第04講 電容器及其兩類變化 課后專項突破（解析版）-2024-2025學(xué)年高二物理上學(xué)期中期末復(fù)習(xí)精細(xì)講義

第04講電容器及其兩類變化——劃重點(diǎn)之高二期中期末復(fù)習(xí)精細(xì)講義一、單選題1．電容器是現(xiàn)代儀器中常見的元件。某電容器電容是60μF，充電至10kV電壓，如果電容器在A．電容器的擊穿電壓為10B．電容器充電后的電量為600C．電容器在放電過程中電容小于60μD．電容器放電過程的平均電流強(qiáng)度大小為300【答案】D【詳解】A．當(dāng)電容器的電壓達(dá)到擊穿電壓時，電容器將會損壞，所以10kVB．根據(jù)電容的定義式C=解得電容器充電后的電量為Q=0.6故B錯誤；C．電容器的電容與電容器的帶電荷量無關(guān)，電容器在放電過程中電容保持不變，故C錯誤；D．電容器放電過程的平均電流強(qiáng)度大小為I=故D正確。故選D。2．電容式加速傳感器常用于觸發(fā)汽車安全氣囊，簡化圖如圖所示，平行板電容器的極板M固定，N可左右移動，通過測量電容器極板上的電量變化來確定汽車加速度。當(dāng)汽車緊急剎車時，極板M、N間距減小，若極板兩端電壓不變，下列說法正確的是（）A．電容器的電容不變 B．電容器的電容變小C．極板間的電荷量增大 D．極板間的電荷量減小【答案】C【詳解】AB．極板M、N間距d減小，由C=εrSCD．極板兩端電壓U不變，C增大，由Q=CU可得，極板間的電荷量Q增大，故C正確，D錯誤。故選C。3．已知均勻帶電的無窮大平面在真空中激發(fā)的電場中各處的場強(qiáng)相同?，F(xiàn)有一平行板電容器，極板面積為S，兩板間隔為d，其中充滿空氣（空氣的介電常數(shù)取為ε）。當(dāng)兩極板上加電壓U時，忽略邊緣效應(yīng)，且靜電力常量為k，兩極板間的相互作用力大小為（）A．εSU28πkd2 B．【答案】A【詳解】平行板電容器的電容定義式和決定式分別為C=C=平行板電容器兩板間的電場強(qiáng)度大小為E=所以單個平行板產(chǎn)生的電場強(qiáng)度大小為E兩極板間的相互作用力大小為F=Q聯(lián)立可得F=故選A。4．如圖電路中，AB是兩金屬板構(gòu)成的平行板電容器。先將電鍵K閉合，等電路穩(wěn)定后再將K斷開，然后將B板向下平移一小段距離，并且保持兩板間的某點(diǎn)P與A板的距離不變。則下列說法正確的是（）A．電容器的電容變大B．電容器內(nèi)部電場強(qiáng)度大小變小C．電容器內(nèi)部電場強(qiáng)度大小變大D．P點(diǎn)電勢升高【答案】D【詳解】A．將B板向下平移一小段距離，由C=可知電容器的電容變小，故A錯誤；BC．將電鍵K閉合，等電路穩(wěn)定后再將K斷開，可知電容器所帶電荷量不變，由E=可知將B板向下平移一小段距離，電容器內(nèi)部電場強(qiáng)度保持不變，故BC錯誤；D．由于B板接地，則有U由于電容器內(nèi)部電場強(qiáng)度保持不變，P點(diǎn)與B板距離變大，則P點(diǎn)電勢升高，故D正確。故選D。5．超級電容器又叫雙電層電容器，是一種新型儲能裝置，它不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電源，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源。它具有功率密度高、充放電時間短、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬等特點(diǎn)。如圖為一款超級電容器，其標(biāo)有“2.7V，3000F”，則（

