第2章　静电场的应用 分层作业7　电容器与电容--2025粤教版高中物理必修第三册同步练习题

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2025粤教版高中物理必修第三册
分层作业7　电容器与电容
A组必备知识基础练
题组一　电容的理解
1.电容器是一种重要的电学元件,它能储存电荷.关于电容器铭牌上标识的“220 μF”指的是电容器的 (　　)
A.电容 B.电荷量 C.电压 D.电阻
2.如图是“超级电容器”铭牌上一组数据“2.7 V　50 F”.下列说法正确的是 (　　)
A.该电容器充的电荷量越多,它的电容就越大
B.该电容器只有电压为2.7 V时,电容才为50 F
C.该电容器只能在“2.7 V”的电压下充电
D.该电容器能充入的最大电荷量为135 C
题组二　电容器充放电过程
3.如图是观察电容器充、放电现象的电路.下列说法正确的是(　　)
A.将开关S从b改接到a时,观察的是充电现象
B.将开关S从b改接到a后,电流计G的指针将一直偏转
C.将开关S从a改接到b时,观察的是充电现象
D.将开关S从a改接到b后,灯L的发光亮度不变
4.(多选)(2024广东深圳高二期末)如图是通过电压和电流传感器演示电容器充、放电过程的电路.先把开关S打到a,电容器充电,充电结束后再把开关打到b,电容器开始放电,可以获得电压传感器的U-t图像和电流传感器的i-t图像,对于这两个图像的认识正确的是(　　)
甲
乙
A.图甲是i-t图像,图乙是U-t图像
B.图甲是U-t图像,图乙是i-t图像
C.Ⅰ过程是充电过程,Ⅱ过程是放电过程
D.Ⅰ过程是放电过程,Ⅱ过程是充电过程
题组三　电容器决定因素
5.(多选)如图所示,平行板电容器始终与电源相连,a、b是电容器的两个极板,b板固定.现将a板由实线位置移到虚线位置后,下列说法正确的是(　　)
A.电容器的电容变大
B.电容器的电容变小
C.电容器所带的电荷量增多
D.电容器所带的电荷量减少
6.(2024河南高二阶段练习)电容式液位计可根据电容的变化来判断绝缘液体液面的升降,某型号液位计的工作原理如图所示,一根金属棒插入金属容器内,金属棒为电容器的一个极,容器壁为电容器的另一个极,金属容器接地,在容器内液面升高的过程中,下列说法正确的是(　　)
A.电容器的电容减小
B.电路中有逆时针方向的电流
C.电容器所带的电荷量保持不变
D.电容器两极板间电场强度增大
B组关键能力提升练
7.某款全液冷超级充电桩可实现“一秒一公里”的充电速度.若该充电桩工作电压为1 000 V,最大输出功率为600 kW,现给某新能源汽车上的超级电容进行充电,则在充电过程中(　　)
A.最大电流为600 A
B.电容器电容逐渐增大
C.电容器两极板间的电压逐渐变小
D.充电电流一直保持不变
8.(多选)如图为某同学用平行板电容器测量材料竖直方向的长度随温度变化的装置示意图,电容器上极板固定,下极板可随材料长度的变化而上下移动,两极板间电压不变.若材料温度升高,极板上所带电荷量增加,则(　　)
A.材料竖直方向的长度减小
B.材料竖直方向的长度增大
C.极板间的电场强度减小
D.极板间的电场强度增大
9.(多选)(2024广东广州高二期末)如图所示,培训人员使用某自动除颤机进行治疗心脏骤停示范.若该自动除颤机内有一电容为15 μF的电容器,某次使用过程中,该电容器在10 s内充电至5 000 V电压,之后在3 ms时间内完成放电,则(　　)
A.电容器充电后所带的电荷量为75 000 C
B.电容器充电过程中电容一直增大
C.电容器放电过程中放电电流一直减小
D.电容器放电过程中平均电流为25 A
10.(多选)如图甲所示,在“观察电容器的充、放电现象”实验中,将单刀双掷开关S与“1”端相接,并将电阻箱的阻值调为R1和R2(R1>R2)两种情况,两次得到的电流I随时间t的变化图像如图乙所示,下列说法正确的是(　　)
A.实线是电阻箱阻值为R1时的结果
B.电路达到稳定时,电阻箱的阻值为R1时电容器所带的电荷量较大
C.S与“2”端相接时,电容器的放电时间与电阻箱阻值的变化无关
D.电容器的其他参数不变,当两极板间的距离增大时,其电容变大
11.如图为电容式加速度传感器的工作原理图,轻质弹簧与电容器固定在传感器的外框上,质量块左侧连接轻质弹簧,右侧连接电介质,质量块可带动电介质左右移动.若电介质相对电容器向右运动,则电容器(　　)
A.电容不变
B.电容增大
C.两极板上所带电荷量不变
D.两极板上所带电荷量减少
12.(2024广东揭阳高二阶段练习)如图所示的实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素,其中电容器左侧极板和静电计外壳接地,电容器右侧极板与静电计金属球相连.
