專題6-電容器動(dòng)態(tài)變化模型-高考物理電場常用模型(解析版)

2023年高考物理靜電場常用物理模型最新模擬題精練專題6.電容器動(dòng)態(tài)變化模型一．選擇題1.（2022年9月遼寧省朝陽市凌源市質(zhì)檢）如圖所示，電動(dòng)勢為、內(nèi)阻不計(jì)的直流電源與平行板電容器連接，電容器下極板接地，帶負(fù)電油滴被固定于電容器中的點(diǎn)，靜電計(jì)所帶電量可被忽略。下列判斷正確的是（）

A.若開關(guān)K閉合且將下極板豎直向上移動(dòng)一小段距離后，則靜電計(jì)指針張角不變，平行板電容器的電容值將變大B.若開關(guān)K閉合且將下極板豎直向上移動(dòng)一小段距離后，則電容器電壓不變，帶電油滴的電勢能不變C.若開關(guān)K閉合一段時(shí)間后斷開，再將下極板向下移動(dòng)一小段距離，則電容器中場強(qiáng)變小D.若開關(guān)K閉合一段時(shí)間后斷開，再將下極板向下移動(dòng)一小段距離，則帶電油滴所受電場力不變【參考答案】AD【名師解析】若開關(guān)K閉合且將下極板豎直向上移動(dòng)一小段距離后，根據(jù)平行板電容器的決定式，可知平行板電容器的電容值將變大。由于直流電源與平行板電容器連接，平行板電容器的電壓不變，而靜電計(jì)測量的是平行板電容器的電壓，所以靜電計(jì)指針張角不變，選項(xiàng)A正確；若開關(guān)K閉合且將下極板豎直向上移動(dòng)一小段距離后，則電容器電壓不變，由于下極板接地電勢為零，所以帶電油滴的電勢能增大，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若開關(guān)K閉合一段時(shí)間后斷開，電容器極板帶電荷量不變，再將下極板向下移動(dòng)一小段距離，電容器極板之間的電場強(qiáng)度不變，帶電油滴所受電場力不變，選項(xiàng)C錯(cuò)誤D正確。2.(2021廣東潮州第一次質(zhì)檢)如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置可用來探究影響平行板電容器電容的因素，其中電容器左側(cè)極板B和靜電計(jì)外殼均接地，電容器右側(cè)極板A與靜電計(jì)金屬球相連，使電容器帶電后與電源斷開，下列操作能使靜電計(jì)的指針張角變大的是A．減小A板與B板之間的水平距離B．將橡膠棒插入A板與B板之間C．A板位置不動(dòng)，將B板稍微豎直向下平移D．將A板也接地【參考答案】.C【命題意圖】本題考查探究影響平行板電容器電容的因素實(shí)驗(yàn)及其相關(guān)知識點(diǎn)?！窘忸}思路】電容器帶電后與電源斷開，電容器極板帶電荷量不變，減小A板與B板之間的水平距離，電場強(qiáng)度不變，由U=Ed可知兩極板之間的電勢差減小，靜電計(jì)的指針張角變小，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；將橡膠棒插入A板與B板之間，電容器電容C增大，由C=Q/U可知，U減小，靜電計(jì)的指針張角變小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；A板位置不動(dòng)，將B板稍微豎直向下平移，電容器電容C減小，由C=Q/U可知，U增大，靜電計(jì)的指針張角變大，選項(xiàng)C正確；將A板也接地，兩極板電壓為零，靜電計(jì)的指針張角為零，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3.（2020江蘇模擬2）如圖所示，一平行板電容器的電容為C，所接電源的電動(dòng)勢為E，兩板間a、b、c三點(diǎn)的連線構(gòu)成一等腰直角三角形．三角形的兩直角邊長均為L，其中ab邊與兩板平行，當(dāng)一個(gè)－q的檢驗(yàn)電荷從無限遠(yuǎn)處被移到極板間的a點(diǎn)時(shí)，電場力做的功為W.下列說法中正確的是()A.電容器所帶電荷量為CEB.