）A．該超級電容器充電時把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 B．該電容器最大容納電荷量為8100CC．該電容器在電壓為2.7V時電容才是3000F D．該電容器在2.5V電壓下不能正常工作【答案】B【詳解】A．電容器充電時把電能存儲起來，沒有轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，故A錯誤；B．該電容器最大容納電荷量為Q=UC=2.7×3000故B正確；C．電容是描述電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量，其大小與電壓和電荷量無關(guān)，故該電容器電容始終為3000F，故C錯誤；D．電容器的額定電壓為2.7V，說明工作電壓不能超過2.7V，故D錯誤。故選B。6．如圖所示，平行板電容器與一直流電源連接，下極板接地，靜電計金屬球與電容器上極板連接，靜電計開始時所帶電荷量很少，可忽略。開關(guān)閉合，穩(wěn)定時一帶電的油滴靜止于兩極板間的P點(diǎn)。若斷開開關(guān)K，將平行板電容器的下極板豎直向下平移一小段距離，則下列說法正確的是（

）A．帶電油滴仍保持靜止 B．靜電計指針的張角保持不變C．P點(diǎn)電勢變小 D．帶電油滴的電勢能變大【答案】A【詳解】B．若斷開開關(guān)K，由于靜電計所帶電荷量很少，可忽略不計，故可認(rèn)為電容器所帶電荷量保持不變，將平行板電容器的下極板豎直向下平移一小段距離，根據(jù)C=εr由于d變大，可知電容器電容變小，電容器極板間電壓增大，靜電計指針的張角變大，故B錯誤；A．根據(jù)E=可知板間電場強(qiáng)度不變，帶電油滴受力保持不變，帶電油滴仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，故A正確；BD．根據(jù)U=Ed由于板間電場強(qiáng)度不變，P點(diǎn)與下極板距離變大，又下極板接地，電勢為零，可知P點(diǎn)電勢變大；根據(jù)受力平衡可知，帶電油滴受到的電場力豎直向上，則帶電油滴帶負(fù)電，根據(jù)Ep=qφ，可知帶電油滴在故選A。7．如圖所示，電容器極板間有一可移動的電介質(zhì)板，電介質(zhì)板與被測物體相連，被測物體到極板右邊緣的距離為x。接入電路后，通過極板上物理量的變化可確定被測物體的位置，下列說法正確的是（

）A．若x變大，則電容器的電容增大B．若x變小且電容器的電荷量不變，則電容器極板間的電壓減小C．若x變大且電容器極板間的電壓不變，則電容器的電荷量增加D．若x變大且電容器極板間的電壓不變，則有電流流向電容器的正極板【答案】B【詳解】A．x變大，即拔出電介質(zhì)板，根據(jù)電容的決定式C=可知電容減小，故A錯誤；B．若x變小，即插入電介質(zhì)板，根據(jù)電容的決定式C=可知電容增大，電容器的電荷量不變，根據(jù)C=可知，電容器極板間的電壓U變小，故B正確；CD．x變大，即拔出電介質(zhì)板，根據(jù)電容的決定式C=可在電容減小，結(jié)合C=可知，電壓不變，則電容器的電荷量Q減少，電容器放電，所以有電流流向電容器的負(fù)極，故CD錯誤。故選B。8．在“用傳感器觀察電容器的充放電過程”實(shí)驗(yàn)中，按圖甲所示連接電路。電源兩端電壓保持不變。單刀雙擲開關(guān)S先跟2相接，某時刻開關(guān)改接1，一段時間后，把開關(guān)再改接2，此后實(shí)驗(yàn)中使用了電流傳感器來采集電流隨時間的變化情況，實(shí)驗(yàn)得到的I?t圖像如圖乙所示。下列有關(guān)說法正確的是（

