中小学教育资源及组卷应用平台
专题18 电容器动态分析模型
与电源相连接电容器模型 1
充满电电容器模型 7
与电源相连接电容器模型
如图所示,平行板电容器与直流电源、理想二极管、电阻R连接,电源负极接地。初始电容器不带电,闭合开关稳定后,一带电油滴位于电容器中的P点且处于静止状态。下列说法正确的是( )
A.减小极板间的正对面积,带电油滴仍保持静止
B.贴着上极板插入金属板,则电阻R中有b流向a的电流
C.将下极板向上移动一小段距离,P点处的油滴的电势能增大
D.将开关断开,在两板间插入一陶瓷电介质,则油滴仍处于静止状态
【解答】解:A、减小极板间的正对面积,根据电容的决定式C可知电容器的电容减小,电容器要放电。由于二极管具有单向导电性,所以电容器不会放电,电容器带电量不变,根据C、、,解得:E,则知减小极板间的正对面积,极板间的电场强度变大,则油滴所受电场力变大,将向上移动,故A错误;
B、贴着上极板插入金属板,极板间的距离减小,根据C可知电容器的电容增大,电容器将充电,则电路中有逆时针方向的电流,电阻R中有a流向b的电流,故B错误;
C、将下极板向上移动一小段距离,根据C可知电容器的电容增大,电容器两端的电压不变,电容器将充电。根据知两极板间的电场强度变大,设P点到下极板的距离为l,下极板的电势为零,则P点与下极板的电势差φP﹣φ0=El
即P点的电势为φP=El
P点到下极板的距离为l不变,电场强度E变大,则P点的电势变大,故C正确;
D、将开关断开,则两极板的电荷量不变,根据E,在两板间插入陶瓷电介质,电场强度变小,则油滴所受电场力变小,将向下移动,故D错误。
故选:C。
(多选)电容式加速度传感器是常见的手机感应装置,结构如图所示。质量块的上端连接轻质弹簧,下端连接电介质,弹簧与电容器固定在外框上,质量块带动电介质移动改变电容,则下列说法正确的是( )
A.当传感器处于静止状态时,电容器不带电
B.电介质插入极板越深,电容器所带电量越多
C.当传感器由静止突然向前加速时,会有电流由a流向b
D.当传感器以恒定加速度向前运动,达到稳定后电流表指针不偏转
【解答】解:A、当传感器处于静止状态时,电容器带电,左极板带正电,右极板带负电,故A错误;
B、电介质插入极板越深,根据电容器的决定式C可知电容器的电容越大,电容器的电压不变,由知电容器所带电量越多,故B正确;
C、当传感器由静止突然向前加速时,弹簧会伸长,电介质插入极板深度增加,根据电容器的决定式C可知电容器电容增大,因电容器两端的电压不变,由知电容器所带电量增加,则会有电流由b流向a,故C错误;
D、当传感器以恒定加速度向前运动,达到稳定后弹簧伸长的长度不变,电介质插入极板深度不变,则电容器电容不变,极板电荷量也不变,故电流表中没有电流通过,指针不偏转,故D正确。
故选:BD。
如图所示,大小和形状完全相同的金属板正对水平放置,构成一个平行板电容器,将两金属板分别与电源相连,把与电源正极相连的金属极板接地。在两极板间有一带电液滴p恰好处于静止状态。下列判断中正确的是( )
A.液滴一定带负电
B.液滴的电性无法确定
C.若断开开关S,仅增大两极板间距,则液滴静止不动
D.若断开开关S,仅增大两极板间距,则液滴向下运动
【解答】解:AB.由图可知,平行板下极带正电,电场方向为下极板指向上极板。带电液滴静止在P点故带电液滴所受电场力方向与重力方向相反,大小相等。故带电液滴带正电,故AB错误;
CD:若断开开关S,则极板所带电荷量不变,根据电容的定义式与决定式有
结合电场与电势差的关系有
所以电场强度大小与两板间距离无关,则电场强度不变,液滴受电场力不变,液滴静止不动,故C正确,D错误。
故选:C。
如图是手机微信运动步数的测量原理简化示意图,M和N为电容器两极板,M板固定,N板与固定的两轻弹簧连接,且只能按图中标识的“前后”方向运动。则手机( )
A.匀速运动时,电流表示数不为零
B.突然向前减速时,电容器的电容变小
C.突然向前减速时,电容器的带电量变大
D.突然向前减速时,电流由b点流向a点
【解答】解:A.手机匀速运动时,N板不动,根据题意:与电源相连电势差不变,电容器的电容不变,则电荷量不变,所以回路无电流,电流表示数为零,故A错误;
