第十章第4节电容器的电容培优练习-2021-2022学年高中物理人教版（2019）必修第三册word版含答案

2021-2022学年高二物理人教版（2019）必修第三册第十章第4节电容器的电容培优练习
第I卷（选择题）
一、单选题
1．对于某一电容器，下列说法正确的是(　　)
A．电容器所带的电荷量越多，电容越大
B．电容器两极板间的电势差越大，电容越大
C．电容器所带的电荷量增加一倍，两极板间的电势差也增加一倍
D．电容器两极板间的电势差减小到原来的，它的电容也减小到原来的
2．某电容器的电容是30
μF，额定电压为200
V，击穿电压为400
V，对于该电容器，下列说法中正确的是(　　)
A．为使它的两极板间的电压增加1
V，所需要的电荷量是3×10－5C
B．给电容器1
C的电荷量，两极板间的电压为3×10－5V
C．该电容器能容纳的电荷量最多为6×10－3C
D．该电容器两极板间能承受的最大电压为200
V
3．若使一已充电的电容器的电荷量减少q，其电压减少为原来的，则（　　）
A．电容器原来的带电荷量为1.
5q
B．电容器的电容变为原来的
C．电容器原来的电压为1V
D．将电容器完全放电后，其电容变为零
4．如图所示，平行板电容器两极板A和B分别与电源的正、负极相连且A板接地，P为两极板间的一点，在P点有一带负电的油滴恰好平衡。现保持B板不动，将A板慢慢向上平移到图中虚线所示的位置，这时（　　）
A．电容器两极板间的电势差减小
B．P点的场强增大
C．P点的电势降低
D．固定在P点的负电荷的电势能将减少
5．如图所示的电路可将声音信号转换为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接。若振动膜a周期性振动，则（　　）
A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变
B．a振动过程中，a、b板所带电荷量不变
C．a振动过程中，灵敏电流计中始终有方向不变的电流
D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大
6．如图，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，所带电荷量绝对值为q。静电力常量为k，下列说法正确的是（
）
A．油滴带正电
B．油滴受到的电场力大小为
C．若仅将上极板平移到图中虚线位置，则油滴将加速向上运动
D．若仅将上极板平移到图中虚线位置，则静电计指针张角减小
7．如图所示的实验装置中，极板A接地，平行板电容器的极板B与一个灵敏的静电计相接将A极板向左移动，增大电容器两极板间的距离时，电容器所带的电荷量Q、电容C、两极间的电压U，电容器两极板间的场强E的变化情况是（　　）
A．Q变小，C不变，U不变，E变小
B．Q变小，C变小，U不变，E不变
C．Q几乎不变，C变小，U变大，E不变
D．Q几乎不变，C变小，U变大，E变小
8．如图所示，平行板电容器的两极板A、B接在电源两极，一带负电的小球悬挂在电容器内部，闭合S，电容器充电，这时悬线偏离竖直方向的夹角为，下列说法正确的是（　　）
A．保持S闭合，将A极板向B极板靠近，则增大
B．保持S闭合，将A极板向B极板靠近，则不变
C．断开S，将A极板向B极板靠近，则增大
D．断开S，将A极板向B极板靠近，则θ减小
9．某同学利用电流传感器研究电容器的放电过程，他按如图甲所示连接电路。先使开关s接1，电容器很快充电完毕，然后将开关掷向2，电容器通过放电，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曲线如图乙所示。他进一步研究滑动变阻器的阻值变化对曲线的影响，断开s，先将滑片向右移动一段距离，再重复以上操作，又得到一条曲线，实验发现，放电时间比原来延长。针对以上实验现象下列判断正确的是（　　）
甲
乙
A．因放电时间延长，所以新曲线与坐标轴所围面积将增大
B．因两次放电的电荷一样多，所以新曲线会与原曲线重合
C．在放电过程中，电容器的电容随所储存的电荷量的减少而减小
D．图乙中曲线与坐标轴所围面积表示电容器放电过程中放出的电荷量
10．如图所示，平行板电容器经开关S与电池连接，a处固定有一电荷量非常小的点电荷，S是闭合的，φa表示a点的电势，F表示点电荷受到的静电力，现将电容器的A板向上稍微移动，使两板间的距离增大，则