）A．在電容器放電過程中電阻R兩端的電壓保持不變B．在電容器充電過程中電容器的電容隨電量增大而不斷變大C．如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R的阻值，則此過程的I?t曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積將增大D．如果只增大電容器兩極板間的距離，那么I?t曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積將減小【答案】D【詳解】A．在電容器放電過程中電流逐漸減小，可知電阻R兩端的電壓逐漸減小，選項A錯誤；B．電容器的電容由電容器本身決定，與電容器帶電量無關(guān)，則在電容器充電過程中電容器的電容不變，選項B錯誤；C．I?t曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積等于電容器所帶的電量值，則如果不改變電路其他參數(shù)，只減小電阻R的阻值，則此過程的I?t曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積不變，選項C錯誤；D．如果只增大電容器兩極板間的距離，根據(jù)C=可知電容器的電容C減小，根據(jù)Q=CU可知，電容器帶電量減小，那么I?t曲線與坐標(biāo)軸所圍成的面積將減小，選項D正確。故選D。9．如圖所示，電容式麥克風(fēng)的振動膜是利用超薄金屬或鍍金的塑料薄膜制成的，它與基板構(gòu)成電容器，并與電阻、電池構(gòu)成閉合回路。麥克風(fēng)正常工作時，振動膜隨聲波左右振動。下列說法正確的是（）A．振動膜向右運(yùn)動時，電容器的電容減小B．振動膜向右運(yùn)動時，電阻上有從a到b的電流C．振動膜向左運(yùn)動時，電阻上沒有電流通過D．振動膜向左運(yùn)動時，振動膜所帶的電荷量增大【答案】B【詳解】AB．振動膜向右運(yùn)動時，根據(jù)C=可知，d減小，電容器的電容增大，根據(jù)C=可知，U不變，C增大，Q增大，則電容器充電，電阻上有從a到b的電流，故A錯誤，B正確；CD．同理，當(dāng)振動膜向左運(yùn)動時，d增大，電容器的電容C減小，電容器所帶電荷量Q減小，電阻上有從b到a的電流，故CD錯誤。故選B。10．如圖所示為研究電容器充，放電的實(shí)驗(yàn)電路圖，S為單刀雙擲開關(guān)，電容器與靈敏電流計和電阻R0串聯(lián)。實(shí)驗(yàn)時，先將開關(guān)S擲向1端，經(jīng)過一段時間后，再把開關(guān)S擲向2端。開關(guān)S擲向2端后極短時間內(nèi)，下列說法正確的是（）A．電容器充電，通過靈敏電流計的電流方向?yàn)閍→bB．電容器充電，通過靈敏電流計的電流方向?yàn)閎→aC．電容器放電，通過靈敏電流計的電流方向?yàn)閍→bD．電容器放電，通過靈敏電流計的電流方向?yàn)閎→a【答案】D【詳解】開關(guān)S擲向2端后極短時間內(nèi)，電容器放電，因?yàn)橛覙O板帶負(fù)電，所以通過靈敏電流計的電流方向?yàn)閎→a。故選D。11．某同學(xué)用如圖甲所示的電路研究電容器的充電放電。電路圖中定值電阻的阻值為R，電源內(nèi)阻不計，先將開關(guān)S合向1，待電路穩(wěn)定后再合向2，用電流傳感器得到電容器放電電流隨時間變化規(guī)律如圖乙所示，測得圖線與坐標(biāo)軸所圍面積為S0A．S0ImR B．ImR【答案】A【詳解】設(shè)電容器充電結(jié)束時的電壓為U，開關(guān)接2時電容器開始放電，有I由i?t圖像的面積表示放電的電量，有S聯(lián)立解得C=故選A。二、多選題12．連接好如圖所示的電路后，在t=0時刻，將斷開的單刀雙擲開關(guān)S撥至與1連接，經(jīng)一段時間電路穩(wěn)定后，再把S撥至與2連接。繪制出下列流過電路中P點(diǎn)的電流I隨時間t變化的圖像和電容器兩極板間電勢差UAB隨時間t變化的圖像，其中錯誤A． B．C． D．【答案】ABD【詳解】AB．