B.手机突然向前减速时,N板向前运动,则板间距变小,根据电容器的定义式
可知电容器的电容增大,由于电压不变,则电容器带电量增大,电流由a点流向b点,故C正确,BD错误。
故选:C。
如图甲所示,计算机键盘为电容式传感器,每个键下面由相互平行、间距为d的活动金属片和固定金属片组成,两金属片间有空气间隙,两金属片组成一个平行板电容器,如图乙所示。其内部电路如图丙所示,则下列说法正确的是( )
A.按键的过程中,电容器间的电场强度减小
B.按键的过程中,电容器储存的电能增多
C.按键的过程中,图丙中电流方向从a经电流计流向b
D.按键的过程中,电容器上极板电势低于下极板电势
【解答】解:AB.根据电容器的定义式、决定式以及电场强度与电势差关系:
,
按键的过程中,由于电压U不变,d减小,则电容C增大,电容器间的电场强度E增大,电容器所带电荷量Q增大,则电容器储存的电能增多,故A错误,B正确;
CD.按键的过程中,由于电容器所带电荷量Q增大,电容器充电,图丙中电流方向从b经电流计流向a,电容器上极板电势高于下极板电势,故CD错误。
故选:B。
如图所示,平行板电容器AB极板上的OO'接点与直流电源连接,下极板B接地,开关S闭合,一带电油滴位于电容器中的P点恰处于静止状态,则下列说法正确的是( )
A.当开关S闭合,A极板上移一小段距离,P点电势将降低,电路中有逆时针方向的电流
B.当开关S断开,B极板下移一小段距离,带电油滴将沿竖直方向向上运动
C.当开关S闭合,AB极板分别以OO'为转轴在纸面内逆时针转动α角,液滴将向左做匀加速直线运动
D.当开关S断开,B极板上移一小段距离,带电油滴的电势能保持不变
【解答】解:保持开关闭合,则电压恒定不变,
A、当开关S闭合,A极板上移一小段距离,根据E,可知电场强度减小,根据U=Ed可知,P点与下极板的距离不变,但E减小,故P点与下极板的电势差减小,下极板带负电,故P点的电势降低,根据电容的决定式C,可知,电容减小,再由Q=CU,可得,电容器的电量减小,电容器处于放电,则电路中有顺时针方向的电流,故A错误;
B、当开关S断开,B极板下移一小段距离,则电荷量Q不变,根据电场强度E,可知,电场强度恒定不变,则电场力不变,故带电油滴仍静止不动,故B错误;
C、当开关S闭合,A、B极板分别以OO'为转轴在纸面内逆时针快速转动α角,初状态根据平衡条件,则有:qEmg,
转动后板间电压不变,板间距离为d′,则有:电场力F=q,根据几何关系,d′=dcosα,电场力的竖直分力Fy=Fcosα,仍与重力平衡,电场力的水平分力即为油滴的合力,所以油滴将水平向左做匀加速直线运动,故C正确;
D、当开关S断开,B极板上移一小段距离,由于板间电场强度不变,油滴所处P点到B极板的距离变小,故P点的电势降低,而根据平衡条件,可知,油滴带负电,所以油滴电势能增加,故D错误。
故选:C。
如图1所示,利用电压传感器和电流传感器观察电容器的充、放电过程。先将单刀双掷开关S置于接线柱1,给电容器充电;充电结束后,再将开关S置于接线柱2,电容器放电。传感器采集所测电路的电压、电流信号,得到电容器充、放电过程电压U和电流I随时间t变化的图像,分别如图2、图3所示。下列说法正确的是( )
A.电容器充电过程,电流和电压都逐渐增大
B.电容器充电过程,电压逐渐增大而电流逐渐减小
C.电容器放电过程,极板带电量均匀减少
D.电容器放电过程,电容器的电容减小
【解答】解:AB.电容器充电过程,电压逐渐增大,电流逐渐减小,故A错误,B正确;
C.电容器放电过程,极板带电量减少的越来越慢,不是均匀减少,故C错误;
D.电容器放电过程,电容器的电容不变,故D错误。
故选:B。
如图所示,A、B是构成平行板电容器的两金属板,当开关S闭合时,在P点处有一带电液滴处于静止状态。现将开关S断开后,再将A、B板分别沿水平方向向左、向右平移一小段距离,此过程中,下列说法正确的是( )
A.带电液滴带正电
B.电容器的电容增加
C.电阻R中有电流通过
D.两极板之间的电场强度变大
【解答】解:A.由题图可知,A、B板间的电场强度方向竖直向下,在P点处带电液滴受到重力和电场力处于静止状态,可知带电液滴受到电场力方向竖直向上,则带电液滴带负电,故A错误;
