高考物理电场常用模型最新模拟题精练专题4平行板电容器模型(原卷版+解析)

这是一份高考物理电场常用模型最新模拟题精练专题4平行板电容器模型(原卷版+解析)，共16页。试卷主要包含了 平行板电容器模型等内容，欢迎下载使用。
一．选择题
1. （2023湖南名校质检）如图所示，光滑的水平面上静止着一辆小车（用绝缘材料制成），小车上固定一对竖直放置的带电金属板，在右金属板的同一条竖直线上有两个小孔a、b。一个质量为m、带电量为－q的小球从小孔a无初速度进入金属板，小球与左金属板相碰时间极短，碰撞时小球的电量不变且系统机械能没有损失，小球恰好从小孔b出金属板，则（ ）
A．小车（含金属板）和球组成的系统动量守恒但该系统运动过程中机械能不守恒
B．小车（含金属板）和球组成的系统动量不守恒但该系统运动过程中机械能守恒
C．当小球运动到小孔b时，小球速度一定竖直向下，且小车刚好回到初始位置
D．以上答案都不正确
2.（2021四川成都一模）如图，绝缘座放在光滑水平面上，间距为d的平行板电容器竖直固定在绝缘座上，A板有小孔O，,水平绝缘光滑杆穿过O固定在B板上，电容器、底座和绝缘杆的总质量为M。.给电容器充电后，一质量为m的带正电环P套在杆上以某一速度v.对准O向左运动，在电容器中P距B板最近的位置为S.，OS=。若A、B板外侧无电场，P过孔O时与板无接触，不计P对A、B板间电场的影响。则
A.P在S处的速度为0
B.P从O至S的过程中，绝缘座的位移大小为
C.P从O至S的过程中，绝缘座的位移大小为
D.P从O至S的过程中，整个系统电势能的增加量为
3.(2021黑龙江大庆三校清北班质检).如图甲所示是电容器充、放电电路。配合电流传感器，可以捕捉瞬间的电流变化，并通过计算机画出电流随时间变化的图像。实验中选用直流8 V电压，电容器选用电解电容器。
图甲 图乙
先使单刀双掷开关S与1端相连，电源向电容器充电，这个过程可瞬间完成。然后把单刀双掷开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流传入计算机，图像上显示出放电电流随时间变化的I－t曲线，如图乙所示。以下说法正确的是( )
A．电解电容器用氧化膜做电介质，由于氧化膜很薄，所以电容较小
B．随着放电过程的进行，该电容器两极板间电压逐渐减小
C．由传感器所记录的该放电电流图像可以估算出该过程中电容器的放电电荷量
D．通过本实验可以估算出该电容器的电容值
4.（2020江苏模拟2） 如图所示，一平行板电容器的电容为C，所接电源的电动势为E，两板间a、b、c三点的连线构成一等腰直角三角形．三角形的两直角边长均为L，其中ab边与两板平行，当一个－q的检验电荷从无限远处被移到极板间的a点时，电场力做的功为W.下列说法中正确的是( )
A. 电容器所带电荷量为CE
B. 检验电荷在a点的电势能W
C. 检验电荷在a点的电势为 eq \f(W,q)
D. 若增大两板间距离时，a、c两点间电势差不变
5、（2020高考精优预测卷）如图所示的电路中，和为两个水平放置的平行板电容器，板间有一点，闭合开关，待电路稳定后将开关断开。现将一有机玻璃板(图中未画出)插入板间，则下列说法正确的是( )
A、平行板电容器的电容减小B.点电势降低
C.两板间的电场强度增大D.电阻中有向右的电流
6、(2023·四川名校联考)如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地，静电计所带电荷量很少，可被忽略，一带负电的油滴被固定于电容器中的P点，现将平行板电容器的上极板竖直向下平移一小段距离，则下列说法正确的是( )