檢驗(yàn)電荷在a點(diǎn)的電勢能WC.檢驗(yàn)電荷在a點(diǎn)的電勢為eq\f(W,q)D.若增大兩板間距離時(shí)，a、c兩點(diǎn)間電勢差不變【參考答案】AC【名師解析】根據(jù)電容器的電壓、電荷量和電容的關(guān)系可知，電荷量Q＝CE，A正確；－q的檢驗(yàn)電荷從電場的無限遠(yuǎn)處被移到a點(diǎn)時(shí)，電場力做的功為W，則電荷的電勢能減小W，在無限處電荷的電勢能為零，則電荷在a點(diǎn)的電勢能為Ep＝－W，B錯(cuò)誤；a點(diǎn)的電勢φa＝eq\f(Ep,－q)＝eq\f(W,q)，C正確；設(shè)兩極板M、N間距離為d，三角形的兩直角邊長為L，a、c間的電勢差為Uac＝eq\f(E,d)Lsin45°＝eq\f(\r(2)EL,2d)，增大兩板間距離時(shí)，a、c兩點(diǎn)間的電勢差變小，故D錯(cuò)誤．4、（2020高考精優(yōu)預(yù)測卷）如圖所示的電路中，和為兩個(gè)水平放置的平行板電容器，板間有一點(diǎn)，閉合開關(guān)，待電路穩(wěn)定后將開關(guān)斷開。現(xiàn)將一有機(jī)玻璃板(圖中未畫出)插入板間，則下列說法正確的是()A、平行板電容器的電容減小 B.點(diǎn)電勢降低

C.兩板間的電場強(qiáng)度增大 D.電阻中有向右的電流【參考答案】B【名師解析】：將玻璃板插入CD板間，則相對介電常數(shù)ε增大，其他條件不變，由可知，CD平行板電容器的電容增大，故A錯(cuò)誤；電容器兩板間電壓：，斷開開關(guān)后，兩電容器總電荷量不變，由于CD電容器的電容增大，依據(jù)可知，電容器兩板間電勢差均變小，由可知，AB板間電場強(qiáng)度變小，則P點(diǎn)與B板間的電勢差變小，因?yàn)锽板接地電勢始終為零，則P點(diǎn)電勢降低，故B正確，C錯(cuò)誤；由于插入玻璃板的過程中，電容器兩板間電勢差變小，則AB電容器放電，電阻R中有向左的電流，故D錯(cuò)誤。5.如圖所示，平行板電容器與電動(dòng)勢為E的直流電源(內(nèi)阻不計(jì))連接，下極板接地，靜電計(jì)所帶電荷量很少，可被忽略，一帶負(fù)電的油滴被固定于電容器中的P點(diǎn)，現(xiàn)將平行板電容器的上極板豎直向下平移一小段距離，則下列說法正確的是()A．平行板電容器的電容將減小B．帶電油滴的電勢能將減少C．靜電計(jì)指針的張角變小D．若將上極板與電源正極斷開后，再將下極板左移一小段距離，則帶電油滴所受的電場力不變【參考答案】B【名師解析】由C＝eq\f(εrS,4πkd)知，將平行板電容器的上極板豎直向下平移一小段距離，d減小，C增大，A錯(cuò)誤；U不變，靜電計(jì)指針的張角不變，C錯(cuò)誤；由E＝eq\f(U,d)知，E增大，則P點(diǎn)與負(fù)極板間的電勢差增大，P點(diǎn)的電勢升高，Ep＝φq，又油滴帶負(fù)電，則帶電油滴的電勢能將減少，B正確；若將上極板與電源正極的導(dǎo)線斷開后再將下極板左移一小段距離，Q不變，由C＝eq\f(εrS,4πkd)知，S減小，C減小，由U＝eq\f(Q,C)得，電壓U增大，場強(qiáng)E＝eq\f(U,d)增大，帶電油滴所受的電場力增大，D錯(cuò)誤．6.研究與平行板電容器電容有關(guān)因素的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。下列說法正確的是A．實(shí)驗(yàn)前，只用帶電玻璃棒與電容器a板接觸，能使電容器帶電B．實(shí)驗(yàn)中，只將電容器b板向上平移，靜電計(jì)指針的張角變小C．實(shí)驗(yàn)中，只在極板間插入有機(jī)玻璃板，靜電計(jì)指針的張角變大D．