B.由平行板电容器电容的决定式,可知将A、B板分别沿水平方向向左、向右平移一小段距离,则两板间的正对面积减小,则电容减小,故B错误;
C.开关S断开后,电容器所带的电荷量Q不变,因此电阻R中没有电流通过,故C错误;
D.由 ,和,可得,Q不变,S减小,则两极板之间的电场强度E变大,故D正确。
故选:D。
充满电电容器模型
研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示,下列说法正确的是( )
A.实验中,只将电容器b板向右平移,静电计指针的张角变大
B.实验中,只将电容器b板向右平移,a、b两板间电场强度变大
C.实验中,只将电容器b板向上平移,静电计指针的张角变大
D.实验中,只在极板间插入橡胶板,静电计指针的张角变大
【解答】解:静电计是测电势差的,指针张角反应电势差的大小,指针张角越大电势差就越大,指针张角越小电势差就越小,平行金属板电容器的电容,电容器的电容
A.只将电容器b板向右平移少许,则d减小,C增大,由题知,电容器的电荷量Q保持不变,则U减小,静电计指针的张角减小,故A错误;
B.由和联立解得E,可知只将电容器b板向右平移,a、b两板间电场强度不变,故B错误;
C.只将电容器b板向上平移,则S减小,C减小,电容器的电荷量Q保持不变,U增大,静电计指针的张角增大,故C正确;
D.只在极板间插入橡胶板,介电系数增大,C增大,电容器的电荷量Q保持不变,U减小,静电计指针的张角变小,故D错误;
故选:C。
如图所示,水平放置的平行板电容器上极板带正电,所带电荷量为Q,板间距离为d,上极板与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地,在两极板正中间P点有一个静止的带电油滴,现将电容器的上极板竖直向下移动一小段距离,下列说法正确的是( )
A.油滴带正电 B.P点的电势不变
C.油滴向上运动 D.静电计指针张角变大
【解答】解:A.根据受力平衡可知,油滴所受的电场力方向向上,而极板间电场方向向下,电场力与电场方向相反,故油滴带负电,故A错误;
D.根据电容定义式:,电容的决定式:
联立可得:,电容器带电量Q不变,将电容器的上极板竖直向下移动一小段距离,使d变小,则电容器两极板间的电势差变小,静电计的张角变小,故D错误;
C.根据板间电场强度,可得:,可知电场强度与极板间的距离无关,故场强不变,所以油滴所受的电场力不变,不会运动,故C错误;
B.电容器下极板接地,其电势始终为零,P点与下极板间的距离dP0不变,P点与下极板间的电势差为UP0=φP=EdP0,可知P点的电势不变,故B正确。
故选:B。
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变小
B.保持S不变,增大d,则θ变大
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
【解答】解:A、B、保持S不变,增大d,可知电容变小,电容器的带电量不变,根据C,说明板间电势差变大,发现θ变大,故A错误,B正确;
C、D、保持d不变,减小S,可知电容变小,电容器的带电量不变,根据C,说明板间电势差变大,发现θ变大,故CD错误。
故选:B。
某同学设计了一个电容式风力传感器,如图所示,将电容器与静电计组成回路,可动电极在风力作用下向右移动,风力越大,移动距离越大(两电极始终不接触)。若极板上电荷量保持不变,P点为极板间的一点,下列说法正确的是( )
A.风力越大,电容器电容越小
B.风力越大,极板间电场强度仍保持不变
C.风力越大,P点的电势仍保持不变
D.风力越大,静电计指针张角越大
【解答】解:A.根据题意可知,风力越大,d越小,由
可知,电容器电容变大,故A错误;
B.由,,
联立解得
由题意可知,Q保持不变,风力越大,d越小,极板间场强不变,故B正确;
C.由U=Ed
可知,由于E不变,可动极板与P点的距离减小,则可动极板与P点电势差减小,可动极板接地,电势一直为0,则P点电势改变,故C错误;
D.由
可知,由于Q保持不变,C变大,则U减小,则静电计指针张角越小,故D错误.
