2.5科学探究：电容器 同步练习（word版含答案）

2.5、科学探究：电容器
一、选择题（共16题）
1．关于电容器，下列说法正确的是（　　）
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．电容器是储存电荷和电能的容器，只有带电的容器才称为电容器
C．某电容器所带电荷量越多，两极板间的电势差就越小
D．电容器的电容跟它是否带电无关
2．如图所示，平行板电容器充电完毕后与电源断开．设平行板电容器的电容为，两极板正对面积为，两极板间的距离为，两极板间场强为．下列说法正确的是
A．若保持不变，增大，则变小，变大
B．若保持不变，减小，则变大，不变
C．若保持不变，增大，则变大，不变
D．若保持不变，减小，则变小，变小
3．美国物理学家密立根通过研究平行板间悬浮不动的带电油滴，比较准确地测定了电子的电荷量。如图所示，平行板电容器两极板M、N相距d，两极板分别与电压为U的恒定电源两极连接，极板M带负电。现有一质量为m的带电油滴在极板中央处于静止状态，且此时极板带电荷量与油滴带电荷量的比值为k，已知重力加速度为g，则以下说法正确的是（ ）
A．油滴带负电
B．油滴带电荷量为
C．电容器的电容为
D．将极板N向上缓慢移动一小段距离，油滴将向下运动
4．如图所示，平行板电容器与直流电源（内阻不计）连接，下极板接地，静电计所带电量很少，可忽略。一带负电油滴被固定于电容器中的P点，则（　　）
A．将电容器的下极板向下移动少许，静电计指针张角变小
B．在电容器中插入玻璃板，带电油滴的电势能将减少
C．紧贴下极板上边缘插入一金属板，电容器的电容变小
D．在极板与电源断开后，将下极板向下移动少许，则油滴所受电场力不变
5．如图所示，平行板电容器A、B间有一带电油滴P正好静止在极板正中间，现将B极板匀速向下移动到虚线位置，其他条件不变，则在B极板移动的过程中( )
A．油滴将向下做匀加速运动 B．电流计中电流由b流向a
C．极板带的电荷量增加 D．油滴运动的加速度逐渐变大
6．如图所示的电路中，平行板电容器、极板水平放置，下极板固定，电阻的下端接地，点为、极板之间的一固定点。开关闭合，待电路稳定后，仅将板向上平移一小段距离，则下列说法正确的（　　）
A．电容器的电容增大
B．在板上移的过程中，电容器的带电量增大
C．、两极板间的电场强度不变
D．当电路稳定时，与原来相比较，点电势降低了
7．如图所示是探究影响平行板电容器电容大小因素的实验装置。关于此实验装置中的静电计，下列说法中正确的是（　　）
A．增大两极板之间的距离，静电计指针张角变小
B．可以用电压表替代静电计
C．紧贴左板插入一定厚度的金属板，静电计指针张角将变小
D．静电计的外壳与A板相连接后不能接地
8．如图所示为一平行板电容器，两板之间的距离d和两板正对面积S都可以调节，电容器两板与电池相连接，Q表示电容器所带的电荷量，E表示两板间的电场强度，则（　　）
A．当d增大，S不变时，Q减小，E减小
B．当S增大，d不变时，Q增大，E增大
C．当d减小，S增大时，Q增大，E不变
D．当S减小，d增大时，Q不变，E增大
9．1999年7月12日，日本原子能公司所属敦贺湾核电站由于水管破裂导致高辐射冷却剂外流，在检测此次重大事故中应用了非电量变化(冷却剂外泄使管中液面变化)转移为电信号的自动化测量技术．如图是一种通过检测电容器电容的变化来检测液面高低的仪器原理图．容器中装有导电液体，是电容器的一个电极，芯柱外面套有绝缘管(塑料或橡皮)作为电介质，电容器的两个电极分别用导线接在指示器上，指示器上显示的是电容的大小，从电容的大小就可知容器中液面位置的高低，为此，下列说法正确的是(　　)
A．如果指示器显示出电容增大了，则两电极正对面积增大，必为液面升高
B．如果指示器显示出电容减小了，则两电极正对面积增大，必为液面升高
C．如果指示器显示出电容增大了，则两电极正对面积减小，必为液面降低
D．如果指示器显示出电容减小了，则两电极正对面积增大，必为液面降低
10．如图所示的实验装置中，平行板电容器的极板A与一灵敏的静电计相接，极板B接地．若极板B向左移动一小段距离，则观察到的静电计指针偏角变化和得出平行板电容器电容变化的结论是（ ）