t=0時，開關(guān)接接線柱1，給電容器充電，該過程通過P點(diǎn)的電流方向向右，為正值，并逐漸減小，一段時間后電流減為零，電路穩(wěn)定，此時開關(guān)接接線柱2，電容器對電阻放電，電流方向向左，為負(fù)值，并逐漸減小，故AB錯誤；CD．t=0時，開關(guān)接接線柱1，給電容器充電，該過程電壓逐漸增大，直至等于電源兩端電壓；一段時間后開關(guān)接2號接線柱，電容器對電阻放電，電壓逐漸減小，但方向未變，故C正確，D錯誤；此題選擇不正確的，故選ABD。13．如圖所示，M、N是平行板電容器的兩個極板，R為滑動變阻器。用絕緣細(xì)線將一帶負(fù)電的小球懸于電容器內(nèi)部。閉合開關(guān)S，給電容器充電后，懸線偏離豎直方向的夾角為θ。下列說法正確的是（）A．保持S閉合，將滑動變阻器的滑片向a端滑動，則θ增大B．保持S閉合，將N板向M板靠近，則θ增大C．?dāng)嚅_S，將N板向M板靠近，則θ增大D．?dāng)嚅_S，將N板向下移動少許，則θ增大【答案】BD【詳解】根據(jù)對小球的受力分析可知，懸線偏離豎直方向的夾角符合tan因此兩極板間的場強(qiáng)越大，θ越大。A．保持S閉合，極板間的電壓大小等于電源電動勢?；瑒幼冏杵鞯幕恢貌粫绊憳O板上的電壓大小，則場強(qiáng)大小不變，θ不變。故A錯誤；B．保持S閉合，極板間電壓不變時，將N板向M板靠近，則板間距離d減小，根據(jù)場強(qiáng)E=Ud可知場強(qiáng)大小增大，則C．?dāng)嚅_S，則極板上的電荷量Q不變，將N板向M板靠近，則根據(jù)C=εS4πkd可得U=極板間的場強(qiáng)E=極板間距離d增大或減小不影響場強(qiáng)大小，其余物理量均不變，則場強(qiáng)大小不變，θ不變。故C錯誤；D．根據(jù)上述分析，斷開S，將N板向下移動少許，則極板間的正對面積S減小，則場強(qiáng)E增大，則θ增大。故D正確。故選BD。14．如圖所示為一個簡化的閃光燈電路，它由直流電源E、電阻箱R1、電阻箱R2和電容器C等組成，電容器先充電后在很短的時間內(nèi)放電，從而達(dá)到閃光的效果。下列說法正確的是（A．開關(guān)S處于位置2時，電容器充電B．電容器充電完成時兩極板間的電壓與電阻箱R1C．若在電容器兩極板間加入云母介質(zhì)，先充滿電再放電，放電過程中通過閃光燈的電荷量變大D．電阻箱R2【答案】BC【詳解】A．開關(guān)S處于位置2時，電容器與電源斷開，與閃光點(diǎn)連接，電容器將放電，故A錯誤；B．電容器的充電電壓由電源電動勢決定，增大電阻箱R1C．若在電容器兩極板間加入云母介質(zhì)，根據(jù)C=εS4πkd可知電容器的電容將增大，在電源電動勢不變的情況下，由Q=CUD．電阻箱R2的阻值越大，根據(jù)I=UR2故選BC。15．如圖所示，電路中A、B為兩塊豎直放置的金屬板，C是一只靜電計，開關(guān)S合上后，靜電計指針張開一定角度，下述做法可使靜電計指針張角增大的是（

）A．使A、B兩板靠近一些 B．使A、B兩板正對面積減小一些C．?dāng)嚅_S后，使A板向左平移一些 D．?dāng)嚅_S后，使A、B正對面積減小一些【答案】CD【詳解】靜電計顯示的是A、B兩極板間的電壓，指針張角越大，表示兩極板間的電壓越大。AB．合上S后，A、B兩板與電源兩極相連，板間電壓等于電源電壓，不變，靜電計指針張角不變，故AB錯誤；CD．?dāng)嚅_S后，根據(jù)C=可知板間距離增大，或正對面積減小，都將使電容器的電容變小，而電容器所帶的電荷量不變，根據(jù)C=可知，板間電壓U增大，從而靜電計指針張角增大。故選CD。三、實(shí)驗(yàn)題16．在“研究影響平行板電容器電容大小的因素”的實(shí)驗(yàn)中，把電容器的兩極板A，B分別與靜電計的金屬球和外殼相連，并使B板接地。先使電容器帶上一定的電荷量，靜電計指針偏轉(zhuǎn)一定的角度（如圖）。