故选:B。
如图所示,A、B是两块平行带电的金属板。A板带负电,B板与大地相接,两板间P点处固定一带负电的油滴。设P点的场强大小为E,电势为φ,油滴在P点的电势能为Ep。现将A、B两板水平错开一段距离(两板间距不变),则( )
A.静电计指针张角减小,φ变小
B.静电计指针张角不变,φ变大
C.静电计指针张角变大,E变大
D.静电计指针张角变大,Ep变小
【解答】解:A、B两板水平错开一段距离,两极板正对面积S减小,而电容器所带电荷量Q不变,根据,C,
联立可得:U,E
可知两极板间电势差U增大,静电计指针张角变大,同时,板间电场强度E增大;
因为A极板带负电,所以P点的电势φ<0,q<0
由BP间电势差UBP=﹣φ=EdBP,Ep=qφ,可知φ变小,Ep变大,故ABD错误,C正确。
故选:C。
研究影响平行板电容器电容大小因素的实验装置如图所示。下列说法中正确的是( )
A.实验中,只将电容器b板向左平移,静电计指针的张角变小
B.实验中,只将电容器b板向上平移,静电计指针的张角变大
C.实验中,只在极板间插入有机玻璃板,静电计指针的张角变大
D.实验中,只增加极板带电荷量,静电计指针的张角变大,表明电容增大
【解答】解:A.将b板向左平移,板间距离增大,由C可知电容器电容C减小,而电容器的电量Q不变,由 分析可知,电容器两板间电势差增大,则静电计指针偏角变大,故A错误。
B.将b板向上平移,两板正对面积减小,由C可知电容C减小,而电容器的电量Q不变,由 分析可知,电容器两板间电势差增大,则静电计指针偏角变大,故B正确。
C.在a、b之间插入一块绝缘介质板,相对介电常数变大,由C可知电容增大,而电容器的电量Q不变,由 分析可知,电容器两板间电势差减小,则静电计指针偏角变小,故C错误。
D.增大极板电量,由C可知电容器电容C不变,由 分析可知,可知极板间的电压增大,则静电计指针偏角变大,故D错误。
故选:B。
如图所示实验装置可用来探究影响平行板电容器的因素,其中电容器左侧极板A和静电计外壳接地,电容器右极板B与静电计金属球相连。使电容器带电后与电源断开。
(1)关于此实验,下列说法正确的是 。
A.本实验采用的科学方法是控制变量法
B.使用静电计的目的是测量电容器电量的变化情况
C.A板与静电计的指针带的是异种电荷
D.静电计可以用电压表替代
(2)保持B板不动,将A板向左移动,静电计指针张角 ;保持B板不动,将A板上移减小正对面积静电计指针张角 ;(填“增大”、“减小”或“不变”)
(3)原来的电压为U,当把两板的距离增大为原来的3倍、板的正对面积减小为原来的一半时,电压变为 。
【解答】解:(1)A.在研究两个物理之间的关系时,需要牵涉到多个变量,但为了便于研究,需要控制其它物理量保持不变,而改变其中某一个物理量的方法,称之为控制变量法,显然本实验采用的科学方法是控制变量法,故A正确;
B.由于电容器保持与电源断开,该实验中电容器极板上的电量不会发生变化,静电计测量的是电势差,故B错误;
C.由于A板与B板带异种电荷,且B板与静电计连接带同种电荷,所以可知A板与静电计的指针带的是异种电荷,故C正确;
D.电压表必须有电流通过才行,所以不能用电压表代替,故D错误。
故选:AC。
(2)保持B板不动,A板向左移动,根据电容器的决定式得,d增大,电容C变小,根据电容器的定义式,知电量Q不变,则电势差U增大,静电计指针张角增大。
保持B板不动,将A板上移,两极板的正对面积S减小,由电容器的决定式可知,电容C变小,根据电容器的定义式,知电量Q不变,则电势差U增大,静电计指针张角增大。
(3)根据电容器的决定式可知,当把两板的距离增大为原来的3倍、板的正对面积减小为原来的一半时,电容变为原来的,根据电容器的定义式,知电量Q不变,则电势差为U′=6U