(1)下列关于实验中使用静电计的说法正确的是　　　　.
A.使用静电计的目的是观察电容器电压的变化情况
B.使用静电计的目的是测量电容器电荷量的变化情况
(2)使电容器充电后与电源断开:
①上移左极板,可观察到静电计指针偏转角　　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”);
②将极板间距离减小时,可观察到静电计指针偏转角　　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”);
③两极板间插入一块玻璃,可观察到静电计指针偏转角　　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”).
13.如图所示,已知平行板电容器两极板间距离d=4 mm,充电后两极板电势差为120 V.A板带正电,且P到A板距离为1 mm.若它的电容为3 μF,求:
(1)每个极板的电荷量;
(2)一个电子在P点具有的电势能(单位可使用eV);
(3)一个电子从B板出发到A板获得的动能(单位可使用eV).
C组核心素养拔高练
14.如图所示,绝缘支架悬挂一金属槽,槽中盛有导电液体,槽底部有一小孔,此小孔可以让槽中的液体无初速度地一滴一滴滴落.在槽下端通过绝缘支架水平挂一金属极板A,A极板中间挖一小孔且正对槽的小孔,两孔距离较为接近.现将槽和A极板接入电源,电源电压为U,当槽中液滴位于A极板小孔(不与A极板接触)但未滴落时,可将槽和液滴所构成的整体视作与A极板共同构成电容器,电容大小为C1,液滴滴落时所带电荷量与总净剩电荷量的比值称为带电系数k(k为定值).在A极板正下方的绝缘底座上水平放置另一金属极板B,A极板与B极板构成电容为C2的电容器,通过调节槽中的液滴下落频率,保证A、B极板间不会同时存在两滴液滴.已知A、B极板间距为h,重力加速度为g,A极板接地,槽中导电液体的液面变化可以忽略不计,A极板相较于小孔尺寸可视为无限大金属板,不考虑空气中带电粒子对装置的影响以及液滴对A、B极板间电容的影响,开始时B极板不带电.
(1)求液滴滴落时所带电荷量Q;
(2)若液滴质量为m,求B极板可获得的最高电势φB.
分层作业7　电容器与电容
1.A　解析 220 μF指的是电容器的电容,故选A.
2.D　解析 电容器的电容是由电容器本身决定的,与电压和所带的电荷量无关,故A、B错误;该电容器两极正常工作时的电压为2.7 V,低于2.7 V也可以充电,故C错误;根据Q=CU=2.7×50 C=135 C,则该电容器能充入的最大电荷量为135 C,故D正确.
3.A　解析 将开关S从b改接到a时,电容器开始充电,充电电流从最大值逐渐减小到零,电流计G的指针从最大值逐渐回到零;将开关S从a改接到b时,电容器开始放电,放电电流从最大值逐渐减小到零,灯L的发光亮度逐渐变小.故选A.
4.BC　解析 充电结束后电路中的电流应为零,而电容器两端的电压应稳定在某一恒定值;电容器放电时,放电电流的方向与充电电流的方向相反,而放电结束后电路中电流为零,电容器两端的电压也为零,根据分析可知,图甲是U-t图像,图乙是i-t图像,故A错误,B正确.随着电容器充电,电容器两端的电压从零趋于某一稳定值,而充电刚开始时电流比较大,随着充电的进行电容器两端电压的增大,所形成电场的电场强度增大,充电电流逐渐减小直至为零;电容器放电过程中,放电电流与充电电流方向相反,随着电容器放电,正负电荷的中和,电容器两极板间的电势差减小,同时随着电容器所带电荷量的减少,放电电流也不断减小,因此可知Ⅰ过程是充电过程,Ⅱ过程是放电过程,故C正确,D错误.
5.AC　解析 根据电容的决定式有C=,将a板由实线位置移到虚线位置后,d减小,则电容变大,故A正确,B错误;电容器与电源连接,电势差不变,根据定义式Q=CU可知电容器所带的电荷量增多,故C正确,D错误.
