，两极板之 间有一个电荷q处于静止状态。现将两极板的间距变大，则电荷将向____________（填上或者下）加速运动，电流表中将有从____________（填“a到b”或“b到a”）的电流。

12．如图甲所示为研究平行板电容器的放电电流随时间变化关系的电路，将单刀双掷开关自接线柱1移至2后，计算机显示的电流随时间t变化的图像如图乙所示。已知该电容器的电容为7×10-4F，则放电前电容器两极板间的电势差约为________，放电过程中通过电阻R的电流方向_______（填向左或向右）。

13．如图所示为电容式位移传感器的示意图，物体沿左右方向运动时，电容将发生变化。如果实验测量出电容器的电容变小，那么被测物体向_________运动（填写“左”或“右”）；已知该传感器的灵敏度定义为电容器电容变化量的大小与物体位置坐标变化量大小之比，如果把图中的电介质板换成介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，传感器的灵敏度________（填写“变大”．“不变”或“变小”）。

14．如图所示为电容式位移传感器的示意图，物体沿左右方向运动时，电容将发生变化。如果实验测量出电容器的电容变大，那么被测物体向______运动（填写“左”或“右”）;如果把图中的电介质板换成介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，传感器的灵敏度___________。（填写“变大” “不变”或“变小”,灵敏度定义为电容器电容变化量的大小与物体位置坐标化量大小之比。）

15．连接在电源两极上的平行板电容器，当两极板间的距离减小时，电容器的电容将________，带电荷量将________。（均选填“增大”“减小”或“不变”）

16．研究影响平行板电容器电容大小的因素”的实验过程及现象如下图所示，本实 验采用的实验方法是____ 。实验过程中电容器的电荷量 Q 保持不 变，保持 d 不变，减小两板间正对面积 S，观察到静电计指针偏角增大，即电势差 U_______（“变大”，“变小”），则电容 C________（“变大”，“变小”）

17．平行板电容器两板间距为4cm，带电5.0×10-8C，板间电场强度为4.5×104

N／C，则其电容C＝__F。（保留两位有效数字）

18．在“探究平行板电容器的电容与哪些因素有关”的实验中，某同学猜测电容可能与极板间的距离d，插入极板间的介质等因素有关，他将一个已经充电的平行板电容与静电计连接如图所示，实验时保持电容器极板所带的电量不变，且电容器B板位置不动。

(1)下列说法正确的是______；

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量的变化情况

C．实验中静电计的外壳与A板连接后可不接地

D．静电计可以用电压表替代

(2)在某次实验过程中，将A．B板间的电介质由陶瓷片换为云母片时，观察到静电计的指针偏转角度变小，本次实验说明陶瓷的相对介电常数______云母的相对介电常数(选填“大于”．“小于”或“等于”)；

(3)若将电容器水平放置，如图所示，有一带电液滴静止在电容器内部P点处，现将电容器A板向下平移一小段距离，则液滴在该处的的电势能______（填“变大”“变小”或“不变”)，液滴______ 。（填“静止不动”，“向下运动”，“向上运动”）

参考答案与试题解析

1．【答案】不变    变小    不变   

【解析】【来源】安徽省蚌埠市田家炳中学2020-2021学年高二（上）10月物理试题

[1]平行板电容器充电后与电源断开，电量Q保持不变

[2]将两极板间距离减小，由电容的决定式分析得知，电容C变大，由，知Q不变，C变大，则U变小

[3]由公式．和得

故E不变

2．【答案】向右    向左   

【解析】【来源】安徽省芜湖市普通高中2019-2020学年高二（上）期中联考物理试题（文）

【分析】

【详解】

[1]接通开关S的瞬间，电容器充电，形成充电电流，则通过电阻R的电流方向为向右

[2]S闭合一段时间后，再断开S的瞬间，电容器放电，形成放电电流，通过电阻R的电流方向为向左

3．【答案】(1).     (2).     (3). R    (4). 减小电阻R，可以实现对电容器更快速放电；增大电阻R，可以实现更均匀放电    (5). 36.5