(1)實(shí)驗(yàn)中有一步操作是：保持兩極板的間距和正對面積不變，在兩極板間插入有機(jī)玻璃板。在這一步操作中，可看到靜電計指針偏轉(zhuǎn)的角度（填“增大”“減小”或“不變”），這表明平行板電容器的電容隨兩極間電介質(zhì)的的增大而增大。(2)實(shí)驗(yàn)中如果不小心手碰觸了一下B板，靜電計指針偏轉(zhuǎn)的角度將（填“增大”“減小”或“不變”）?！敬鸢浮?1)減小介電常數(shù)(2)不變【詳解】（1）[1][2]實(shí)驗(yàn)會發(fā)現(xiàn)指針的偏角變小，則電容器的電勢差減小，根據(jù)公式Q=CU可得電容增大，表明平行板電容器的電容隨兩極間電介質(zhì)的介電常數(shù)增大而增大。（2）實(shí)驗(yàn)中B板接地，實(shí)驗(yàn)中如果不小心手碰觸了一下B板，則極板間的電荷量不變，則電勢差不變，靜電計指針偏轉(zhuǎn)的角度不變。17．如圖所示是觀察電容器的充、放電現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)裝置。電源輸出電壓恒為8V，S是單刀雙擲開關(guān)，G為靈敏電流計，C(1)當(dāng)開關(guān)S接1時，平行板電容器充電。隨著極板上電荷的增多，電流逐漸（選填“增大”或“減小”）。(2)電容器充電完畢，斷開開關(guān)，此時如圖甲所示電路圖中電容器上極板（填“帶正電”、“帶負(fù)電”或“不帶電”）；(3)開關(guān)S接2時，電容器放電，流經(jīng)G表的電流方向?yàn)椋ㄌ睢跋蜃蟆被颉跋蛴摇保?4)然后將開關(guān)S接2，電容器放電。在放電過程中，電路中的電流大小為i，電容器所帶電荷量為Q，電容器兩極板電勢差為U，電容器的電容為C。下面關(guān)于i、Q、U、C隨時間t的變化的圖像，正確的是_____。A． B．C． D．【答案】(1)減小(2)帶正電(3)向左(4)B【詳解】（1）平行板電容器充電時要與電源相連，故開關(guān)接“1”，剛開始充電時電流較大，隨著極板上電荷的增多，電流逐漸減小。（2）與電源正極相連的極板帶正電，故上極板帶正電。（3）平行板電容器放電時，電流從正極板流向負(fù)極板，故流過G表的電流方向向左。（4）ABC．放電過程中，電容器所帶電荷量逐漸減小，根據(jù)電容定義式C=可知電容器極板間電壓逐漸減小，則放電電流逐漸減小，根據(jù)i=可知Q?t圖像的切線斜率絕對值逐漸減小，故B正確，AC錯誤；D．放電過程中，電容與電容器所帶電荷量和電容器極板間電壓沒有關(guān)系，可知電容器電容保持不變，故D錯誤。故選B。18．如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置可用來探究影響平行板電容器的因素，其中電容器左側(cè)極板A和靜電計外殼接地，電容器右極板B與靜電計金屬球相連。使電容器帶電后與電源斷開。(1)靜電計是測量下列哪一個物理量的儀器。A．電荷量 B．電容 C．電勢差(2)保持兩極板所帶的的電荷量Q不變，極板間的正對面積S不變，讓帶有絕緣手柄的A板向左移動增大兩極板間的距離d，發(fā)現(xiàn)靜電計指針偏角變大，得出的結(jié)論是：在其他條件不變的情況下，平行板電容器的電容C隨兩極板間的距離d的增大而（填“增大”“減小”或“不變”）。(3)改變相關(guān)因素使電容器電容發(fā)生變化，從而可以測量某些物理量，因此可制作電容式傳感器。保持B板不動，將A板左右移動會使靜電計指針的偏角變化。下列傳感器電容變化和此原理相同的是。A． B．C． D．【答案】(1)C(2)減小(3)C【詳解】（1）靜電計是測量電勢差的儀器。故選C。（2）靜電計指針偏角變大，則電壓變大，根據(jù)C=QU可知，電容變小。得出的結(jié)論是：在其他條件不變的情況下，平行板電容器的電容C隨兩極板間的距離（3