A．静电计指针偏角变大，电容器电容变小
B．静电计指针偏角变小，电容器电容变大
C．静电计指针偏角不变，电容器电容变小
D．静电计指针偏角变小，电容器电容变小
11．如图所示，、为两块平行带电金属板，带负电，带正电且与大地相接，两板间点处固定一负电荷，设此时两极间的电势差为，点场强大小为，电势为，负电荷的电势能为，现将、两板水平错开一段距离（两板间距不变），下列说法正确的是（ ）
A．变大，变大
B．变小，变小
C．变大，变大
D．变大，变小
12．如图，AB是组成电容器的两块水平放置的平行金属极板，下极板接地，E为直流电源，内阻不计。M为其中一个定点。将开关闭合，电路稳定后，带电油滴位于两板中央的M点且恰好处于平衡状态。将A板向上平移一小段距离（ ）
A．电容器的带电量将增大 B．在A板上移过程，电阻R中有向左的电流
C．带电油滴将沿竖直方向向上运动 D．M点电势将降低
13．用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素（如图）．设两极板正对面积为S，极板间的距离为d，静电计指针偏角为θ，实验中，极板所带电荷量不变，若（　　）
A．保持S不变，增大d，则θ变大
B．保持S不变，增大d，则θ变小
C．保持d不变，减小S，则θ变小
D．保持d不变，减小S，则θ不变
14．工厂在生产熔喷布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的装置，其中M、N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，G是灵敏电流计。当熔喷布的厚度变厚导致介电常数变大时（　　）
A．M、N平行板电容器的电容增大
B．M、N两板间的电压增大
C．M、N两板上的电荷量变小
D．有电流从a向b流过灵敏电流计
15．如图所示，平行板电容器两极A、B间有一个带电油滴P，正好静止在两极板正中间。现将两极板稍拉开一些，其它条件不变（拉开时间忽略），则（　　）
A．油滴将向上加速
B．油滴将向下加速
C．电流计中电流由b流向a
D．电流计中电流由a流向b
16．如图所示，K1、K2闭合时，一质量为 m、带电荷量为q的液滴，静止在电容器的 A、B 两平行金属板间。现保持 K1 闭合，将 K2 断开，然后将 B 板向下平移到图中虚线位置，则下列说法正确的是（　　）
A．电容器的电容增大 B．A 板电势比电路中 Q 点电势高
C．液滴保持静止 D．液滴的电势能减小
二、填空题
17．在图示的实验装置中，已充电的平行板电容器与电源断开，极板A与一静电计相连接，极板B接地。若极板B稍向上移，则电容器电容_______，静电计指针偏角___________；若极板B稍向右水平移动，则电容器的带电荷量_______。（填“增大”、“减小”或“不变”）
18．如图所示是示波管的原理图，它由电子枪、偏转电极（XX′和YY′）、荧光屏组成，管内抽成真空，给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O点。
（1）电子在________区域是加速的，在________区域是偏转的。
（2）若，，则电子向________板偏移，若，，则电子向________板偏移。
三、综合题
19．示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观察到的交变电信号转化成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。Y、Y＇，X、X＇为两个极板，其上加电压，可实现 电子的偏转，当量两极板都不加电压时，电子射到荧屏中央。
（1）若 Y、Y＇，X、X＇都加电压且交流电压情况如图丙，丁所示，在荧光屏上简要画出电子的运动轨迹
（2）现将管中两极板提取出来，使 Y、Y＇竖直，确保加压后电场线方向与电子运动方向相 反，使 X、X＇竖直，确保电场线方向与电子运动方向垂直，已知板长均为L，现向 Y、Y＇板上加U1的电压，X、X＇上加U2的电压且上板电势比下板高，设偏移量为y，板间距离均为d，若电子恰能从X、X＇右端飞出