A．平行板电容器的电容将减小
B．带电油滴的电势能将减少
C．静电计指针的张角变小
D．若将上极板与电源正极断开后，再将下极板左移一小段距离，则带电油滴所受的电场力不变
7.（2020高考精优预测卷）如图所示的电路中，和为两个水平放置的平行板电容器，板间有一点，闭合开关，待电路稳定后将开关断开。现将一有机玻璃板(图中未画出)插入板间，则下列说法正确的是( )
A、平行板电容器的电容减小B.点电势降低
C.两板间的电场强度增大D.电阻中有向右的电流
8．（6分）（2023山东潍坊名校联考）如图所示，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
9.如图所示，一充电后的平行板电容器的两极板相距l。在正极板附近有一质量为M、电荷量为q(q＞0)的粒子；在负极板附近有另一质量为m、电荷量为－q 的粒子。在电场力的作用下两粒子同时从静止开始运动。已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距eq \f(2,5)l的平面。若两粒子间相互作用力可忽略。不计重力，则M∶m为( )
A.3∶2 B.2∶1
C.5∶2 D.3∶1
10.(2023·河北省邢台名校联考)如图所示，空间存在两块平行的彼此绝缘的带电薄金属板A、B，间距为d，中央分别开有小孔O、P.现有甲电子以速率v0从O点沿OP方向运动，恰能运动到P点．若仅将B板向右平移距离d，再将乙电子从P′点由静止释放，则( )
A．金属板A、B组成的平行板电容器的电容C不变
B．金属板A、B间的电压减小
C．甲、乙两电子在板间运动时的加速度相同
D．乙电子运动到O点的速率为2v0
11.(多选)如图5所示，带电小球自O点由静止释放，经C孔进入两水平位置的平行金属板之间，由于电场的作用，刚好下落到D孔时速度减为零。对于小球从C到D的运动过程，已知从C运动到CD中点位置用时t1，从C运动到速度等于C点速度一半的位置用时t2，下列说法正确的是( )
A.小球带负电
B.t1t2
D.将B板向上平移少许后小球可能从D孔落下

12.如图所示，D是一只二极管，AB是平行板电容器，在电容器两极板间有一带电微粒P处于静止状态，当两极板A和B间的距离增大一些的瞬间(两极板仍平行)，带电微粒P的运动情况是( )
A.向下运动 B.向上运动
C.仍静止不动 D.不能确定
13．（2020湖北八校第二次联考）如图所示，平行板电容器水平放置，开关S断开，电源通过二极管给电容器充电，一带电粒子从上、下极板左侧正中央的O点以一定速度平行于极板射入，恰好从下极板右侧边缘飞出，不计粒子自身重力和空气阻力，极板间电场可视为匀强电场，若粒子打到极板上即被吸收。以下情形，保持入射点O的位置不变，其中说法正确的是
A．将开关保持闭合，若上极板稍向下移动，要求粒子仍能从下极板右侧边缘飞出，则需要增大入射速度
B．将开关保持闭合，若将下极板稍向上移动，粒子在极板间运动时电势能减少量变小
C．开关保持断开，若上极板稍向下移动，粒子仍能从极板右端射出
D．开关保持断开，若将上极板稍向上移动，粒子会打到下极板上
二．计算题
1. （2022·江苏南通二诊）如图是研究光电效应的实验电路图，M、N为两平行正对半径为R的圆形金属板，板间距为d. 现用细光束光照射N极板的圆心时，发生光电效应. 调节滑片改变两板间电压，发现当电压表示数为UC时，电流表示数恰好为零. 假设光电子只从极板圆心处发出，已知电子量为m，电量为e，忽略场的边界效应和电子之间的相互作用. 求：
（1）光电子的最大初速度；
（2）交换图示电路中电源的正负极，电流达到饱和时的最小电压.
