高中物理第5节 科学探究:电容器课时练习
展开基础过关练
题组一 对电容器及其电容的理解
1.(2023山东青岛第十九中学阶段练习)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
2.如图所示实验中,关于平行板电容器的充放电,下列说法中正确的是( )
A.开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带正电
B.开关接1时,平行板电容器充电,且上极板带负电
C.开关接2时,平行板电容器充电,且上极板带正电
D.开关接2时,平行板电容器充电,且上极板带负电
3.(2022江苏金陵中学期末)超级电容器又叫双电层电容器,是一种新型储能装置,它不同于传统的化学电源,是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源。它具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等特点。如图为一款超级电容器,其标有“2.7 V,3 000 F”, 则( )
A.该超级电容器充电时把电能转化为化学能
B.该电容器最大容纳电荷量为8 100 C
C.该电容器在电压为2.7 V时电容才是3 000 F
D.该电容器在2.5 V电压下不能正常工作
4.一个平行板电容器,使它每板电荷量从Q1=30×10-6 C增加到Q2=36×10-6 C时,两板间的电势差从U1=10 V增加到U2。
(1)求这个电容器的电容多大。
(2)求U2为多少。
(3)若要使两极板电势差从10 V降为U'2=6 V,则每板需减少多少电荷量?
题组二 平行板电容器的动态分析
5.(多选)C=QU和C=εrS4πkd是两个关于电容器电容的公式。下列关于它们的说法正确的是( )
A.从C=QU可以看出,电容的大小取决于所带电荷量和电压
B.从C=εrS4πkd可以看出,电容的大小取决于电介质的种类、导体的形状和两极板的位置关系
C.它们都适用于各种电容器
D.C=QU是适用于各种电容器的定义式,C=εrS4πkd是只适用于平行板电容器的决定式
6.(多选)有一个以空气为电介质的平行板电容器,板间距为d,正对面积为S,充以电荷量Q后,两极板间电压为U,为使电容器的电容加倍,可采用的办法是( )
A.将电压变为U2
B.将所带电荷量变为2Q
C.将板间距变为d2
D.两板间充满相对介电常数为2的电介质
7.(多选)如图所示,电路中A、B为两块竖直放置的金属板,C是一只静电计,开关S合上后,静电计指针张开一定角度,下述做法可使静电计指针张角增大的是( )
A.使A、B两板靠近一些
B.使A、B两板正对面积减小一些
C.断开S后,使A板向左平移一些
D.断开S后,使A、B正对面积减小一些
8.(多选)如图所示,电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极,在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时,由于人体是导体,手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容),电流由四边电极流向触点,而电流大小与手指到电极的距离成正比,位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及大小,准确算出触摸点的位置。由以上信息可知( )
A.电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
B.用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越大
C.用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越小
D.如果用戴了较厚手套的手触摸屏幕,照样能引起触摸屏工作
9.(多选)(2024重庆凤鸣山中学期中)电容式话筒含有电容式传感器,如图所示。导电性振动膜片与固定电极构成一个电容器,当振动膜片在声压的作用下振动时,两个电极间的电容发生变化,电路中电流随之变化,这样声信号就转变为电信号。当振动膜片向右运动时,下列说法正确的是( )
A.电容器电容增大
B.电容器所带电荷量增加
C.电容器两极板间的场强增大
D.电阻R上电流方向自左向右
能力提升练