實(shí)驗(yàn)中，只增加極板帶電量，靜電計(jì)指針的張角變大，表明電容增大【參考答案】A【名師解析】實(shí)驗(yàn)前，只用帶電玻璃棒與a板接觸，能使電容器a板帶電，b板上由于靜電感應(yīng)會帶上異種電荷，A正確；只將b板向上平移，電容器兩極板正對面積S變小，由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知C變小，且Q不變，由U＝eq\f(Q,C)可知，U變大，靜電計(jì)指針張角變大，B錯(cuò)誤；只在極板間插入有機(jī)玻璃板，εr變大，由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，C變大，且Q不變，由U＝eq\f(Q,C)可知，U變小，靜電計(jì)指針張角變小，C錯(cuò)誤；增加極板帶電荷量、靜電計(jì)指針張角變大，說明電壓U變大，由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，電容大小與極板帶電荷量無關(guān)，故D錯(cuò)誤。7.在如圖所示電路中，A、B是構(gòu)成平行板電容器的兩金屬極板，P為其中的一個(gè)定點(diǎn)，將開關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定后將A板向上平移一小段距離，則下列說法正確的是A．電容器的電容增加B．在A板上移過程中，電阻R中有向上的電流C．A、B兩板間的電場強(qiáng)度增大D．P點(diǎn)電勢升高【參考答案】B【名師解析】根據(jù)C＝eq\f(εrS,4πkd)知，當(dāng)A板向上平移一小段距離，間距d增大，其他條件不變，則導(dǎo)致電容變小，故A錯(cuò)誤；在A板上移過程中，電容減小，由于極板電壓不變，則極板帶電荷量減小，因此電容器處于放電狀態(tài)，電阻R中有向上的電流，故B正確；根據(jù)E＝eq\f(U,d)與C＝eq\f(εrS,4πkd)相結(jié)合可得E＝eq\f(4πkQ,εrS)，由于電荷量減小，場強(qiáng)大小變小，故C錯(cuò)誤；因場強(qiáng)變小，導(dǎo)致P點(diǎn)與B板的電勢差減小，因B板接地，電勢為零，即P點(diǎn)電勢降低，故D錯(cuò)誤。8．（6分）（2023山東濰坊聯(lián)考）如圖所示，水平金屬板A、B分別與電源兩極相連，帶電油滴處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)將B板右端向下移動(dòng)一小段距離，兩金屬板表面仍均為等勢面，則該油滴（）A．仍然保持靜止 B．豎直向下運(yùn)動(dòng) C．向左下方運(yùn)動(dòng) D．向右下方運(yùn)動(dòng)【參考答案】D【名師解析】B板右端向下移動(dòng)一小段距離，兩板間的平均距離增大，根據(jù)E＝可知液滴所在處電場強(qiáng)度減小，油滴豎直方向?qū)⑾蛳逻\(yùn)動(dòng)；由于兩金屬板表面仍均為等勢面，電場線應(yīng)該與等勢面垂直，所以油滴靠近B板時(shí)，電場線方向斜向右上方，如圖所示，故水平方向油滴向右運(yùn)動(dòng)；所以油滴向右下方運(yùn)動(dòng)，故D正確、ABC錯(cuò)誤?！痉椒w納】B板右端向下移動(dòng)一小段距離，兩板間的平均距離增大，分析電場強(qiáng)度的變化；油滴靠近B板時(shí)，電場線方向斜向右上方，由此分析豎直方向和水平方向的運(yùn)動(dòng)情況即可。9一平行板電容器充電后與電源斷開，負(fù)極板接地，兩板間有一個(gè)正檢驗(yàn)電荷固定在P點(diǎn)，如圖所示，以C表示電容器的電容、E表示兩板間的場強(qiáng)、φ表示P點(diǎn)的電勢，W表示正電荷在P點(diǎn)的電勢能，若正極板保持不動(dòng)，將負(fù)極板緩慢向右平移一小段距離l0，則下列關(guān)于各物理量與負(fù)極板移動(dòng)距離x的關(guān)系圖像中正確的是()【參考答案】.C【名師解析】由C＝eq\f(εrS,4πkd)知，C與兩極板間距離d成反比，C與x不是線性關(guān)系，選項(xiàng)A錯(cuò)；電容器充電后與電源斷開，電荷量不變，由C＝eq\f(εrS,4πkd)、Q＝CU、U＝Ed得E＝eq\f(4πkQ,εrS)是定值，選項(xiàng)B錯(cuò)；因負(fù)極板接地，電勢為零，所以P點(diǎn)電勢為φ＝E(L－x)，L為P點(diǎn)到負(fù)極板的初始距離，E不變，φ隨x增大而線性減小，選項(xiàng)C正確；由W＝qφ知W與電勢φ變化情況一樣，選項(xiàng)D錯(cuò)。