【解析】（1）[1][2]由电容的定义式可知

则u-q图象为斜率恒定直线，如图所示

图象和横轴围成的面积为所储存的电能

又由于电容器的定义式

则有

（2）[3]可知，①②两次放出电荷量相等，由知，两次电源电动势相等，故①②两条曲线不同并不是E的改变造成的，只能是R的改变造成的。

[4] 减小电阻R时，刚开始放电瞬间电流I大，曲线上该点切线斜率大，即为曲线①，短时间内放出的电荷量更多，故可以实现对电容器快速放电；增大电阻R时，放电瞬间电流I小，即为直线②，可以实现更均匀放电。

（3）[5]根据公式有

4．【答案】变小    变大    变小    静止不动   

【解析】【来源】新疆塔城地区沙湾一中2020-2021学年高二（上）期中物理试题

(1)[1] 将A板向右平移，板间距d减小，根据

可知电容变大，根据

可知电势差变小，静电计指针张角变小．

[2] 将A板竖直向下平移，正对面积S减小，由

可知电容减小，根据

可知电势差变大，静电计指针张角变大．

[3] 在A．B板间插入电介质，根据

电容C变大，由

可知电势差变小，静电计指针张角变小．

(2)[4]带电量不变，改变板间距，根据

可得

可知场强不变，则电场力不变，仍然静止不动。

5．【答案】不变    不变    减小   

【解析】【来源】安徽省滁州市明光县明光中学2020-2021学年高二（上）第一次月考物理试题

【分析】

【详解】

[1][2][3]平行板电容器充电后与电源断开所带电量不变，当极板距离减小时，根据电容决定式知，d减小，则电容C增大；根据知，U减小。电场强度

知电场强度不变，所以P与负极板间的电势差不变，则P点的电势不变，电势能不变。

6．【答案】30    7.5   

【解析】【来源】宁夏银川市宁夏大学附属中学2020-2021学年高二（上）第一学期第一次月考物理试卷

[1]电容器两板间电压为

U=Ed=4.5×104×0.04V=1800V

电容

[2]根据，若保持其他条件不变而使两板正对面积减为原来的，则其电容变为原来的，即变为7.5pF。

7．【答案】8×10-3    1.3×10-3   

【解析】【来源】2019届陕西省西安市高新一中高三（下）第四次模考物理试题

[1][2]根据坐标系内所描出的点，用平滑的曲线把各点连接起来，作出图象，图象如图所示．

由△Q=I？△t知，电荷量为I-t图象与坐标轴所包围的面积：则面积为电容器在开始放电时时所带的电荷量，即电容器两端电压为U0时所带电量为Q；由图示图象可知，“面积”格数约32～33格．电容器电容为U0时，电荷量

Q=8.00×10-3C

（8.00×10-3C～8.25×10-3C均正确），电容器的电容

8．【答案】1    减小    增大    2    减小    减小   

【解析】【来源】山东省德州市2019-2020学年高一（下）期末考试物理试题

(1)[1][2][3]充电过程：把开关S接1，电源给电容器充电，充电电流逐渐减小，电压表示数逐渐增大，直至充电完毕。

(2)[4][5][6]放电过程：把开关S接2，电容器对电阻放电。放电电流由电容器的正极板经过流向电容器的负极板。电容器两极板所带电荷量减小，电势差减小，放电电流减小，直至放电完毕。