6.B　解析 根据电容器的决定式C=,在液面升高的过程中,两极板间填充电介质增加,即电容器的电容增大,故A错误;根据C=,由于电容器电压不变,电容增大,则电容器所带的电荷量增加,电容器充电,电路中有逆时针方向的电流,故B正确,C错误;根据E=,可知电容器两极板间电场强度不变,故D错误.
7.A　解析 最大电流为Im==600 A,A正确;电容器电容由自身决定,与所带电荷量无关,充电过程电容器电容不变,B错误;充电过程电容器电容不变,而所带电荷量增加,根据C=可知,电容器两极板间的电压逐渐增大,C错误;充电刚开始时,由于电源电极与电容器极板间存在较大的电势差,此时电流较大,随着电容器两极板间的电压逐渐增大,电势差减小,电流减小,D错误.
8.BD　解析 根据题意可知极板之间电压U不变,极板上所带电荷量Q增多,根据电容定义式C=,可知电容器的电容C增大,根据电容的决定式C=,由于电容C增大,可知极板间距d减小,再根据E=,由于电压U不变,可知极板间电场强度增大,故C错误,D正确;由于极板间距d减小,即下极板向上移动,则材料竖直方向长度增大,故A错误,B正确.
9.CD　解析 电容器充电后所带的电荷量为Q=CU=15×10-6×5 000 C=0.075 C,故A错误;电容器的电容由电容器本身的性质决定,与电容器是否带电无关,故电容器充电过程中电容保持不变,故B错误;电容器放电过程中,放电电流逐渐减小,故C正确;电容器放电过程中的平均电流为 A=25 A,故D正确.
10.AC　解析 单刀双掷开关S与“1”端相接瞬间,电容器可以视为短路,根据I=,由于R1>R2,可知闭合开关瞬间,R1图线对应的初始电流较小,则实线是电阻箱阻值为R1时的结果,故A正确;电路达到稳定时,电容器电压等于电动势,则电容器所带的电荷量为Q=CU=CE,可知稳定时电容器所带电荷量与电阻箱阻值无关,故B错误;由于电容器充电达到稳定时电容器所带电荷量与电阻箱阻值无关,则S与“2”端相接时,电容器的放电时间与电阻箱阻值的变化无关,故C正确;电容器的其他参数不变,当两极板间的距离增大时,根据C=,可知其电容变小,故D错误.
11.B　解析 若电介质相对电容器向右运动,根据C=可知电容器电容增大;根据C=,由于电压不变,则两极板上所带电荷量增多.故选B.
12.解析 (1)静电计可测量电势差,根据指针张角的大小,观察电容器电压的变化情况,无法判断电荷量的变化情况,故A正确,B错误.
(2)①上移左极板,即两极板正对面积减小,根据电容的决定式C=可知电容C变小,而电容器所带电荷量Q不变,由电容的定义式C=分析得到极板间电势差U变大,即静电计指针偏角变大.
②将极板间距离d减小时,根据电容的决定式
C=可知电容C变大,而电容器所带电荷量Q不变,由电容的定义式C=分析得到极板间电势差U变小,即静电计指针偏角变小.
③两极板间插入一块玻璃,则相对介电常数εr变大,根据电容的决定式C=可知电容C变大,而电容器所带电荷量Q不变,由电容的定义式C=分析得到极板间电势差U变小,即静电计指针偏角变小.
答案 (1)A　(2)①变大　②变小　③变小
13.解析 (1)由Q=UC得Q=120×3×10-6 C=3.6×10-4 C.
(2)Ep=-eφP=-edPB=-90 eV.
(3)因为电子从B板出发到A板的过程中静电力做正功,电势能减小,动能增加,所以由动能定理得Ek-0=-eUBA,Ek=120 eV.
答案 (1)3.6×10-4 C　(2)-90 eV　(3)120 eV
14.解析 (1)根据电容的定义式可知,槽中液滴总电荷量为
Q总=UC1
根据题意可知槽中液滴总电荷量不变,液滴滴落时所带电荷量
Q=kQ总=kUC1.
(2)带电液滴进入A、B极板间,当带电液滴所受重力与电场力等大反向时,带电液滴无法达到B极板,此时B极板达到最高电势,根据平衡条件
mg=EQ=Q=·kUC1
解得UBA=
又UBA=φB-φA
其中φA=0
得φB=.
答案 (1)kUC1　(2)
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