10.一平行板電容器兩板之間的距離d和兩板正對面積S都可以調(diào)節(jié)，電容器充電后與電源斷開，以U表示電容器兩極板間電壓，E表示兩極板間的電場強(qiáng)度，則()A．當(dāng)S減小、d增大時(shí)，U增大、E增大B．當(dāng)S增大、d不變時(shí)，U減小、E不變C．當(dāng)d減小、S減小時(shí)，U增大，E增大D．當(dāng)d增大、S不變時(shí)，U增大、E減小【參考答案】．A【名師解析】電容器充電后與電源斷開，可知電容器的電荷量Q不變，由C＝eq\f(εrS,4πkd)知，當(dāng)S減小、d增大時(shí)，C減小，由Q＝CU知U＝eq\f(Q,C)增大，由E＝eq\f(U,d)＝eq\f(Q,Cd)＝eq\f(4πkQ,εrS)知E增大，A正確；同理當(dāng)S增大、d不變時(shí)，C增大，U減小，E減小，B錯(cuò)誤；當(dāng)d減小、S減小時(shí)，無法確定C、U、E的變化情況，C錯(cuò)誤；當(dāng)d增大、S不變時(shí)，C減小，U增大，E不變，D錯(cuò)誤。11．如圖所示，平行板電容器兩板間有一帶電小球(可視為質(zhì)點(diǎn))，當(dāng)電容器的電荷量為Q1(A板帶正電)時(shí)，小球恰好靜止在P點(diǎn)，當(dāng)電容器的電荷量突增到Q2時(shí)，帶電小球開始向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)時(shí)間t，使A板帶負(fù)電，B板帶正電，電荷量仍為Q2，則再經(jīng)時(shí)間t帶電小球剛好回到P點(diǎn)，不計(jì)一切阻力，小球運(yùn)動(dòng)中沒與極板相碰，則()A．Q2＝2Q1 B．Q2＝3Q1C．Q2＝4Q1 D．Q2＝5Q1【參考答案】．A【名師解析】因小球靜止，所以有mg＝qeq\f(U1,d)，只改變電容器兩極板的電荷量時(shí)有ma1＝qeq\f(U2,d)－mg，再改變電容器兩極板的電性有ma2＝qeq\f(U2,d)＋mg，而兩段相等時(shí)間內(nèi)位移滿足eq\f(1,2)a1t2＝－(a1t·t－eq\f(1,2)a2t2)，聯(lián)立得U2＝2U1，又因Q＝CU，所以Q2＝2Q1，A正確。12．平行板電容器的兩板A、B接于電池兩極，一個(gè)帶正電小球用絕緣細(xì)線懸掛在電容器內(nèi)部，閉合開關(guān)S，電容器充電，這時(shí)懸線偏離豎直方向夾角為θ，如圖所示，那么()A．保持開關(guān)S閉合，將A板稍向B板靠近，則θ增大B．保持開關(guān)S閉合，將A板稍向上移，則θ減小C．開關(guān)S斷開，將A板稍向B板靠近，則θ不變D．開關(guān)S斷開，將A板稍向上移，則θ減小【參考答案】．AC【名師解析】保持開關(guān)S閉合，電容器兩極板間的電勢差不變，A板向B板靠近，極板間距離減小，根據(jù)E＝eq\f(U,d)知，電場強(qiáng)度E增大，小球所受的電場力變大，θ增大，故A正確；保持開關(guān)S閉合，僅將A板沿極板方向上移少許，電容器兩極板間的電勢差不變，板間距離也不變，則板間場強(qiáng)不變，小球所受的電場力不變，θ不變，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；斷開開關(guān)S，電容器所帶的電荷量不變，根據(jù)E＝eq\f(U,d)、C＝eq\f(Q,U)、C＝eq\f(εrS,4πkd)聯(lián)立得，E＝eq\f(4πkQ,εrS)，則d變化，E不變，電場力不變，θ不變，故C正確，D錯(cuò)誤。13．