2.（2021山西太原期末）如图，真空中相距为d的两块平行金属板M、N与恒压电源相连，电键S闭合后，M、N间产生匀强电场，一带电粒子，沿平行极板方向从与M板相距的P点射入电场，恰好打在N板中央。不考虑重力的影响，为使该粒子能够飞出电场，问：
(1)若保持S闭合，N板应向下移动多少？
(2)若断开S，N板应向下移动多少？
3.如图所示，水平放置的两平行金属板A、B构成电容器，电容为C，极板间距为d，开始时两板均不带电，让有小孔的A板接地．在A板小孔的正上方高h的O点有带电油滴一滴一滴地滴下，已知油滴每滴的质量为m，电量为q，且每滴落到B板后，都会将电荷全部传给B板（A板的下表面也会同时感应出等量异种的电荷）．试求：
（1）第几滴油滴将在A、B间做匀速运动？
（2）最终B板的带电量是多少？
2023年高考物理静电场常用物理模型最新模拟题精练
专题4. 平行板电容器模型
一．选择题
1. （2023湖南名校质检）如图所示，光滑的水平面上静止着一辆小车（用绝缘材料制成），小车上固定一对竖直放置的带电金属板，在右金属板的同一条竖直线上有两个小孔a、b。一个质量为m、带电量为－q的小球从小孔a无初速度进入金属板，小球与左金属板相碰时间极短，碰撞时小球的电量不变且系统机械能没有损失，小球恰好从小孔b出金属板，则（ ）
A．小车（含金属板）和球组成的系统动量守恒但该系统运动过程中机械能不守恒
B．小车（含金属板）和球组成的系统动量不守恒但该系统运动过程中机械能守恒
C．当小球运动到小孔b时，小球速度一定竖直向下，且小车刚好回到初始位置
D．以上答案都不正确
【参考答案】．C
【名师解析】小车（含金属板）和球组成的系统水平方向动量守恒，系统机械能不守恒，选项AB错误；据人船模型可知，选项C正确。
2.（2021四川成都一模）如图，绝缘座放在光滑水平面上，间距为d的平行板电容器竖直固定在绝缘座上，A板有小孔O，,水平绝缘光滑杆穿过O固定在B板上，电容器、底座和绝缘杆的总质量为M。.给电容器充电后，一质量为m的带正电环P套在杆上以某一速度v.对准O向左运动，在电容器中P距B板最近的位置为S.，OS=。若A、B板外侧无电场，P过孔O时与板无接触，不计P对A、B板间电场的影响。则
A.P在S处的速度为0
B.P从O至S的过程中，绝缘座的位移大小为
C.P从O至S的过程中，绝缘座的位移大小为
D.P从O至S的过程中，整个系统电势能的增加量为
【参考答案】CD
【名师解析】P运动到S处时，P与电容器相对速度为零，设P在S处的速度为v1，由动量守恒定律，mv=（m+M）v1，解得：v1=，选项A错误；P进入电容器极板之间的过程可以视为人船模型，设绝缘座的位移大小为x，则P的位移为d/2-x，由动量守恒定律，m（d/2-x）=Mx，解得：x=，选项B错误C正确；由能量守恒定律，整个系统电势能的增加量为△Ep= mv2-（m+M）v12，联立解得：△Ep=，选项D正确。
3.(2021黑龙江大庆三校清北班质检).如图甲所示是电容器充、放电电路。配合电流传感器，可以捕捉瞬间的电流变化，并通过计算机画出电流随时间变化的图像。实验中选用直流8 V电压，电容器选用电解电容器。
图甲 图乙
先使单刀双掷开关S与1端相连，电源向电容器充电，这个过程可瞬间完成。然后把单刀双掷开关S掷向2端，电容器通过电阻R放电，传感器将电流传入计算机，图像上显示出放电电流随时间变化的I－t曲线，如图乙所示。以下说法正确的是( )
A．电解电容器用氧化膜做电介质，由于氧化膜很薄，所以电容较小
B．随着放电过程的进行，该电容器两极板间电压逐渐减小
C．由传感器所记录的该放电电流图像可以估算出该过程中电容器的放电电荷量
D．通过本实验可以估算出该电容器的电容值
【参考答案】BCD
