第2章　第5节　科学探究 电容器—2020-2021学年新教材鲁科版（2019）高中物理必修三同步检测（word含答案）

第2章 电势能与电势差
第5节　科学探究:电容器
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(2019~2020学年安徽合肥六校高二上期末考试)有一个已充电的电容器,两极板之间的电压是6 V,所带电荷量是4.5×10-4 C。将电容器的电压降为4 V,电容器所带电荷量是(　　)
A.1.5×10-4 C B.3.0×10-4 C
C.3.5×10-4 C D.4.0×10-4 C
2.

如图所示,为某一电容器中所带电荷量和两端电压之间的关系图线,若将该电容器两端的电压从40 V降低到36 V,对电容器来说正确的是(　　)
A.是充电过程
B.是放电过程
C.该电容器的电容为5×10-2 F
D.该电容器的电荷量变化量为0.2 C
3.平行板电容器充电后断开电源,现将其中一块金属板沿远离另一极板的方向平移一小段距离。下图表示此过程中电容器两极板间电场强度E随两极板间距离d的变化关系,正确的是(　　)

4.

(2019~2020学年四川广元高二上期末)如右图所示的可变电容器,旋转动片使之与定片逐渐重合。则电容器的电容将(　　)
A.逐渐增大
B.逐渐减小
C.保持不变
D.先增大后减小
5.(2019~2020学年陕西渭南富平高二上期末)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均接地,电容器右侧极板与静电计金属球相连,使电容器带电后与电源断开。

(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)以下情况中,能使静电计指针偏角增大的有　　　。?
A.把两板间的距离减小
B.把两板的正对面积减小
C.在两板间插入相对介电常数较大的电介质

6.

如图所示,平行板电容器的两个极板A、B分别接在电压为60 V的恒压电源上,两极板间距为3 cm,电容器带电荷量为6×10-8 C,A极板接地。求:
(1)平行板电容器的电容。
(2)平行板电容器两板之间的电场强度。
(3)距B板2 cm的M点处的电势。



能力提升
1.

甲
如图甲所示为一只“极距变化型电容式传感器”的部分构件示意图。当动极板和定极板之间的距离d变化时,电容C便发生变化,通过测量电容C的变化就可知道两极板之间的距离d的变化情况。在图乙中能正确反映C与d之间变化规律的图像是(　　)

乙

2.

(2019~2020学年云南楚雄州高二上期末)两个较大的平行金属板A、B相距为d,分别接在电压为U的电源正、负极上,这时质量为m,带电荷量q的油滴恰好静止在两板之间,如图所示,在其他条件不变的情况下,如果将两板非常缓慢地水平错开一些,那么在错开的过程中(　　)
A.油滴将向上加速运动,电流计中的电流从b流向a
B.油滴将向下加速运动,电流计中的电流从a流向b
C.油滴静止不动,电流计中的电流从b流向a
D.油滴静止不动,电流计中的电流从a流向b
3.(多选)(2019~2020学年四川内江高二上期末)某电容式话筒的原理如图所示,E为电源,R为电阻,薄片P和Q为两金属极板,对着话筒说话时,P振动而Q可视为不动,当P、Q间距离增大时,下列判断中正确的是(　　)

A.P、Q构成的电容器的电容增加
B.P上电荷量保持不变
C.有电流自M经R流向N
D.PQ间的电场强度减小
4.

(多选)如图所示是一种通过测量电容器电容的变化,检测液面高低的仪器原理图,电容器的两个电极分别用导线接到指示器上,指示器可显示出电容的大小,下列关于该仪器的说法中,正确的有(　　)
A.该仪器中电容器的两个电极分别是芯柱和导电液体
B.芯柱外套的电介质越厚,该电容器的电容越大
C.如果指示器显示出电容增大了,则说明液面升高了
D.如果指示器显示出电容减小了,则说明液面升高了
5.(2019~2020学年广东汕头潮阳高二上教学质量监测)板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时,两极板间电势差为U1,板间电场强度为E1。现将电容器所带电荷量变为2Q,板间距变为12d,其他条件不变,这时两极板间电势差为U2,板间电场强度为E2,下列说法正确的是(　　)
A.U2=U1,E2=E1 B.U2=2U1,E2=4E1
C.U2=U1,E2=2E1 D.U2=2U1,E2=2E1
6.用电流传感器观察电容器的放电过程,传感器与计算机相连,还能显示出电流随时间变化的I-t图像。按照图甲所示连接电路。电源用直流8 V左右,电容器可选几十微法的电解电容器。

甲

先使开关S与1端相连,电源向电容器充电,这个过程可在短时间内完成。然后把开关S掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像(图乙)。

乙
一位同学得到的I-t图像如图丙所示,电源电压是8 V已知电流I=qt。

丙

(1)在图丙中画一个竖立的狭长矩形(在图丙的最左边),它的面积的物理意义是什么?
(2)怎样根据I-t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量?试着算一算。
(3)如果要测绘充电时的I-t图像,请把图丁中电路图补充完整;得到的I-t图像可能是什么形状的?

