人教版新教材必修三 10.4 电容器充放电专题（含答案）

人教版新教材必修三第十章电容器充放电专题（含答案）
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题（本大题共10小题，共60.0分）
平行板电容器与电源始终保持相连，在右极板由虚线位置平移到如图所示的实线位置的过程中，设两极板间的电压为、电场强度为，电容器的电容为、所带电荷量为，以下说法正确的是( )
A. 电路是断路，不可能有电荷定向移动 B. 有负电荷从到定向移动，电流方向为顺时针
C. 不变，变大，变小，变小 D. 不变，变小，变大，变大
随着生活水平的提高，电子秤已经成为日常生活中不可或缺的一部分，电子秤的种类也有很多，如图所示是用平行板电容器制成的厨房用电子秤及其电路简图。称重时，把物体放到电子秤面板上，压力作用会导致平行板上层膜片电极下移。则放上物体后( )
A. 电容器的电容变小 B. 电容器的带电量增大
C. 极板间电场强度变小 D. 膜片下移过程中，电流表有从到的电流
电容器充电后就储存了能量，某同学研究电容器储存的能量与电容器的电容、电荷量及电容器两极板间电压之间的关系。他从等效的思想出发，认为电容器储存的能量等于把电荷从一个极板搬运到另一个极板过程中克服静电力所做的功。为此他作出电容器两极板间的电压随电荷量变化的图像如图所示。按照他的想法，下列说法正确的是( )
A. 图线的斜率越大，电容越大
B. 搬运的电荷量，克服静电力所做的功近似等于上方小矩形的面积
C. 对同一电容器，电容器储存的能量与两极板间电压成正比
D. 若电容器电荷量为时储存的能量为，则电容器电荷量为时储存的能量为
如图所示，电容式麦克风的振动膜是利用超薄金属或镀金的塑料薄膜制成，它与基板构成电容器。工作时，振动膜随声波左右振动。下列说法正确的是
A. 振动膜向右运动时，电容器的电容减小 B. 振动膜向右运动时，电阻上有从到的电流
C. 振动膜向左运动时，的电势比高 D. 振动膜向左运动时，电阻上的电压为零
某实验小组设计了一种测量电容器电容的实验电路如图，其中为两节干电池，为定值电阻，双量程电压表图中未画出。实验过程如下：先闭合开关，电源给电容器充电，用电压表测出电容器两端的电压。然后断开开关，电容器对电阻放电，电流传感器将电流信息传入计算机可得到图像，通过图像围成的“面积”自动计算出电荷量，最后根据和求出电容器的电容。实验中，甲同学将电压表接在、之间，乙、丙同学分别将电压表及电压表接在、之间。若其它操作都符合要求，则甲、乙、丙三位同学的电容测量值、、大小满足的关系是
A. B. C. D.
在电容器充电过程中，电容器电压与所带电荷量之间的关系是
A. B. C. D.
两个较大的平行金属板、相距为，分别接在电压为的电源正、负极上，这时质量为，带电油滴恰好静止在两极之间，如图所示，在其它条件不变的情况下，如果将两极非常缓慢地错开一些，那么在错开的过程中( )
A. 油滴将向上加速运动，电流计中电流从流向
B. 油滴将向下加速运动，电流计中的电流从流向
C. 油滴静止不动，电流计中的电流从流向
D. 油滴静止不动，电流计中的电流从流向
一种心脏除颤器通过电容器放电完成治疗。在一次模拟治疗中，电容器充电后电压为，在内完成放电，这次放电通过人体组织的平均电流强度大小为，该心脏除颤器中电容器的电容为
A. B. C. D.
心脏除颤器多数采用阻尼放电的方法，其充、放电基本原理如图所示。直流低压经高压直流发生器后向储能电容器充电，使电容器获得一定的储能。除颤治疗时，通过开关控制由储能电容器、线圈及人体组成的串联电路接通，储能电容器通过人体放电。已知储能电容器电容为，某次使用时，充电后电容器的电压为，放电后电容器两极板电压为，则这次放电通过人体的电荷量为( )
A. B. C. D.
图甲所示为电容器的充电电路，先将可变电阻的阻值调为，闭合电键，电容器所带电量随时间变化的关系图像如图乙实线所示。然后断开电键，先使电容器放电完毕，再把的阻值调为，接着重复前面的操作，得到如图乙实线所示图像，则下列说法正确的是
A. 电容器充电过程，充电电流不断增大
B. 电容器充电过程，电容器的电容不断增大
C. 减小可变电阻的阻值可实现对电容器更快速的充电
D. 减小可变电阻的阻值可实现对电容器更均匀的充电
二、实验题（本大题共3小题，共40.0分）
如图所示是一种测量电容器电容的实验电路图，实验是通过对高阻值电阻放电的方法，测出电容器充电至电压时所带电荷量，从而求出待测电容器的电容。某同学在一次实验时的情况如下：
A.按如图甲所示的电路图接好电路；
B.接通开关，调节电阻箱的阻值，使电流表的指针偏转接近满刻度，记下此时电流表的示数是，电压表的示数；
C.断开开关，同时开始计时，每隔测读一次电流的值，将测得数据填入表格，并标示在图乙的坐标纸上时间为横坐标，电流为纵坐标，如图乙中小黑点所示。
在图乙中画出图线；
图乙中图线与坐标轴所围成面积的物理意义是______；
该电容器电容为______结果保留两位有效数字；
若某同学实验时把电压表接在、两端，则电容的测量值比它的真实值______选填“大”“小”或“相等”。
如图甲，是利用电流传感器系统研究电容器充电情况的电路图。将电容器接入电路检查无误后进行了如下操作：
将拨至，并接通足够长的时间
将拨至
观察并保存计算机屏幕上的图，得到图线Ⅰ图乙Ⅰ
换上电容器重复前面的操作，得到图线Ⅱ图乙Ⅱ
操作的作用是_______________________。
由图线可以分析出，两个电容器充电结束后，的电量________填“大于”“小于”或“等于”的电量。
两个电容器相比较，的电容________填“较大”“较小”或“相等”。