(　
　)
A．φa变大，F变大
B．φa变大，F变小
C．φa不变，F不变
D．φa
变小，F变小
11．如图所示，E为电源，C为电容器，R为定值电阻，S为单刀双掷开关，则
A．S接1时，电容器充电且上极板电势较低
B．S接2时，电容器放电且放电电流从左往右经过定值电阻R
C．保持S接l
，将上极板竖直向上平移少许，板间电压不变，场强减小
D．保持S接l
，将上极板水平向左平移少许，板间电压不变，场强减小
12．测定压力变化的电容式传感器如图所示，为固定电极，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，当待测压力增大时（
）
A．电容器的电容将减小
B．电阻中没有电流
C．电阻中有从流向的电流
D．电阻中有从流向的电流
13．如图所示，平行板电容器充电后与电源断开，正极板接地，两板间有一个带负电的试探电荷固定在P点．静电计的金属球与电容器的负极板连接，外壳接地．以E表示两板间的场强，表示P点的电势，EP表示该试探电荷在P点的电势能，表示静电计指针的偏角．若保持负极板不动，将正极板缓慢向右平移一小段距离(静电计带电量可忽略不计)，各物理量变化情况描述正确的是
A．E增大，降低，EP减小，增大
B．E不变，降低，EP增大，减小
C．E不变，升高，EP减小，减小
D．E减小，升高，EP减小，减小
14．如图，一带电粒子从小孔A以一定的初速度射入平行板P和Q
之间的真空区域，经偏转后打在
Q板上如图所示的位置．在其他条件不变的情况下要使该粒子能从Q板上的小孔B射出，下列操作中可能实现的是（不计粒子重力）
A．保持开关S闭合，适当上移
P极板
B．保持开关S闭合，适当左移P极板
C．先断开开关S，再适当上移
P极板
D．先断开开关S，再适当左移P极板
第II卷（非选择题）
二、填空题
15．如图所示，平行板电容器的极板接于电池两极，一带正电的小球悬挂在电容器内部，闭合开关S，电容器充电，此时悬线偏离竖直方向的夹角为θ．若保持S闭合，将A板向B板靠近，则θ____，若断开S，将A板向B板靠近，则θ____．
16．观察电容器的充、放电现象的实验电路图。当把开关S拨到1后电容器充电，两极板的电荷量逐渐增加直至稳定，其判断依据是______；当把开关S拨到2后电容器放电，两极板的电荷量逐渐减小至零，其判断依据是______。（从电流计和电压表的示数变化说明）
17．用图的电路给电容器充、放电。开关S接通1，稳定后改接2，稳定后又改接1，如此往复。下表记录了充、放电过程中某两个时刻通过电流表的电流方向，试根据该信息，在表格内各空格处填上合理的答案。
表
充、放电过程中某两个时刻的电路情况
时刻
在此时刻通过图中电流表的电流方向
电流表中的电流正在增加还是减小
开关S当前正在接通1还是接通2
电容器两端的电压正在增大还是减小
整个电路中的能量正在怎样转化
这个时候电容器是在充电还是在放电
向左
向右
三、解答题
18．空气是不导电的。但是如果空气中的电场很强，使得气体分子中带正、负电荷的微粒所受的方向相反的静电力很大，以至于分子破碎，空气中出现可以自由移动的电荷，空气就变成了导体。这个现象叫作空气的“击穿”。一次实验中，电压为的直流电源的两极连在一对平行金属板上，如果把两金属板的距离减小到，两板之间就会放电。这次实验中空气被击穿时的电场强度是多少？
19．如图所示，已充电的平行板电容器的极板B与一灵敏的静电计相接，极板A接地。若极板A稍向上移动，观察到静电计的指针张角将变大，请解释其原因。
20．如图所示，两块水平放置的平行金属板a、b，相距为d，组成一个电容为C的平行板电容器，a板接地．a板的正中央有一小孔B，从B孔正上方h处的A点，一滴一滴地由静止滴下质量为m、电荷量为q的带电油滴，油滴穿过B孔后落到b板，把全部电荷量传给b板，；a板也会带上等量的异种电荷，若不计空气阻力及板外电场．问：
（1）当有n滴油滴b板上后，两板间的场强多大？
（2）第几滴油滴落到两板间将在a、b板间做匀速直线运动？
（3）能到达b板的油滴不会超过多少滴？
21．有四块相同的正方形金属薄平板从左至右依次平行放置，任意两个相邻平板之间的距离都相等，且平板的边长远大于平板之间的间距平板从左至右依次编号为1、2、3、4.其中第1块板带净电荷量为，第n块板上的净电荷量为，其中。现将第1块板和第4块板接地，如图所示，忽略边缘效应问：