丁




第2章 电势能与电势差
第5节　科学探究:电容器
课后篇巩固提升
基础巩固
1.(2019~2020学年安徽合肥六校高二上期末考试)有一个已充电的电容器,两极板之间的电压是6 V,所带电荷量是4.5×10-4 C。将电容器的电压降为4 V,电容器所带电荷量是(　　)
A.1.5×10-4 C B.3.0×10-4 C
C.3.5×10-4 C D.4.0×10-4 C
解析电容器的电容和其两极板间的电压以及所带电荷量大小无关,即电压变化时,电容大小恒定不变,所以根据C=QU可知C=6V4.5×10-4 C=4VQ,解得Q=3.0×10-4 C,B正确。
答案B
2.

如图所示,为某一电容器中所带电荷量和两端电压之间的关系图线,若将该电容器两端的电压从40 V降低到36 V,对电容器来说正确的是(　　)
A.是充电过程
B.是放电过程
C.该电容器的电容为5×10-2 F
D.该电容器的电荷量变化量为0.2 C
解析由Q=CU知,U降低,Q减小,故为放电过程,A错,B对;
由C=QU=0.240 F=5×10-3 F,可知C错;
ΔQ=CΔU=5×10-3×4 C=0.02 C,D错。
答案B
3.平行板电容器充电后断开电源,现将其中一块金属板沿远离另一极板的方向平移一小段距离。下图表示此过程中电容器两极板间电场强度E随两极板间距离d的变化关系,正确的是(　　)

解析由于平行板电容器充电后断开电源,电容器所带电荷量保持不变,两极板间电场强度E=Ud=QCd=4kπQεrS,E随两极板间距离d的增大保持不变,C正确,A、B、D错误。
答案C
4.

(2019~2020学年四川广元高二上期末)如右图所示的可变电容器,旋转动片使之与定片逐渐重合。则电容器的电容将(　　)
A.逐渐增大
B.逐渐减小
C.保持不变
D.先增大后减小
解析旋转动片使之与定片逐渐重合时,相当于增加了电容器的正对面积,则由电容器的决定式C=εrS4πkd可知,电容将逐渐增大,故B、C、D错误,A正确。
答案A
5.(2019~2020学年陕西渭南富平高二上期末)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均接地,电容器右侧极板与静电计金属球相连,使电容器带电后与电源断开。

(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)以下情况中,能使静电计指针偏角增大的有　　　。?
A.把两板间的距离减小
B.把两板的正对面积减小
C.在两板间插入相对介电常数较大的电介质
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)两板间距离d减小,根据电容的决定式C=εrS4πkd知,电容C增大,电荷量不变,根据C=QU知,电势差减小,指针偏角变小,故A错误;两板的正对面积减小,根据电容的决定式知,电容C减小,电荷量不变,根据C=QU知,电势差增大,指针偏角变大,故B正确;在两极板间插入电介质,根据C=εrS4πkd知,电容C增大,电荷量不变,根据C=QU知,电势差减小,指针偏角变小,故C错误。
答案(1)A　(2)B
6.

如图所示,平行板电容器的两个极板A、B分别接在电压为60 V的恒压电源上,两极板间距为3 cm,电容器带电荷量为6×10-8 C,A极板接地。求:
(1)平行板电容器的电容。
(2)平行板电容器两板之间的电场强度。
(3)距B板2 cm的M点处的电势。
解析(1)平行板电容器的电容C=QU=6×10-860F=1×10-9 F。
(2)两板之间为匀强电场,E=Ud=603×10-2 V/m=2×103 V/m,方向竖直向下。
(3)M点距A板间距离为dAM=d-dBM=1 cm
A与M间电势差UAM=EdAM=20 V
又UAM=φA-φM,φA=0
可得φM=-20 V。
答案(1)1×10-9 F　(2)2×103 V/m,方向竖直向下　(3)-20 V
能力提升
1.

甲
如图甲所示为一只“极距变化型电容式传感器”的部分构件示意图。当动极板和定极板之间的距离d变化时,电容C便发生变化,通过测量电容C的变化就可知道两极板之间的距离d的变化情况。在图乙中能正确反映C与d之间变化规律的图像是(　　)

乙

解析根据电容的决定式C=εrS4πkd,电容C与两极板间距离d成反比,根据数学知识可知,C-d图像是双曲线的一支,故A正确。
答案A
2.