【名师解析】电解电容器用氧化膜做电介质，由于氧化膜很薄，所以电容较大，选项A错误；随着放电过程的进行，电容器带电量减小，由C=Q/U可知该电容器两极板间电压逐渐减小，选项B正确；根据图像面积表示电量，可知由传感器所记录的该放电电流图像可以估算出该过程中电容器的放电电荷量，选项C正确；由U=IR可得放电时电容器电压，通过本实验可以估算出该电容器的电容值，选项D正确。
4.（2020江苏模拟2） 如图所示，一平行板电容器的电容为C，所接电源的电动势为E，两板间a、b、c三点的连线构成一等腰直角三角形．三角形的两直角边长均为L，其中ab边与两板平行，当一个－q的检验电荷从无限远处被移到极板间的a点时，电场力做的功为W.下列说法中正确的是( )
A. 电容器所带电荷量为CE
B. 检验电荷在a点的电势能W
C. 检验电荷在a点的电势为 eq \f(W,q)
D. 若增大两板间距离时，a、c两点间电势差不变
【参考答案】 AC
【名师解析】 根据电容器的电压、电荷量和电容的关系可知，电荷量Q＝CE，A正确；－q的检验电荷从电场的无限远处被移到a点时，电场力做的功为W，则电荷的电势能减小W，在无限处电荷的电势能为零，则电荷在a点的电势能为Ep＝－W，B错误；a点的电势φa＝ eq \f(Ep,－q) ＝ eq \f(W,q) ，C正确；设两极板M、N间距离为d，三角形的两直角边长为L，a、c间的电势差为Uac＝ eq \f(E,d) L sin 45°＝ eq \f(\r(2)EL,2d) ，增大两板间距离时，a、c两点间的电势差变小，故D错误．
5、（2020高考精优预测卷）如图所示的电路中，和为两个水平放置的平行板电容器，板间有一点，闭合开关，待电路稳定后将开关断开。现将一有机玻璃板(图中未画出)插入板间，则下列说法正确的是( )
A、平行板电容器的电容减小B.点电势降低
C.两板间的电场强度增大D.电阻中有向右的电流
【参考答案】B
【名师解析】：将玻璃板插入CD板间，则相对介电常数ε增大，其他条件不变，由可知，CD平行板电容器的电容增大，故A错误；电容器两板间电压：，断开开关后，两电容器总电荷量不变，由于CD电容器的电容增大，依据可知，电容器两板间电势差均变小，由可知，AB板间电场强度变小，则P点与B板间的电势差变小，因为B板接地电势始终为零，则P点电势降低，故B正确，C错误；由于插入玻璃板的过程中，电容器两板间电势差变小，则AB电容器放电，电阻R中有向左的电流，故D错误。
6、(2023·四川名校联考)如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地，静电计所带电荷量很少，可被忽略，一带负电的油滴被固定于电容器中的P点，现将平行板电容器的上极板竖直向下平移一小段距离，则下列说法正确的是( )
A．平行板电容器的电容将减小
B．带电油滴的电势能将减少
C．静电计指针的张角变小
D．若将上极板与电源正极断开后，再将下极板左移一小段距离，则带电油滴所受的电场力不变
【参考答案】B
【名师解析】由C＝eq \f(εrS,4πkd)知，将平行板电容器的上极板竖直向下平移一小段距离，d减小，C增大，A错误；U不变，静电计指针的张角不变，C错误；由E＝eq \f(U,d)知，E增大，则P点与负极板间的电势差增大，P点的电势升高，Ep＝φq，又油滴带负电，则带电油滴的电势能将减少，B正确；若将上极板与电源正极的导线断开后再将下极板左移一小段距离，Q不变，由C＝eq \f(εrS,4πkd)知，S减小，C减小，由U＝eq \f(Q,C)得，电压U增大，场强E＝eq \f(U,d)增大，带电油滴所受的电场力增大，D错误．
7.（2020高考精优预测卷）如图所示的电路中，和为两个水平放置的平行板电容器，板间有一点，闭合开关，待电路稳定后将开关断开。现将一有机玻璃板(图中未画出)插入板间，则下列说法正确的是( )
A、平行板电容器的电容减小B.点电势降低
C.两板间的电场强度增大D.电阻中有向右的电流
【参考答案】B