某实验小组利用如图甲所示的电路“观察电容器的充、放电现象”。
若将开关接，电容器上极板带________填“正电”或“负电”，再将接，通过电流表的电流方向________填“向左”或“向右”。
实验中所使用的电容器如图乙所示，当电容器两端电压为额定电压时，电容器极板上所带电荷量为________结果保留两位有效数字。
答案和解析
1.【答案】
【解析】【解析】
解：、当电容器的电量变化时，则电容器会处于充电，或放电的，故电容器在充放电时，电路中有电荷定向移动的，故A错误；
B、平行板电容器与电池相连，其电压保持不变，当右极板由虚线位置平移到如图所示的实线位置的过程中，即极板间距离增大，由分析可知，板间场强变小；根据电容决定式，随着间距增大，电容减小，根据，不变，则电量变小，因此电容器处于放电，即负电荷从从到定向移动，那么电流方向为顺时针，故B正确；
、由上分析，可知，不变，变小，变小，变小，故CD错误。
故选：。
平行板电容器与电池相连，其电压保持不变，当极板间距离增大后，板间的场强变小；板间距离增大，电容减小，电量变小，从而即可求解。
本题是电容器动态变化分析问题，是常见的题型，关键抓住不变量：电容器与电源保持相连，其电压不变；充电后与电源断开，其电量不变。
2.【答案】
【解析】
【分析】
本题电容器动态变化分析问题，只要掌握电容的定义式和决定式 就能正确解答；注意电容器的电压不变与电量不变的判定依据。
根据电容器的电容与板间距离的关系判断当向下压膜片电极时电容的变化，再根据电容定义式判断电容器在充电还是放电，从而判断电流计的变化；当电容器与电源相连时，电容器的电压不变；根据分析电容器之间的电压。
【解答】
根据电容器表达式，当两个极板的距离减小时，电容器的电容增大，再根据电容器定义式，由于电容器一直和电源相连，电压不变，当电容增大时，带电荷量增大，即电容器被充电，电流表有从到的电流，故AD错误，B正确；
C.由匀强电场公式得所以当电压不变，两个极板的距离减小时，极板间电场强度变大，故C错误。
3.【答案】
【解析】
【分析】
明确电容的定义式，注意根据电容的定义和图象的性质分析电容的大小，同时根据明确电容器储存的能量与电量间的关系；
本题考查对图象的性质，要注意明确图象的迁移应用，知道图象中图象的面积可以表示内部的能量。
【解答】
A.由图可知，和成正比，根据可知，，故图线的斜率越大，电容越小，故A错误；
B.由可知，搬运的电量，克服电场力所做的功近似等于上方小矩形的面积，故B正确；
C.由可知，对于同一电容器，储存的能量，故C错误；
D.对于同一电容器，储存的能量，故D错误；
故选B。
4.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了电容器在生活中的具体应用，该题的本质问题是电容器的动态分析。
根据平行板电容器电容的决定式分析电容的变化，再由判断和的变化。
【解答】
由于电容器始终与电源相连，故两端电压不变。
A.根据平行板电容器电容的决定式，振动膜向右运动时，可知减小，电容器的电容增大，故A错误；
B.由可知，不变，增大，故增大，由电容器所带电荷量增大，即电容器充电，故流过电阻的电流由到，故B正确；
振动膜向左运动时，可知增大，电容器的电容减小，电容器放电，故流过电阻的电流由到，故的电势比高，故CD错误。
故选B。
5.【答案】
【解析】
【分析】
电压表测量的电压相等，把电压表接在间时电容器会通过电压表分流放电导致计算机测得的电量比电容器带电量真实值小，并且分流越多测得的电量越小，根据分析即可。
【解答】
题中电压表三种接法测得的电压关系：，把电压表接在间时电容器只能通放电，计算机测得的电量甲为带电量的真实值，把电压表接在间时电容器会通过电压表分流放电导致计算机测得的电量比电容器带电量真实值小，并且分流越多测得的电量越小，由于电压表内阻，所以丙同学测量时电压表分流最多，测量的电量最小：，根据，可知：，B正确。
6.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了电容器与电容；本题要注意把握电容器的电容不变的特点，同时明确图象的性质。
根据电容的定义式，再结合图象的性质进行分析求解。
【解答】
根据电容的定义式变形可得，所以某电容器在充电过程中，与成正比，即图像为过原点的倾斜直线；
故ACD错误，B正确。
7.【答案】
【解析】解：将两板缓慢地错开一些，两板正对面积减小，根据电容的决定式分析得知，电容减小，而电容器板间电压不变，则由分析可知，电容器带电量减小，处于放电状态，而电容器上板带正电，电路中顺时针方向的电流，则电流计中有的电流。由于板间电压和距离不变，则板间场强不变，油滴所受电场力不变，仍处于静止状态。故C正确，ABD错误。
故选：。
带电油滴原来处于静止状态，电场力与重力平衡，将两板缓慢地错开一些后，分析板间场强有无变化，判断油滴的运动情况．根据电容的决定式分析电容如何变化，由电容的定义式分析电量的变化，即可确定电路中电流的方向．
本题电容器动态变化问题，要抓住电压不变，根据电容的决定式和电容的定义式结合进行分析．
8.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了电容器的充放电，解题的关键是熟练运用电容器的电容定义式和电流定义式。根据电流的定义式求出放电的电量，由电容器的电容定义式求解电容器的电容。
【解答】
放电的平均电流为：，可得；
根据电容器的电容定义式有：，故A正确，BCD错误。
9.【答案】
【解析】
【分析】
本题主要考查电容器电容的定义式。根据电容的定义式即可求得这次放电通过人体的电荷量。
【解答】
电容器电荷量，电感线圈只影响放电电流变化，不影响放电电荷量，故B正确，ACD错误。