故答案为:(1)AC;(2)增大,增大;(3)6U。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页)
21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
专题18 电容器动态分析模型
与电源相连接电容器模型 1
充满电电容器模型 4
与电源相连接电容器模型
如图所示,平行板电容器与直流电源、理想二极管、电阻R连接,电源负极接地。初始电容器不带电,闭合开关稳定后,一带电油滴位于电容器中的P点且处于静止状态。下列说法正确的是( )
A.减小极板间的正对面积,带电油滴仍保持静止
B.贴着上极板插入金属板,则电阻R中有b流向a的电流
C.将下极板向上移动一小段距离,P点处的油滴的电势能增大
D.将开关断开,在两板间插入一陶瓷电介质,则油滴仍处于静止状态
(多选)电容式加速度传感器是常见的手机感应装置,结构如图所示。质量块的上端连接轻质弹簧,下端连接电介质,弹簧与电容器固定在外框上,质量块带动电介质移动改变电容,则下列说法正确的是( )
A.当传感器处于静止状态时,电容器不带电
B.电介质插入极板越深,电容器所带电量越多
C.当传感器由静止突然向前加速时,会有电流由a流向b
D.当传感器以恒定加速度向前运动,达到稳定后电流表指针不偏转
如图所示,大小和形状完全相同的金属板正对水平放置,构成一个平行板电容器,将两金属板分别与电源相连,把与电源正极相连的金属极板接地。在两极板间有一带电液滴p恰好处于静止状态。下列判断中正确的是( )
A.液滴一定带负电
B.液滴的电性无法确定
C.若断开开关S,仅增大两极板间距,则液滴静止不动
D.若断开开关S,仅增大两极板间距,则液滴向下运动
如图是手机微信运动步数的测量原理简化示意图,M和N为电容器两极板,M板固定,N板与固定的两轻弹簧连接,且只能按图中标识的“前后”方向运动。则手机( )
A.匀速运动时,电流表示数不为零
B.突然向前减速时,电容器的电容变小
C.突然向前减速时,电容器的带电量变大
D.突然向前减速时,电流由b点流向a点
如图甲所示,计算机键盘为电容式传感器,每个键下面由相互平行、间距为d的活动金属片和固定金属片组成,两金属片间有空气间隙,两金属片组成一个平行板电容器,如图乙所示。其内部电路如图丙所示,则下列说法正确的是( )
A.按键的过程中,电容器间的电场强度减小
B.按键的过程中,电容器储存的电能增多
C.按键的过程中,图丙中电流方向从a经电流计流向b
D.按键的过程中,电容器上极板电势低于下极板电势
如图所示,平行板电容器AB极板上的OO'接点与直流电源连接,下极板B接地,开关S闭合,一带电油滴位于电容器中的P点恰处于静止状态,则下列说法正确的是( )
A.当开关S闭合,A极板上移一小段距离,P点电势将降低,电路中有逆时针方向的电流
B.当开关S断开,B极板下移一小段距离,带电油滴将沿竖直方向向上运动
C.当开关S闭合,AB极板分别以OO'为转轴在纸面内逆时针转动α角,液滴将向左做匀加速直线运动
D.当开关S断开,B极板上移一小段距离,带电油滴的电势能保持不变
如图1所示,利用电压传感器和电流传感器观察电容器的充、放电过程。先将单刀双掷开关S置于接线柱1,给电容器充电;充电结束后,再将开关S置于接线柱2,电容器放电。传感器采集所测电路的电压、电流信号,得到电容器充、放电过程电压U和电流I随时间t变化的图像,分别如图2、图3所示。下列说法正确的是( )
A.电容器充电过程,电流和电压都逐渐增大
B.电容器充电过程,电压逐渐增大而电流逐渐减小