【名师解析】：将玻璃板插入CD板间，则相对介电常数ε增大，其他条件不变，由可知，CD平行板电容器的电容增大，故A错误；电容器两板间电压：，断开开关后，两电容器总电荷量不变，由于CD电容器的电容增大，依据可知，电容器两板间电势差均变小，由可知，AB板间电场强度变小，则P点与B板间的电势差变小，因为B板接地电势始终为零，则P点电势降低，故B正确，C错误；由于插入玻璃板的过程中，电容器两板间电势差变小，则AB电容器放电，电阻R中有向左的电流，故D错误。
8．（6分）（2023山东潍坊名校联考）如图所示，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
【参考答案】D
【名师解析】B板右端向下移动一小段距离，两板间的平均距离增大，根据E＝可知液滴所在处电场强度减小，油滴竖直方向将向下运动；
由于两金属板表面仍均为等势面，电场线应该与等势面垂直，所以油滴靠近B板时，电场线方向斜向右上方，如图所示，故水平方向油滴向右运动；
所以油滴向右下方运动，故D正确、ABC 错误。
【方法归纳】B板右端向下移动一小段距离，两板间的平均距离增大，分析电场强度的变化；油滴靠近B板时，电场线方向斜向右上方，由此分析竖直方向和水平方向的运动情况即可。
9.如图所示，一充电后的平行板电容器的两极板相距l。在正极板附近有一质量为M、电荷量为q(q＞0)的粒子；在负极板附近有另一质量为m、电荷量为－q 的粒子。在电场力的作用下两粒子同时从静止开始运动。已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距eq \f(2,5)l的平面。若两粒子间相互作用力可忽略。不计重力，则M∶m为( )
A.3∶2 B.2∶1
C.5∶2 D.3∶1
【参考答案】A
【名师解析】 设电场强度为E，两粒子的运动时间相同，对M有：aM＝eq \f(Eq,M)，eq \f(2,5)l＝eq \f(1,2)eq \f(Eq,M)t2；对m有：am＝eq \f(Eq,m)，eq \f(3,5)l＝eq \f(1,2)eq \f(Eq,m)t2，联立解得eq \f(M,m)＝eq \f(3,2)，A正确。
10.(2023·河北省邢台名校联考)如图所示，空间存在两块平行的彼此绝缘的带电薄金属板A、B，间距为d，中央分别开有小孔O、P.现有甲电子以速率v0从O点沿OP方向运动，恰能运动到P点．若仅将B板向右平移距离d，再将乙电子从P′点由静止释放，则( )
A．金属板A、B组成的平行板电容器的电容C不变
B．金属板A、B间的电压减小
C．甲、乙两电子在板间运动时的加速度相同
D．乙电子运动到O点的速率为2v0
【参考答案】 C
【名师解析】 两板间距离变大，根据C＝eq \f(εrS,4πkd)可知，金属板A、B组成的平行板电容器的电容C减小，选项A错误；根据Q＝CU，Q不变，C减小，则U变大，选项B错误；根据E＝eq \f(U,d)＝eq \f(Q,Cd)＝eq \f(4πkQ,εrS)，可知当d变大时，两板间的场强不变，则甲、乙两电子在板间运动时的加速度相同，选项C正确；根据e·E·2d＝eq \f(1,2)mv2，e·E·d＝eq \f(1,2)mveq \\al(02,)，可知，乙电子运动到O点的速率v＝eq \r(2)v0，选项D错误．
11.(多选)如图5所示，带电小球自O点由静止释放，经C孔进入两水平位置的平行金属板之间，由于电场的作用，刚好下落到D孔时速度减为零。对于小球从C到D的运动过程，已知从C运动到CD中点位置用时t1，从C运动到速度等于C点速度一半的位置用时t2，下列说法正确的是( )
A.小球带负电
B.t1t2
D.将B板向上平移少许后小球可能从D孔落下
【参考答案】AB
【名师解析】 由题图可知，A、B间的电场强度方向向下，小球从C到D做减速运动，受电场力方向向上，所以小球带负电，选项A正确；由于小球在电场中受到的重力和电场力都是恒力，所以小球做匀减速直线运动，其速度图象如图所示，由图可知，t1