①请推导的表达式，并写出电子偏转方向和判断Y、Y＇左右极板电势高低
②为了电子飞出的精准度，一般使的比值尽可能小，请你提出两条建议
20．如图所示的真空管中，质量为m，电量为e的电子从灯丝Ｆ发出，经过电压U１加速后沿中心线射入相距为d的两平行金属板B、C间的匀强电场中，通过电场后打到荧光屏上，设B、C间电压为U２，B、C板长为L1，平行金属板右端到荧光屏的距离为L２，求：
（1）电子进入偏转电场时的速度。
（2）电子离开偏转电场时侧移量y。
（3）电子打到荧光屏上的位置偏离屏中心距离。
21．示波器是一种用来观察电信号的电子仪器，其核心部件是示波管，如图1所示是示波管的原理图．示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空．电子从灯丝K发射出来（初速度可不计），经电压为的加速电场加速后，以垂直于偏转电场的方向先后进入偏转电极、．当偏转电极、上都不加电压时，电子束从电子枪射出后，沿直线运动，打在荧光屏的中心O点，在那里产生一个亮斑．
(1)只在偏转电极上加不变的电压，电子束能打在荧光屏上产生一个亮斑．已知偏转电极的极板长为L，板间的距离为d，间的电场可看做匀强电场．电子的电荷量为e，质量为m，不计电子的重力以及电子间的相互作用力．求电子刚飞出间电场时垂直于极板方向偏移的距离．
(2)只在偏转电极上加的交流电压，试在图2中画出荧光屏上的图形．
(3)在上加如图3所示的正弦交流电压，同时在上加如图4所示的周期性变化的电压，假设和时，电子束分别打在荧光屏上的A、B两点，试在图5中画出荧光屏上的图形．
22．示波管的内部结构如图所示，如果在偏转电极XX'、YY'之间都没有加电压，电子束将打在荧光屏中心。如果在偏转电极XX'之间和YY'之间分别加上如图所示的电压，请画出荧光屏上出现的完整扫描波形图( )
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A．电容器所带的电荷量是指一个极板所带电荷量的绝对值，故A错误；
B．电容器是任何两个彼此绝缘面又相距很近的导体组成的能够储存电荷和电能的装置，与是否带电无关，故B错误；
C．由
可知电容器所带电荷量越多，两极板间的电势差就越大，故C错误；
D．电容由电容器本身决定，与是否带电无关，故D正确。
故选D。
2．B
【详解】
试题分析：平行板电容器充电后与电源断开，电量Q保持不变．若保持S不变，将两极板间距离增大，由电容的决定式分析得知，电容C变小，由根据、、结合得：，E与d无关，则E不变，故A错误；若保持S不变，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，由根据，E与d无关，则E不变．故B正确；若保持d不变，将两极板间正对面积增大，由电容的决定式分析得知，电容C变大，由根据，E与S成反比，则E变小，故C错误．若保持d不变，将两极板间正对面积减小，由电容的决定式分析得知，电容C变小，由根据，E与S成反比，则E变大，故D错误；故选B．
3．C
【详解】
A．由题，带电荷量为q的微粒静止不动，则微粒受到向上的电场力，平行板电容器板间场强方向竖直向上，则微粒带正电，故A错误；
B．由平衡条件得
得油滴带电荷量为
故B错误；
C．根据
结合
mg=qE
且
Q=kq
则得电容器的电容为
故C正确；
D．极板N向上缓慢移动一小段距离，电容器两极板距离d减小，板间场强增大，微粒所受电场力增大，则微粒将向上做加速运动，故D错误。
故选C。
4．D
【详解】
A．静电计测量的是电容器两极板间电压，由于电容器始终与电源相连，电压U不变，故静电计指针张角不变，A错误；
B．两板间场强
保持不变，故P与下极板电势差不变，据可知，电荷电势能不变，B错误；
C．紧贴下极板上边缘插入一金属板，两极板间距d减小，根据
可知电容器的电容C变大，C错误；
D．在极板与电源断开后，则Q一定，根据
则将下极板向下移动少许，则两板间场强E不变，油滴所受电场力不变，D正确。
故选D。
5．D
【详解】
AD．将B极板匀速向下运动时，两极板的距离增大，因为电势差U不变,则根据场强公式
