人教版（2019）高二物理必修 第三册第十章静电场中的能量 第四节电容器的电容巩固作业

新人教版必修第三册第十章电容器的电容巩固作业
一、选择题
1.(多选)如图,平行板电容器与电源连接,下极板接地。一带电油滴位于电容器两极板间的P点且恰好处于平衡状态。现将上极板竖直向上移动一小段距离,则(
)
　　　　　
　　　　　
　　　　　
A.P点的电势将升高
B.极板带电荷量将增加
C.带电油滴的电势能将减小
D.带电油滴将竖直向下运动
2.(多选)如图所示,A、B为两块平行带电金属板,A带负电,B带正电且与大地相接,两板间P点处固定一负电荷,设此时两板间的电势差为U,P点场强大小为E,电势为φP,负电荷的电势能为EP,现将A、B两板水平错开一段距离(两板间距不变),下列说法正确的是(
)
A.U变大,E变大
B.U变小,φP变小
C.φP变小,EP变大
D.φP变大,EP变小
3.如图所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地。以E表示两板间的电场强度,θ表示静电计指针的偏角。若保持上极板不动,将下极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,在这一过程中,下列说法正确的是(　　)
A.E不变
B.电流计中有电流流过
C.θ减小
D.电容器的电容变大
4.如图所示,平行板电容器与一恒压直流电源相连,下极板通过A点接地,一带正电小球被固定于P点,现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离,则(　　)
A.平行板电容器的电容将变大
B.静电计指针偏角变小
C.带电小球的电势能将减小
D.若先将下极板与A点之间的导线断开,再将下极板向下移动一小段距离,则带电小球所受静电力不变
5.如图所示,平行板电容器已经充电,静电计的金属球与电容器的一个极板连接,外壳与另一个极板连接,静电计指针的偏转反映电容器两极板间的电势差。实验中保持极板上的电荷量Q不变。设电容器两极板正对面积为S,极板间的距离为d,静电计指针偏角为θ。下列关于实验现象的描述正确的是(　　)
A.保持S不变,增大d,则θ变大
B.保持S不变,减小d,则θ不变
C.保持d不变,减小S,则θ变小
D.保持S、d不变,在两板间插入电介质,则θ变大
6.如图所示,A、B为平行板电容器的金属板,G为静电计,开始时开关S闭合,静电计指针张开一定角度。下列操作可使指针张开角度增大一些的是(　　)
A.断开开关S后,将A、B两极板的正对面积减小一些
B.断开开关S后,将A、B两极板靠近一些
C.保持开关S闭合,将R上的滑片向右移动
D.保持开关S闭合,将A、B两极板分开一些
7.全球首创超级电容储存式现代电车在我国宁波基地下线,没有传统无轨电车的“辫子”,没有尾气排放,乘客上下车的30秒内可充满电并行驶5公里以上,刹车和下坡时可把80%的刹车能量转化成电能回收储存再使用,如图为使用“3
V、12
000
F”石墨烯纳米混合型超级电容器的电车,下列说法正确的是(　　)
A.该电容器最多能储存72
000
C的电荷量
B.电容器放电,电荷量逐渐减少到0,电容不变
C.电容器放电,电荷量逐渐减少到0,电压不变
D.若30
s能充满电,则充电平均电流为3
600
A
8.(多选)如图所示为造纸公司用于监控绝缘纸张厚度的简易装置示意图。其中A、B为平行板电容器的两个极板,上下位置均固定,且分别接在恒压电源的两极上,A板接负极。已知绝缘纸张的厚度越大,相对介电常数越大。下列说法正确的是(　　)
A.当流水线上通过的产品厚度增大时,平行板电容器的电容增大
B.当灵敏电流计有从b流向a的电流时,说明绝缘纸张变厚
C.当绝缘纸张厚度变薄时,两板间电场强度变大
D.增大恒压电源的电压值,可提高监控装置的灵敏度