C.电容器放电过程,极板带电量均匀减少
D.电容器放电过程,电容器的电容减小
如图所示,A、B是构成平行板电容器的两金属板,当开关S闭合时,在P点处有一带电液滴处于静止状态。现将开关S断开后,再将A、B板分别沿水平方向向左、向右平移一小段距离,此过程中,下列说法正确的是( )
A.带电液滴带正电
B.电容器的电容增加
C.电阻R中有电流通过
D.两极板之间的电场强度变大
充满电电容器模型
研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示,下列说法正确的是( )
A.实验中,只将电容器b板向右平移,静电计指针的张角变大
B.实验中,只将电容器b板向右平移,a、b两板间电场强度变大
C.实验中,只将电容器b板向上平移,静电计指针的张角变大
D.实验中,只在极板间插入橡胶板,静电计指针的张角变大
如图所示,水平放置的平行板电容器上极板带正电,所带电荷量为Q,板间距离为d,上极板与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地,在两极板正中间P点有一个静止的带电油滴,现将电容器的上极板竖直向下移动一小段距离,下列说法正确的是( )
A.油滴带正电 B.P点的电势不变
C.油滴向上运动 D.静电计指针张角变大
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变小
B.保持S不变,增大d,则θ变大
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
某同学设计了一个电容式风力传感器,如图所示,将电容器与静电计组成回路,可动电极在风力作用下向右移动,风力越大,移动距离越大(两电极始终不接触)。若极板上电荷量保持不变,P点为极板间的一点,下列说法正确的是( )
A.风力越大,电容器电容越小
B.风力越大,极板间电场强度仍保持不变
C.风力越大,P点的电势仍保持不变
D.风力越大,静电计指针张角越大
如图所示,A、B是两块平行带电的金属板。A板带负电,B板与大地相接,两板间P点处固定一带负电的油滴。设P点的场强大小为E,电势为φ,油滴在P点的电势能为Ep。现将A、B两板水平错开一段距离(两板间距不变),则( )
A.静电计指针张角减小,φ变小
B.静电计指针张角不变,φ变大
C.静电计指针张角变大,E变大
D.静电计指针张角变大,Ep变小
研究影响平行板电容器电容大小因素的实验装置如图所示。下列说法中正确的是( )
A.实验中,只将电容器b板向左平移,静电计指针的张角变小
B.实验中,只将电容器b板向上平移,静电计指针的张角变大
C.实验中,只在极板间插入有机玻璃板,静电计指针的张角变大
D.实验中,只增加极板带电荷量,静电计指针的张角变大,表明电容增大
如图所示实验装置可用来探究影响平行板电容器的因素,其中电容器左侧极板A和静电计外壳接地,电容器右极板B与静电计金属球相连。使电容器带电后与电源断开。
(1)关于此实验,下列说法正确的是 。
A.本实验采用的科学方法是控制变量法
B.使用静电计的目的是测量电容器电量的变化情况
C.A板与静电计的指针带的是异种电荷
D.静电计可以用电压表替代
(2)保持B板不动,将A板向左移动,静电计指针张角 ;保持B板不动,将A板上移减小正对面积静电计指针张角 ;(填“增大”、“减小”或“不变”)
(3)原来的电压为U,当把两板的距离增大为原来的3倍、板的正对面积减小为原来的一半时,电压变为 。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页)
21世纪教育网(www.21cnjy.com)