可知，极板间的电场强度减小，油滴所受的电场力减小，电场力小于重力，油滴所受合力向下，根据牛顿第二定律
联立可得：油滴向下加速度为
因为q、U、m不变，d逐渐增大，则加速度a逐渐增大，所以油滴向下做加速度增大的加速运动，故A错误，D正确；
BC．根据电容决定式
可知，电容器板间距离增大，则电容器的电容C减小，而板间电压U不变,则由
可知，电容器所带电荷量Q减小，电容器将放电，因上极板带正电，则知电流计中电流由a流向b，故BC错误。
故选D。
6．D
【详解】
A．将A板向上平移一小段距离，则两板间距变大，则由
可知，电容器的电容减小，选项A错误；
B．在A板上移的过程中，C减小，根据
Q=CU
可知，电容器的带电量减小，选项B错误；
C．根据
可知，A、两极板间的电场强度减小，选项C错误；
D．当电路稳定时，两板间场强减小，根据
U=Ed
可知，P点与下极板间电势差减小，因下极板电势为零，则与原来相比较，点电势降低了，选项D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．增大板间距d，根据电容的决定式可知电容C变小，电容器电荷量不变，电容定义式结合得知，两极板间的电势差U变小，静电计指针张角变小，故A正确；
B．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B错误；
C．紧贴左板插入一定厚度的金属板，板件间距d变小，根据电容的决定式可知电容C变大，电容器电荷量不变，电容定义式结合得知，两极板间的电势差U变大，静电计指针张角变大，故C错误；
D． 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，当然接地也是可以的，故D错误。
故选A。
8．A
【详解】
A．当d增大，S不变时，由
电容C减小，而板间电压U不变，由
Q减小，由
E减小，A正确；
B．当S增大，d不变时，由
电容C增大，而板间电压U不变，由
Q增大，由
E不变， B错误；
C．当d减小，S增大时，由
电容C增大，而板间电压U不变，由
Q增大，由
E增大，C错误；
D．当S减小，d增大时，由
电容C减小，而板间电压U不变，由
Q减小，由
E减小，D错误。
故选A。
9．A
【详解】
由题意可知导电液体和导线芯为两极板，绝缘管为电介质构成一个电容器，
当液面升高时，电容器两极板正对面积增大，电容变大；反之，当液面下降时，电容器两极板正对面积减小，电容变小
故A正确．
10．A
【详解】
试题分析：极板B向左移动后，电容器间的距离增大，则由可知，电容器的电容减小；因电容器和电源断开，故电容器极板上的电荷量不变，则由Q=UC可知，电容器两端的电压增大，则静电计的偏角增大；故选A.
11．A
【详解】
A.将两板水平错开一段距离，两板正对面积减小，根据电容的决定式可知，电容C减小，而电容器的电量Q不变，则由得知，板间电压U增大，板间场强，可见E增大．故A符合题意．
BCD.P点到下板距离不变，由公式U=Ed得知，P点与下板电势差增大，故P点的电势变小；由于电场线向上，P点的电势低于下极板的电势，则P点的电势降低，变小，负电荷在P点的电势能变大．故BC D不符合题意．
12．D
【详解】
AB．保持电键K闭合，两极板间电压不变，将A板向上平移一小段距离，根据
可知C减小，根据
可知，极板上电荷量Q减少，则电阻R中有向右的电流，AB错误；
C．保持电键K闭合，两极板间电压不变，将A板向上平移一小段距离，根据
可知d增大，则电场强度E减小，导致电场力小于重力，则带电油滴将沿竖直方向向下运动，C错误；
D．由选项C可知，可知d增大电场强度E减小，则
UM负 = EdM负 = φM - φ负 = φM
可知M点电势将降低，D正确。
故选D。
13．A
【详解】
AB、电容器所带电荷量Q不变，由可知不变，增大d，则变小，而由可得电容器的电压U变大，从而使得静电计的电压U变大，其指针的偏角θ变大，故A正确、B错误;
CD、同理可知保持d不变，减小S，则变小，而由可得电容器的电压U变大，使得静电计的电压U变大，其指针的偏角θ变大，故选项C、D均错误．
故选:A.