题组 电容器中带电粒子的平衡与运动问题
1.(多选)(2022山东青岛第十九中学阶段练习)如图所示,两竖直放置的平行板与电源相连接,闭合开关S的同时将一带负电的粒子(重力可忽略不计)由A板静止释放,经时间t运动到B板时的速度为v,该粒子的加速度大小为a,粒子运动到B板时的动能为Ek,如果仅将两板之间的距离加倍,则( )
A.粒子运动到B板的速度为2v
B.粒子的加速度变为a2
C.粒子的运动时间变为2t
D.粒子运动到B板的动能为Ek
2.(2024广西南宁期中)密立根油滴实验装置简化图如图所示,在真空环境下带电油滴从喷雾器的喷嘴喷出,落到平行板电容器两极板间,现某个油滴悬浮在P点,保持两极板间的电压U不变,电容器的下极板接地。若只将正极板下移一小段距离(未到P点),下列说法正确的是( )
A.油滴带负电且油滴将向下加速运动
B.电容器所带电荷量减少
C.P处的电势降低
D.油滴的电势能减小
3.(2024云南昆明八中期中)如图所示,水平放置的平行板电容器与电源连接。闭合开关待稳定后,有一带电油滴恰好能静止在电容器中的P点,则( )
A.保持开关闭合,将上极板往下平移,油滴向下加速运动
B.保持开关闭合,将上极板向左移动少许,电路中出现从a到b的电流
C.断开开关,将上极板往上平移,P点电势降低
D.断开开关,将上极板向左移动少许,板间电场强度增大
4.(2023四川成都蓉城高中教育联盟期中)如图所示,充电后的平行板电容器水平放置,电容为C,两极板间距离为d,上极板正中有一小孔。质量为m、电荷量为+q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落,穿过小孔到达下极板处速度恰为零(空气阻力忽略不计,极板间电场可视为匀强电场,重力加速度为g)。求:
(1)小球到达小孔处的速度大小;
(2)两极板间电场强度大小和电容器所带电荷量;
(3)小球从开始下落到运动到下极板处的时间。
答案与分层梯度式解析
第2章 电势能与电势差
第5节 科学探究:电容器
基础过关练
1.C 电容器所带的电荷量是指任何一个极板所带电荷量的绝对值,故A错误;电容是用来描述电容器容纳电荷本领的物理量,电容的大小与电容器是否带电及带电荷量多少无关,故B、D错误;C=QU=ΔQΔU=1.0×10−610 F=1.0×10-7 F,故C正确。故选C。
2.A 开关接1时,平行板电容器充电,上极板因与电源正极相连而带正电,A对,B错;开关接2时,平行板电容器放电,放电结束后上、下极板均不带电,C、D错。
3.B 电容器充电时把电能存储起来,没有转化为化学能,故A错误;该电容器最大容纳电荷量为Q=UC=2.7×3 000 C=8 100 C,选项B正确;电容是描述电容器容纳电荷本领的物理量,其大小与电压和电荷量无关,故该电容器电容始终为3 000 F,故C错误;电容器的额定电压为2.7 V,说明工作电压不能超过2.7 V,故D错误。
4.答案 (1)3 μF (2)12 V (3)12×10-6 C
解析 (1)电容器的电容
C=Q1U1=30×10−610 F=3×10-6 F=3 μF
(2)因为电容器的电容不变,
所以U2=Q2C=36×10−63×10−6 V=12 V
(3)要使两极板间电势差降为6 V,则每板应减少的电荷量为ΔQ=CΔU=3×10-6×(10-6) C=12×10-6 C
5.BD 公式C=QU是电容的定义式,适用于各种电容器,但C与Q和U均无关;C=εrS4πkd是平行板电容器电容的决定式,只适用于平行板电容器。故A、C错误,B、D正确。
6.CD 电容器的电容与电容器极板上的电荷量、电压无关,所以选项A、B不正确;根据公式C=εrS4πkd,可以知道选项C、D正确。
7.CD 静电计显示的是A、B两极板间的电压,指针张角越大,表示两极板间的电压越大。合上S后,A、B两板与电源两极相连,板间电压等于电源电压,不变,静电计指针张角不变;断开S后,板间距离增大,或正对面积减小,都将使电容器的电容变小,而电容器所带的电荷量不变,由C=QU可知,板间电压U增大,从而静电计指针张角增大。所以选C、D。
8.AB 根据题意可知,因为人是导体,所以人的手指和导体层形成电容,故A正确;由平行板电容器的决定式可知,接触面积增大时,电容增大,故B正确,C错误;如果戴了手套,此时手与导体层间的距离较大,不能引起手指与导体层间电场的变化,所以不能在触摸屏上进行触控操作,故D错误。