10.【答案】
【解析】
【分析】
根据结合图像进行分析，电容器的电容与充放电无关。
本题考查电容器的充放电过程，关键在于理解图像的斜率的含义。
【解答】
A.根据，图像的斜率表示电流，由图知道，电容器充电过程，充电电流不断减小，故A错误；
B.电容器的电容与电容本身有关，与充放电无关，所以电容不变，故B错误；
由图知，第一次充电所用时间较短，且，所以减小可变电阻的阻值可实现对电容器更快速的充电，故C正确，D错误。
故选C。
11.【答案】【小题】
【小题】
在开始放电时电容器所带的电量
【小题】
【小题】
小

【解析】
【分析】
用平滑的曲线连接，作出图象．
【解答】
用平滑的曲线连接，作出图象如图；
【分析】
电荷量为图象与坐标轴所包围的面积．
【解答】
由知，电荷量为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；
【分析】
计算面积时可数格数四舍五入，现由
求得电容．
【解答】
算出格子数，由总格子数乘以每个格子的“面积”值求：，则
【分析】
把电压表接在、两端，电荷是真实值，电压相当于路端电压，比原来小．
本题明确图象的面积的意义，学会面积的估算方法．能根据实验原理，分析实验误差．
【解答】
电容的测量值比它的真实值偏小，原因是若把电压表接在、两端，则电容器在放电时，有一部分电量会从电压表中通过，从而使得通过电流表中的电量小于电容器的带电量，从而使电容的测量值比它的真实值偏小。

12.【答案】使电容器不带电；大于；较大。
【解析】
【分析】
解决本题的关键掌握电容的定义式，以及知道图线与时间轴围成的面积表示通过的电荷量。
放电时将电容器不与电源相接，故将单刀双掷开关拔向；
由图像的含义可知，横轴与纵轴的乘积即为电量可直接判断；
根据中结果，根据两次电容器两端电压关系结合电容的定义式即可判断。
【解答】
由图可知，将拨至，电容器与电阻串联，所以电容器放电，最终电容器会不带电；
由电流的定义式可知，图像中图线与坐标轴所围的面积表示电容器所带的电荷量，由图知，电容器所带的电荷量较多，即的电量大于的电量；
两次稳定后，电容器两端的电压相同，等于电源的电动势，结合分析和可知，的电容较大。
故答案为：使电容器不带电；大于；较大。
13.【答案】正电；向左；。
【解析】
【分析】
本题考查了电容器充放电现象。
充电时，与电源正极相连的极板带正电；放电时，电流由电容器正极板向负极板流动；根据电容器铭牌上所标的电压和电容求解。
【解答】
将开关接，电容器上极板与电源的正极相接，则上极板带正电，再将接，电容器放电，所以通过电流表的电流方向向左。
由题图乙可知该电容器的额定电压为，电容，当电容器两端电压为额定电压时，电容器极板上所带电荷量。

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