(1)从第1块板和第4块板流入大地的电荷量和分别为的多少倍？
(2)上述两板接地后，哪块板上的电势最低？求该电势的值，将其表示为两相邻极板之间的电容C和的函数。
参考答案
1．C
【详解】
AB．电容的大小与电容器两端的电压及电容器所带的电量无关．故AB错误；
C．根据公式：Q=CU可得，当电容器带电量增加一倍，两极板间的电势差也增加一倍．故C正确；
D．电容的大小与电容器两端的电压及电容器所带的电量无关，两极板间的电势差减小为原来的，电容器的电容不会发生变化．故D错误．
故选C．
2．A
【详解】
由ΔQ=C·ΔU=30×10–6×1
C=3×10–5
C，A对；由U=Q/C=1/(30×10–6)
V=3.3×104
V可知，电容器被击穿，B错；击穿电压为400
V表示能承受的最大电压为400
V，最大电荷量Q=CU=3×10–5×400
C=1.2×10–2
C，CD错．
3．A
【详解】
AB．电容是由电容器本身决定，与电压和电荷量无关，电容器的电荷量减少q，电压减少为原来的，电容不变，由知电量减少为原来的即减少了，则原来的电荷量为1.5q，故A正确，B错误；
C．由于具体数据不知，无法求出原来的电压，故C错误；
D．电容反映电容器本身的特性，电容器放电，电容器的电容不变，故D错误。
故选A。
4．C
【详解】
A．电容器两极板分别于电源连接，可知两板间的电势差不变，选项A错误；
B．根据，因U不变，d变大，可知P点的场强减小，选项B错误；
C．两板场强减小，根据U=Ed可知，P点与B板的电势差减小，可知P点的电势降低，选项C正确；
D．P点的电势降低，则固定在P点的负电荷的电势能将变大，选项D错误。
故选C。
5．D
【详解】
AD．由于平行板电容器两极板与电池两极相连接，两极板间的电压U保持不变，根据场强
E=
可知电场强度随着d变化而变化；a向右的位移最大时，两板间的距离d最小，由
C=
可知电容最大，故A错误，D正确；
B．由
Q=CU
可知，a、b板所带电荷量随着C的变化而变化，B错误；
C．由于Q变化，使电容器出现充电、放电现象，电流计中电流方向不断变化，C错误；
故选D。
6．D
【详解】
A．根据受力分析知，油滴受重力和电场力，因为油滴受力平衡，因此可判断油滴带负电，所受电场力竖直向上，故A错误；
B．因为油滴处于匀强电场中，因此只能用匀强电场公式，根据平行板电容器公式可得
可得
故B错误；
C．电场力
可知电场力与两极板距离d无关，若仅将上极板平移到图中虚线位置，所受电场力不变，因此油滴仍静止不动，故C错误。
D．平行板电容器电荷量不变，根据公式
因此将上极板平移到图中虚线位置，间距变小，电容变大，电压变小，静电计指针张角变小，故D正确；
故选D。
7．C
【详解】
平行板电容器与静电计并联，电容器所带电量不变。增大电容器两极板间的距离d时，由电容的决定式知，电容C变小；Q不变，则根据电容的定义式知，电容C变小，Q不变，则U变大；根据，电场强度不变；故选C。
8．A
【详解】
AB．保持S闭合，则电容器两极板间的电压不变，由可知，当A极板向B极板靠近时，E增大，小球所受电场力增大，增大，A正确，B错误；
CD．断开S，则两极板所带电荷量不变，由
可知，将A极板向B极板靠近，则d减小，E不变，小球所受电场力不变，则不变，故CD错误；
故选A。
9．D
【详解】
A．两次电容器的带电荷量没有变化，所以曲线与坐标轴所围面积不变，故A错误；
B．将滑片向右移动后，放电电荷量不变，但时间延长，所以图线与纵轴和横轴的交点变化，图像不重合，故B错误；
C．在放电过程中，电容器的电容与所储存的电荷量无关，故C错误；
D．图线与坐标轴所围成的面积表示电容器放电的电荷量，故D正确。
故选D。
10．D
【详解】
由于开关S闭合，且电容器两极板始终与电源的两极相连，故电容器两极板之间的电压保持不变，随极板上移两极板之间的距离增大，根据可知两极板之间的电场强度减小，由于，由于电场强度减小，故减小，由于，所以点的电势减小；由于点电荷在点所受的电场力，由于减小，所以电场力减小；
A．与分析不符，故A错误；
B．与分析不符，故B错误；
C．与分析不符，故C错误；
D．与分析相符，故D正确；
故选D。
11．C
【详解】
A．S接1时，电容器充电且上极板接电源正极，电势较高，选项A错误；