9．【答案】增大    不变   

【解析】【来源】重庆市万州第二中学2019-2020学年高二上学期10月月考物理试题

【详解】

[1]断开S后，电容器带电量不变，将A向左移动少许，则d增大，根据C＝知，电容减小，根据U＝知，电势差增大，指针张角增大。

[2]保持S闭合，电容器两端的电势差不变，变阻器仅仅充当导线功能，滑动触头移动不会影响指针张角，所以张角不变。

10．【答案】垂直纸面向外    无法确定   

【解析】【来源】2020届上海市金山区高三（下)二模物理试题

【分析】

【详解】

[1][2]由右手定则可知，该磁场方向为垂直纸面向外。因c中通过的电流大小未知，故无法确定导线a受到的磁场力大小。

11．【答案】下    b到a   

【解析】【来源】陕西省西安市西安中学2019-2020学年高二（上）期中物理试题

[1]将两极板的间距变大，而电容器的电压不变，板间场强

减小，电荷q所受的电场力

F=Eq

减小，电荷将向下加速运动。

[2]根据电容的决定式

可知电容减小，电容器的电压U不变，由电容的定义式

析得知，电容器的电量减小，电容器放电，而电容器上极板带正电，则电流表中将有从b到a的电流。

12．【答案】3.0V    左   

【解析】【来源】湖北省武汉市第三中学2019-2020学年高一（下）5月物理试题

[1]根据图象的含义，因Q=It，所以图线与坐标所围成的面积表示电容器的放电量；根据横轴与纵轴的数据可知，由大于半格算一个，小于半格舍去，因此图象所包含的格子个数为21，所以释放的电荷量是

根据电容公式

则极板间的电势差

[2]电容器上极板带正电，则放电过程中通过电阻R的电流方向向左。

13．【答案】右    变大   

【解析】【来源】北京市人大附中2019-2020学年高二（下）期末模块考核物理试题

[1]根据电容的决定式可知，若电容器的电容变小，一定是插入的电介质少了，所以被测物体向右移动。

[2]若换成更大介电常数的材料，移动相同距离时，电容的变化量一定较大，根据灵敏度的定义可知，灵敏度一定变大。

14．【答案】    (1). 左    (2). 变大

【解析】

根据电容的决定式，若电容器的电容变大，一定是插入的电介质多了，所以被测物体向左移动．如果把图中的电介质板换成介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，移动相同距离时，电容器的变化量变大，即传感器的灵敏度变大．

点睛：此题关键是判断电容减小是由于什么因素引起的；关于电容的动态分析问题，电容的决定式和定义式的联合应用通常是解决此类题目的常用方法.

15．【答案】增大    增大   

【解析】【来源】湖南省邵阳市双清区十一中2019-2020学年高二上学期期中考试物理试题（理)

【详解】

[1]根据公式可知，当两极板之间的距离减小，电容变大；

[2]电容器连接在电池上，电压不变，由Q=CU，得知电容器极板的带电量Q变大

16．【答案】控制变量法    变大    变小   

【解析】

[1]本实验中，研究每一个要素的影响，须让其它的量不变，所以采用的是控制变量法；

[2][3]实验过程中电容器的电荷量Q保持不变，保持d不变，减小两板间正对面积S，观察到静电计指针偏角增大，即电势差U变大，则根据可知，电容C变小。

17．【答案】

【解析】两极板间的电势差为，其电容大小为

18．【答案】AC    小于    不变    静止不动   

【解析】【来源】重庆市北碚区西大附中2020-2021学年高二（上）第一次月考物理试题

【分析】

【详解】

(1) [1]AB．静电计是定性反映电压高低的仪器，不能反映平行板电容器的电荷量的多少，故A正确，B错误；
C．静电计测量的是两板间的电压高低，可以直接将A板与电容器外壳相接，不需要都接地，故C正确；
D．静电计与电压表．电流表的原理不同，不能替代．电流表．电压表线圈中必须有电流通过时，指针才偏转，故不能用电压表代替静电计，故D错误；
故选AC。

(2) [2]在某次实验过程中，将A．B板间的电介质由陶瓷片换为云母片时，观察到静电计的指针偏转角度变小，说明电容器两极板电压减小了，根据Q=CU可知，    Q一定，则C变大了，根据

可知，说明陶瓷的相对介电常数小于云母的相对介电常数；

(3)[3][4]将电容器A板向下平移一小段距离，则

可得

则电容器两板间场强不变，液滴在该处的电势不变，电势能不变；液滴所受的电场力不变，则液滴仍静止不动。