14．AD
【详解】
根据可知，当熔喷布的厚度变厚导致介电常数变大时，M、N平行板电容器的电容增大，因电容器接在恒压直流电源的两极上，则两板间电压不变，根据Q=CU可知，两板电量变大，电容器充电，则有电流从a向b流过灵敏电流计。
故选AD。
15．BD
【详解】
AB．将两极板的距离拉开一些，由于电势差不变，d变大，则根据知，电场强度变小，电场力减小，油滴向下加速，故A错误，B正确；
CD．根据得，d变大，则电容变小，U不变，根据Q=CU知，电荷量减小，则电流计中的电流由a流向b，故C错误，D正确。
故选BD。
16．BCD
【详解】
A．根据，当B板向下平移，板间间距d增大时，其它条件不变，则导致电容变小，故A错误；
B．K1、K2闭合时A、Q电势相等，保持K1闭合，将K2断开，将B板向下平移一段距离，板间场强不变，所以A板与大地间的电势差U增大，即A板电势升高，而Q点的电势不变，所以A板电势比电路中Q点电势高，故B正确；
C．根据与，可得
由于电量、正对面积不变，从而确定电场强度也不变，所以液滴仍保持静止，故C正确；
D．根据电场力与重力平衡可知，液滴带负电，由于B板的移动，导致液滴的电势升高，所以其电势能减小，故D正确。
故选BCD。
17． 减小 增大 不变
【详解】
电容器充电后与电源断开，故电容器两极板上的电荷量Q不变，若极板B稍向上移，极板正对面积减小，根据平行板电容器的决定式，可知电容器电容减小；
电容器的电荷量不变，电容减小，再由电容定义式可知，两极板间电势差U增大，故静电计指针偏角增大；
因电容器充电后已与电源断开，故电容器两极板上的电荷量Q不变。
18． Ⅰ Ⅱ Y X
【详解】
（1）根据示波器原理知Ⅰ区域是加速电场区，Ⅱ区域是偏转电场区；
（2）在偏转电极YY′加电压，且，Y比电势高，电子向高电势运动，故电子向Y板偏移，只在偏转电极XX′上加电压，且，X比电势高，电子向高电势运动，故粒子向X板偏移。
19．(1) （2）①②减小电压或增大电压
【详解】
(1)因甲图XX′偏转电极接入的是锯齿形电压，即扫描电压，且周期与YY′偏转电压上加的是待显示的信号电压相同，所以在荧光屏上得到的信号在一个周期内的稳定图像。则显示的图像与YY′所载入的图像形状是一样的，如图所示
(2)电子在YY’电场中加速，由动能定理有
电子在XX’电场中偏转，加速度为
运动时间为
偏转位移为
联立解得
由可知，要使更小，可减小电压或增大电压。
20．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）电子在加速电场加速过程，由动能定理可得
解得
（2）电子在偏转电场中做类平抛运动，偏转电场的电场强度为
根据牛顿第二定律可得
水平方向有
竖直方向有
联立解得
（3）根据几何关系可得
联立解得
21．（1）（2）（3）
【详解】
（1）在加速电场中 eU0＝mv02 0
在偏转电场中，平行于极板方向 L=v0t
垂直于极板方向
y＝at2
可得
（2）如答图1所示．
（3）如答图2所示．
22．，
【详解】
A图中，在XX′偏转电极所加的电压的周期为2T，即在2T的时间内才能完成一次水平方向的扫描，而竖直方向（y方向）的周期为T，所以在水平方向的一次水平扫描的过程中，竖直方向由2个周期性的变化；y方向的电压变化为正弦式的变化，由于电子到达荧光屏的偏转量与偏转电压成正比，所以A图中的扫描图形如图
要在荧光屏上得到待测信号在一个周期内的稳定图象．XX′偏转电极要接入锯齿形电压，即扫描电压，B图中，在XX′偏转电极所加的电压的周期为T，即在一个周期T的时间内完成一次水平方向的扫描，同时竖直方向的周期为T，所以在水平方向的一次水平扫描的过程中，竖直方向也完成一个周期性的变化；y方向的电压大小不变，方向每半个周期变化一次，结合电子到达荧光屏的偏转量与偏转电压成正比，所以B图中的扫描图形如图
答案第1页，共2页