9.ABC 当振动膜片向右运动时,电容器的极板间距变小,根据C=εrS4πkd可知电容变大,故A正确;由于电容器两端电压等于电源电压不变,根据Q=CU,可知当电容变大时,所带电荷量增加,故B正确;当极板间距变小时,由E=Ud,可知电容器两极板间的场强增大,故C正确;根据前面分析,电容器所带电荷量增加,电容器充电,电容器左极板带正电,故可知此时电流通过电阻R时方向自右向左,故D错误。
方法技巧 对平行板电容器定性分析的方法
(1)电容器两极板始终与电源两极相连的情况
此时电容器两极板间电势差U保持不变,若用“↑”表示相关物理量增大,“↓”表示减小,则
①电容器极板间距离d变化
②电容器极板正对面积S变化
(2)电容器充电后与电源断开的情况
此时电容器所带电荷量Q保持不变,则
①电容器极板间距离d变化
②电容器极板正对面积S变化
能力提升练
1.BCD 设电源电压为U,两板之间的距离为d,粒子的质量为m,粒子的电荷量为q,由牛顿第二定律得a=Fm=Eqm=qUmd,由动能定理得qU=12mv2,则粒子运动到B板的动能为Ek=qU,粒子运动到B板的速度为v=2qUm,粒子在板间运动的时间为t=va=2qUmqUmd=d2mqU。如果仅将两板之间的距离加倍,则由a=qUmd可知,粒子的加速度变为a2,故B正确;由v=2qUm可知,增加两板之间的距离对速度无影响,故粒子运动到B板的速度仍为v,故A错误;由t=d2mqU可知,两板之间的距离加倍后粒子的运动时间变为2t,故C正确;由Ek=qU可知,增加两板之间的距离对动能无影响,故粒子运动到B板的动能仍为Ek,故D正确。
2.D 若只将正极板下移一小段距离,两极板间距d减小,根据E=Ud可知场强变大,带负电的油滴受向上的电场力,电场力变大,则油滴将向上加速运动,选项A错误;根据C=εrS4πkd可知电容器电容变大,根据Q=CU可知电容器带电荷量增加,选项B错误;根据U=Ed可知P与下极板的电势差变大,则P处的电势升高,由于油滴带负电,可知油滴电势能减小,选项C错误,D正确。故选D。
3.D 保持开关闭合,电容器两极板间的电压U保持不变,将上极板往下平移,两极板间的距离d减小,根据E=Ud,电容器内部电场强度增大,油滴所受的电场力大于重力,因此油滴向上加速运动,A错误;保持开关闭合,将上极板向左移动少许,两极板正对面积S减小,根据C=εrS4πkd,可知电容减小,又根据C=QU,由于电压保持不变,因此电容器的带电荷量减小,电路中出现从b到a的电流,B错误;断开开关,电容器的带电荷量Q保持不变,利用C=εrS4πkd、C=QU,可知电容器内部的电场强度E=Ud=QCd=4πkQεrS可知,将上极板往上平移后,电容器内部的电场强度保持不变,P点电势保持不变,C错误;断开开关,将上极板向左移动少许,根据C=εrS4πkd,可知电容减小,又由于C=QU,Q保持不变,则两极板间的电压升高,根据E=Ud可知,板间电场强度增大,D正确。故选D。
4.答案 (1)2gℎ (2)mg(ℎ+d)qd Cmg(ℎ+d)q (3)ℎ+dℎ2ℎg
解析 (1)由v2=2gh得v=2gℎ。
(2)在极板间,带电小球受重力和电场力作用,有
qE-mg=ma且v2-0=2ad,得E=mg(ℎ+d)qd。
由U=Ed、Q=CU得Q=Cmg(ℎ+d)q。
(3)由h=12gt12、0=v-at2、t=t1+t2,综合可得t=ℎ+dℎ2ℎg。1.C
2.A
3.B
5.BD
6.CD
7.CD
8.AB
9.ABC
1.BCD
2.D
3.D
高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第5节 科学探究:电容器精品一课一练: 这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第三册第5节 科学探究:电容器精品一课一练,共3页。
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: 这是一份高中物理鲁科版 (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,共6页。试卷主要包含了5×10-4 CD,2 C,下列关于电容器的说法中正确的是等内容,欢迎下载使用。
高中物理第5节 科学探究:电容器课后测评: 这是一份高中物理第5节 科学探究:电容器课后测评,共5页。试卷主要包含了 以下说法错误的是等内容,欢迎下载使用。