B．
S接2时，电容器放电且放电电流从右往左经过定值电阻R，选项B错误；
C．保持S接l
，将上极板竖直向上平移少许，板间电压不变，根据可知，场强减小，选项C正确；
D．保持S接l
，将上极板水平向左平移少许，板间电压不变，两板间距d不变，根据可知场强不变，选项D错误．
12．D
【详解】
A．当待测压力增大时，电容器板间距离减小，根据电容的决定式
得知，电容C增大．故A错误．
BCD．电容板间电压U不变，电容器所带电量为Q=CU，C增大，则Q增大，电容器处于充电状态，而A板带正电，则电路中形成逆时针方向的充电电流，电阻R中有从b流向a的电流；故BC错误，D正确。
故选D。
13．C
【解析】
正极板缓慢向右平移一小段距离，两板间的距离减小，根据电容的决定式
可知，电容C变大，而电容器的电量Q不变，则由
得知，板间电压U减小，减小；板间场强
，可见E不变；P点到正极板距离减小，由公式U=Ed得知，
，P点的电势升高；负电荷在P点的电势能减小；故ABD错误，C正确;
故选C．
14．A
【详解】
A、保持开关S闭合，适当上移P极板，根据U=Ed，d增加，场强E减小，故加速度a=qE/m减小，根据t=2vy0/a，时间延长，可能从小孔B射出；故A正确；B、保持开关S闭合，适当左移P极板，场强不变，故粒子加速度不变，运动轨迹不变，故B错误；C、先断开开关S，再适当上移P极板，电荷的面密度不变，场强不变，故粒子加速度不变，运动轨迹不变，故C错误；D、先断开开关S，再适当左移P极板，电荷的面密度增加，场强变大，故粒子加速度变大，故时间缩短，水平分位移减小，故不可能从小孔B射出，故D错误；故选A．
15．变大
不变
【详解】
保持开关S闭合，电容器两端间的电势差不变，带正电的A板向B板靠近，极板间距离减小，电场强度E增大，小球所受的电场力变大，θ增大；
断开开关S，电容器所带的电量不变，，，将A板向B板靠近，知d减小时，E不变，电场力不变，θ不变．
16．
【详解】
[1]开关拨到1后，电容器上极板与电源正极连接，电容器充电，电容器的电荷量逐渐增加，由
可知，电容器两端电压即电压表示数逐渐增大，电流计的示数逐渐减小，当电容器两极板电压等于电源电压且电流计的示数为0时，充电完毕，电容器的电荷量不再改变；
[2]
开关S拨到2后，电容器放电，电流计读数突然增大后逐渐减小，电容器两端电压即电压表示数也逐渐减小，电荷量逐渐减小至0。
17．减小，2，减小，电容器存储的电能转化为其他形式的能，放电；减小，1，增大，电源的能量存储在电容器中，充电
【详解】
由于时刻电流方向向左，说明电容器在这个时候电容器是在放电，所以开关S当前应该正在接通2，而在放电过程中，电容器两极板的电荷量逐渐减少，电压也逐渐减少，电流也逐渐减少。放电过程中电容器存储的电能转化为其他形式的能。
由于时刻电流方向向右，说明电容器在这个时候电容器是在充电，所以开关S当前应该正在接通1，而在充电过程中，电容器两极板的电荷量逐渐增大，逐渐达到饱和状态，电压也逐渐增大，但是电流还是逐渐减少的。充电过程中电源的能量存储在电容器中。
18．3.1×10
V/m。
【详解】
由题:U=4×104V,d=1.3cm=1.3×10-2m则由
U=Ed
得
则空气击穿时的电场强度是3.1×10
V/m。
19．见解析
【详解】
电容器无法放电，故带电量不变，即Q一定，当极板A稍向上移动，则两板正对面积S减小，根据可知电容C减小，根据可知，在Q一定时，U增大，而静电计测量的是电压，所以观察到静电计指针的张角变大。
20．（1）（2）＋1
（3）
【详解】
（1）当n滴油滴落在b板上时，则有
（2）设这时已有n滴油滴落在b板，板间电场强度为，，所以做匀速直线运动的应是第（＋1）滴．
（3）设第N滴正好到达b板，则它到达b板的速度正好为零．此时b板所带电荷量Q′＝（N－1）q，a、b间的电压根据动能定理有mg（h＋d）－qU＝0，解得，所以能够到达b板的油滴不会超过（）滴．
21．(1)；；(2)第3块，
【详解】
(1)第1块板和第4块板接地，电势为零，第1块板左侧和第4块板右侧均无电荷分布。设第1块板右侧所带电荷量为q，则其他板所带电荷量如图所示。各板间电势差关系为
故有
解得
因此，第1块板和第4块板流入大地的电荷量分别为
(2)第3块板左侧的电荷量为，右侧的电荷量为，由于，所以第3块板上的电势最低，其电势为