(2019~2020学年云南楚雄州高二上期末)两个较大的平行金属板A、B相距为d,分别接在电压为U的电源正、负极上,这时质量为m,带电荷量q的油滴恰好静止在两板之间,如图所示,在其他条件不变的情况下,如果将两板非常缓慢地水平错开一些,那么在错开的过程中(　　)
A.油滴将向上加速运动,电流计中的电流从b流向a
B.油滴将向下加速运动,电流计中的电流从a流向b
C.油滴静止不动,电流计中的电流从b流向a
D.油滴静止不动,电流计中的电流从a流向b
解析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C=εrS4πkd得知,电容减小,而电压不变,则由C=QU知,电容器带电荷量减小,电容器处于放电状态,电路中产生顺时针方向的电流,则电流计中有a→b的电流。由于电容器板间电压和距离不变,则由E=Ud,知板间电场强度不变,油滴所受电场力不变,仍处于静止状态,D正确。
答案D
3.(多选)(2019~2020学年四川内江高二上期末)某电容式话筒的原理如图所示,E为电源,R为电阻,薄片P和Q为两金属极板,对着话筒说话时,P振动而Q可视为不动,当P、Q间距离增大时,下列判断中正确的是(　　)

A.P、Q构成的电容器的电容增加
B.P上电荷量保持不变
C.有电流自M经R流向N
D.PQ间的电场强度减小
解析电容式话筒与电源串联,电压保持不变。在PQ间距增大过程中,根据电容决定式C=εrS4πkd,得电容减小,故A错误;根据电容定义式C=QU,得电容器所带电荷量减小,电容器的放电电流通过R的方向由M到N,再根据电场强度E=Ud,知电场强度变小,故C、D正确,B错误。
答案CD
4.

(多选)如图所示是一种通过测量电容器电容的变化,检测液面高低的仪器原理图,电容器的两个电极分别用导线接到指示器上,指示器可显示出电容的大小,下列关于该仪器的说法中,正确的有(　　)
A.该仪器中电容器的两个电极分别是芯柱和导电液体
B.芯柱外套的电介质越厚,该电容器的电容越大
C.如果指示器显示出电容增大了,则说明液面升高了
D.如果指示器显示出电容减小了,则说明液面升高了
解析该装置的结构类似于平行板电容器:芯柱和导电液体构成电容器的两个电极,电介质的厚度d相当于两平行板间的距离,h越大,则正对面积S越大;所以其他条件不变,d越大时,C就越小;若C增大,就表明h增大了,故选A、C项。
答案AC
5.(2019~2020学年广东汕头潮阳高二上教学质量监测)板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时,两极板间电势差为U1,板间电场强度为E1。现将电容器所带电荷量变为2Q,板间距变为12d,其他条件不变,这时两极板间电势差为U2,板间电场强度为E2,下列说法正确的是(　　)
A.U2=U1,E2=E1 B.U2=2U1,E2=4E1
C.U2=U1,E2=2E1 D.U2=2U1,E2=2E1
解析由公式C=εrS4πkd、C=QU和E=Ud得U=4kπdQεrS,E=4kπQεrS,当Q变为2Q、d变为d2时,电压U不变,电场强度E变为原来的2倍,C正确。
答案C
6.用电流传感器观察电容器的放电过程,传感器与计算机相连,还能显示出电流随时间变化的I-t图像。按照图甲所示连接电路。电源用直流8 V左右,电容器可选几十微法的电解电容器。

甲

先使开关S与1端相连,电源向电容器充电,这个过程可在短时间内完成。然后把开关S掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像(图乙)。

乙
一位同学得到的I-t图像如图丙所示,电源电压是8 V已知电流I=qt。

丙

(1)在图丙中画一个竖立的狭长矩形(在图丙的最左边),它的面积的物理意义是什么?
(2)怎样根据I-t图像估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量?试着算一算。
(3)如果要测绘充电时的I-t图像,请把图丁中电路图补充完整;得到的I-t图像可能是什么形状的?

丁



解析(1)矩形的面积表示在0.2 s内电容器放出的电荷量。
(2)用数方格的方法估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量,方法是数小方格的个数,不足半个舍去,半个以上记一个。图中每个小方格表示8×10-5 C,曲线与坐标轴围成的面积中有43个小方格,电容器释放的全部电荷量约为8×10-5×43 C=3.44×10-3 C。(本题小方格个数在42~45范围内均视为正确,以对应的小方格数算出的电荷量也视为正确)
(3)充电时的I-t图像的电路图如图甲所示。
把电源E、开关S、电容器连成电路,闭合开关S,电源给电容器充电,传感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的I-t图像(图乙)。

甲

乙

答案见解析