9.测定压力变化的电容式传感器如图所示,A为固定电极,B为可动电极,组成一个电容大小可变的电容器。可动电极两端固定,当待测压力施加在可动电极上时,可动电极发生形变,从而改变了电容器的电容。现将此电容式传感器连接到如图所示的电路中,则(　　)
A.当待测压力增大时,电容器的电容将增大
B.当待测压力增大时,电阻R中有从a流向b的电流
C.当待测压力增大时,电阻R中没有电流
D.待电路稳定后,电容器两端的电压增大
10.如图是测定液面高度h的电容式传感器示意图,E为电源,G为灵敏电流计,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液体。已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系为:电流从右边接线柱流进电流计,指针向右偏。如果在导电液体的深度h发生变化时观察到指针向右偏转,则(　　)
A.导体芯A所带电荷量在增加,液体的深度h在增大
B.导体芯A所带电荷量在减少,液体的深度h在增大
C.导体芯A所带电荷量在增加,液体的深度h在减小
D.导体芯A所带电荷量在减少,液体的深度h在减小
11.(多选)如图所示,两极板间距为d的平行板电容器与一电源连接,开关S闭合,电容器两极板间有一质量为m、带电荷量为q的微粒静止不动,下列叙述中正确的是(　　)
A.微粒带正电
B.两极板间的电压等于
C.断开开关S,微粒将向下做加速运动
D.保持开关S闭合,增大电容器两极板间的距离,微粒将向下做加速运动
二、非选择题
12.如图所示,一平行板电容器接在U=12
V的直流电源上,电容C=3.0×10-10
F,两极板间距离d=1.2×10-3
m,g取10
m/s2,求:
(1)该电容器所带电荷量;
(2)若板间有一带电微粒,其质量为m=2.0×10-3
kg,恰在板间处于静止状态,则该微粒带电荷量为多少?带何种电荷?
答案
一、选择题
1.AD　电容器两极板间的电压不变,根据E=知极板间场强减小,由U=Ed知,P点与下极板间的电势差减小,极板间场强方向向上,P点电势比下极板低,则可知P点的电势升高,选项A正确;极板间距离增大,电容C减小,而电压U不变,由Q=CU知电容器的电荷量Q减小,选项B错误;由题意知油滴带正电,由于P点的电势升高,则带电油滴的电势能将增大,选项C错误;板间距离增大,电压不变,根据E=知板间场强减小,油滴所受静电力减小,则油滴将沿竖直方向向下运动,选项D正确。
导师点睛　解答电容器极板接地相关问题需要注意以下几点
(1)电容器某一极板接地以后,该极板电势为零,但并不是电荷量为零;
(2)两极板之间的电势差并不因为某极板接地而发生改变,但是电场中某点的电势会相对于不同接地的极板而发生变化;
(3)只有零电势点(接地的极板)确定以后,才能够确定电场中某点的电势。
2.AC　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C=可知,电容C减小,而电容器的电荷量Q不变,则由C=知,两板间电势差U增大,由公式E=可知,板间场强增大,选项A正确,B错误;P点到下极板的距离不变,由UBP=EdBP知,P点与下极板间电势差增大,由于电场线方向向上,P点的电势低于下极板的电势,则P点的电势降低,负电荷在P点的电势能变大,选项C正确,D错误。
方法技巧　两极板间电压U恒定不变(与电源始终相连)时的动态变化
3.A　电容器与电源断开,故电荷量不变;下极板向下移动,两板间的距离增大,根据C=可知,电容C减小,则根据C=可知,电压U增大,故静电计指针偏角θ增大;两板间的电场强度E===,因此E与两板间距无关,故E不变,选项A正确,C、D错误。因为电容器带电荷量不变,没有电荷移动,所以电流计中没有电流流过,选项B错误。
