2024鲁科版高中物理必修第三册同步练习--第5节　科学探究电容器

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2024鲁科版高中物理必修第三册同步
第5节　科学探究:电容器
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.C=和C=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=可以看出,电容的大小取决于所带电荷量和电压
B.从C=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=是适用于各种电容器的定义式,C=是只适用于平行板电容器的决定式
6.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
B.将所带电荷量变为2Q
C.将板间距变为
D.两板间充满相对介电常数为2的电介质
7.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.(2023浙江衢温“5+1”联盟期中)如图所示为一种电容传声器。b是固定不动的金属板,a是能在声波驱动下沿水平方向振动的金属膜片,a、b构成一个电容器。其工作原理是当声波作用于金属膜片时,膜片发生相应的振动,于是就改变了它与固定极板b间的距离,从而使电容发生变化,而电容的变化可以转化为电路中电信号的变化。闭合开关K,若声源S发出的声波使a向右运动时 (　　)
A.电容器的电容减小
B.a、b板之间的电场强度增大
C.流过电流表的电流自右向左
D.流过电流表的电流自左向右
9.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
能力提升练
题组　电容器中带电粒子的平衡与运动问题
1.(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
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.(2022黑龙江双鸭山一中开学考试)如图所示,平行板电容器的两极板A、B接于电池两极,一带负电小球悬挂在电容器内部。闭合开关S,电容器充电,这时悬线偏离竖直方向的角度为θ,则 (　　)
A.保持开关S闭合,略向右移动A板,则θ减小
B.保持开关S闭合,略向右移动A板,θ不变
C.断开开关S,略向上移动A板,则θ增大
D.断开开关S,略向上移动A板,θ不变
3.(2023重庆江津中学月考)如图所示,两块较大的金属板A、B平行放置并与一电源相连,S闭合后,两板间有一质量为m、电荷量为q的油滴恰好处于静止状态。以下说法中正确的是 (　　)
A.若将A板向上平移一小段位移,则油滴向下加速运动,G中有b→a的电流
B.若将A板向左平移一小段位移,则油滴仍然静止,G中有b→a的电流
C.若将S断开,则油滴立即做自由落体运动,G中无电流
D.若将S断开,再将A板向下平移一小段位移,则油滴向上加速运动,G中有b→a的电流
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。
第5节　科学探究:电容器
基础过关练
1.C 2.A 3.B 5.BD 6.CD
7.CD 8.BD 9.AB
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=== 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== F=3×10-6 F=3 μF
(2)因为电容器的电容不变,
所以U2== 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=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=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=,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=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.BD　根据电容的决定式C=,a向右运动时,d减小,所以C增大,故A错误;a、b板之间的电势差不变,根据E=,d减小,所以E增大,故B正确;根据U不变,C增大,知Q变大,电容器充电,形成的充电电流方向为自左向右,故D正确,C错误。
9.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。
能力提升练
1.BCD 2.C 3.AB
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===,由动能定理得qU=mv2,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=,粒子在板间运动的时间为t===d。如果仅将两板之间的距离加倍,则由a=可知,粒子的加速度变为,故B正确;由v=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=d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.C　保持开关S闭合,电容器两极板间的电势差不变,A板向右移动,极板间距离减小,则电场强度E增大,小球所受的电场力变大,θ增大,故A、B错误。断开开关S,电容器所带的电荷量不变,根据C=,U=,得E===,略向上移动A板,则S减小,E变大,小球所受电场力变大,则θ增大,故C正确,D错误。
3.AB　根据题图可知,A板带负电,B板带正电,原来油滴恰好处于静止状态,说明油滴受到的竖直向上的电场力刚好与重力平衡。在S闭合的情况下,若将A板向上平移一小段位移,则板间距离d变大,而两板间电压U不变,故板间场强E=变小,油滴所受的合力方向向下,所以油滴向下加速运动,而根据C=可知,电容C减小,故两板所带电荷量Q也减小,电容器放电,所以G中有b→a的电流,选项A正确;在S闭合的情况下,若将A板向左平移一小段位移,两板间电压U和板间距d都不变,所以板间场强E=不变,油滴受力平衡,仍然静止,但是两板的正对面积S减小了,根据C=可知,电容C减小,两板所带电荷量Q也减小,电容器放电,所以G中有b→a的电流,选项B正确;若将S断开,两板所带电荷量Q保持不变,板间场强E也不变,油滴仍然静止,选项C错误;若将S断开,两板所带电荷量保持不变,再将A板向下平移一小段位移,板间距d变小,根据C=、U=和E=,可得E=,显然板间场强E不变,所以油滴仍然静止,G中无电流,选项D错误。
4.答案　(1)　(2)　C
(3)
解析　(1)由v2=2gh得v=。
(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=
由U=Ed、Q=CU得Q=C。
(3)由h=g、0=v-at2、t=t1+t2,综合可得t=。
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