4.D　根据电容的决定式C=知,下极板竖直向下移动一小段距离,即d增大,则电容减小,选项A错误;因为电容器始终与电源相连,则两极板间的电势差不变,所以静电计指针偏角不变,选项B错误;电势差不变,d增大,则由公式E=分析得知板间电场强度减小,P点与上极板间的电势差减小,而P点的电势比上极板低,上极板的电势不变,则P点的电势升高,因为小球带正电,则小球的电势能增大,选项C错误;若先将下极板与A点之间的导线断开,则电容器的电荷量不变,d改变,根据C=、C=、E=结合得E=,则知电场强度不变,则小球所受静电力不变,选项D正确。
5.A　平行板电容器的电容C=,电容器两极板间的电压U=,电荷量Q不变,保持S不变,增大d,电容C减小,电压U增大,θ变大,选项A正确;电荷量Q不变,保持S不变,减小d,电容C增大,电压U减小,θ变小,选项B错误;电荷量Q不变,保持d不变,减小S,电容C减小,电压U增大,θ变大,选项C错误;电荷量Q不变,保持S、d不变,在两板间插入电介质,电容C增大,电压U变小,θ变小,选项D错误。
6.A　断开开关,电容器所带电荷量不变,将A、B两极板的正对面积减小一些,根据C=知,电容减小,根据Q=CU知,电势差变大,静电计指针张角变大,选项A正确;断开开关,电容器所带电荷量不变,将A、B靠近一些,则d减小,根据C=知,电容变大,根据Q=CU知,电势差减小,静电计指针张角减小,选项B错误;保持开关闭合,电容器两极板间的电势差不变,则静电计指针张角不变,选项C、D错误。
7.B　该电容器能容纳的最大电荷量为Q=CU=12
000×3
C=36
000
C,选项A错误;电容器的电容与电荷量和电压无关,在充、放电时电容不变,电容器放电,电荷量逐渐减少到0,电压逐渐减小为0,选项B正确,C错误;若30
s能充满电,则充电平均电流为I==
A=1
200
A,选项D错误。
8.ABD　根据电容的决定式C=,可知当产品厚度增大导致εr增大时,电容器的电容C增大,选项A正确;当灵敏电流计有从b流向a的电流时,说明电源正在对电容器充电,根据C=可知电容增大,说明纸张变厚,选项B正确;当绝缘纸张厚度变薄时,εr减小,电容器的电容C减小,而电源电压不变,也没有改变极板间的距离d,由E=知两板间电场强度不变,选项C错误;根据Q=CU可知,若增大恒压电源的电压值,纸张薄厚变化能够引起更大的电荷量变化,电流计指针偏转更明显,灵敏度更高,选项D正确。
9.A　压力增大时,电容器两极板间的距离减小,由电容的决定式C=可知电容器的电容增大,选项A正确;电容器直接与电源相连,因此电容器两端电压不变,选项D错误;电容器的电容增大,由Q=CU可知电容器的电荷量增加,电容器充电,因此电阻R中有从b流向a的电流,选项B、C错误。
10.A　电流计指针向右偏转,说明流过电流计的电流由右→左,则导体芯A所带电荷量在增加,电容器两端的电势差不变,由Q=CU可知,导体芯A与导电液体形成的电容器的电容增大,根据C=知,正对面积增大,则液体的深度h在增大,选项A正确,B、C、D错误。
11.BD　由题,微粒静止不动,所受的静电力与重力平衡,则微粒受到向上的静电力,而平行板电容器两极板间的场强方向竖直向下,则微粒带负电,选项A错误;设两极板间的电压为U,由平衡条件得mg=q,得U=,选项B正确;断开开关S,电容器所带电荷量不变,根据公式C=、C=和E=可得E=,故场强E不变,微粒所受的静电力不变,则微粒仍静止不动,选项C错误;保持开关S闭合,极板间的电压U不变,若增大电容器两极板间的距离,根据E=,则电场强度减小,微粒所受静电力减小,因此微粒将向下做加速运动,选项D正确。
二、非选择题
12.答案　(1)3.6×10-9
C　(2)2.0×10-6
C　负电
解析　(1)根据公式C=
可得Q=CU=3.0×10-10×12
C=3.6×10-9
C。
(2)对于平行板电容器的电场有E=,微粒在电场中受到竖直向下的重力和竖直向上的静电力,所以微粒带负电,根据二力平衡,有mg=qE,联立可得
q==
C=2.0×10-6
C。