如圖所示，兩平行金屬板豎直放置且B板接地，其間有用絕緣細(xì)線懸掛的帶電小球，當(dāng)給兩金屬板充電Q后，懸線與豎直方向夾角為θ＝eq\f(π,3)，因電離作用，兩金屬板的電荷量緩慢減小(小球電荷量假設(shè)不變)，以致懸線與豎直方向間的夾角逐漸減小，則在夾角減少到eq\f(π,6)的過程中，下列說法正確的是()A．細(xì)線拉力逐漸增大B．細(xì)線拉力大小不變C．電容器兩極板減小的電荷量為eq\f(Q,2)D．電容器兩極板減小的電荷量為eq\f(2Q,3)【參考答案】．D【名師解析】小球受到重力mg、細(xì)線的拉力FT和水平向右的電場力F的作用而處于動(dòng)態(tài)平衡(如圖所示)，由FT＝eq\f(mg,cosθ)可知，θ減小，F(xiàn)T也減小，A、B錯(cuò)誤；令兩極板間距離為d，電容器的電容為C，由圖知tanθ1＝eq\f(F,mg)＝eq\f(qQ,mgCd)，令減小的電荷量為ΔQ，同理可得tanθ2＝eq\f(q（Q－ΔQ）,mgCd)，聯(lián)立解得ΔQ＝eq\f(2,3)Q，C錯(cuò)誤，D正確。14.如圖所示，平行板電容器兩極板水平放置，電容為C，開始時(shí)開關(guān)閉合，電容器與一直流電源相連，極板間電壓為U，兩極板間距為d，電容器儲存的能量。一電荷量為-q的帶電油滴，以初動(dòng)能Ek0從平行板電容器的兩個(gè)極板中央水平射入（極板足夠長），帶電油滴恰能沿圖中所示水平虛線勻速通過電容器，則A．保持開關(guān)閉合，僅將上極板下移，帶電油滴仍能沿水平線運(yùn)動(dòng)B．保持開關(guān)閉合，僅將上極板下移，帶電油滴將撞擊上極板，撞擊上極板時(shí)的動(dòng)能為C．?dāng)嚅_開關(guān)，僅將上極板上移，帶電油滴將撞擊下極板，撞擊下極板時(shí)的動(dòng)能為D．?dāng)嚅_開關(guān)，僅將上極板上移，若不考慮電容器極板的重力勢能變化，外力對極板做功至少為【參考答案】BD【名師解析】保持開關(guān)閉合，開始時(shí)帶電油滴沿直線勻速通過電容器，則：保持開關(guān)閉合，僅將上極板下移，則向上的電場力大于重力，故帶電油滴向上運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；到達(dá)上極板時(shí)動(dòng)能為，則根據(jù)動(dòng)能定理：，以上兩個(gè)方程式聯(lián)立可以得到到達(dá)上極板的動(dòng)能為：，故選項(xiàng)B正確；斷開開關(guān)，電量不變，當(dāng)兩極板間距離發(fā)生變化的時(shí)候，場強(qiáng)不變，即電場力不變，故粒子仍沿直線運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；斷開開關(guān)，僅將上極板上移，則兩板之間距離為，則，，則整理可以得到：，根據(jù)和，整理可以得到：，則上移之后電容器儲存的能量為：，所以增加的能量為：，故外力對極板做功至少為，故選項(xiàng)D正確?？键c(diǎn)：電容器、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動(dòng)【名師點(diǎn)睛】本題考查了帶電微粒在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)，得出合力的方向以及極板間距離變化后電場力和重力的關(guān)系是解決本題的關(guān)鍵。15.如圖所示，A、B為平行板電容器的金屬板，G為靜電計(jì)．開始時(shí)開關(guān)S閉合，靜電計(jì)指針張開一定角度．下列操作可使指針張開角度增大一些的是（）A．保持開關(guān)S閉合，將R上的滑片向右移動(dòng)B．?dāng)嚅_開關(guān)S后，將A、B兩極板分開一些C．?dāng)嚅_開關(guān)S后，將A、B兩極板的正對面積減小一些D．保持開關(guān)S閉合，將A、B兩極板分開一些【參考答案】BC【名師解析】保持開關(guān)S閉合，電容器兩極板的電勢差不變，等于電源電動(dòng)勢，靜電計(jì)指針張開的角度不變，選項(xiàng)AD錯(cuò)誤。斷開開關(guān)S后，電容器極板上帶電量Q不變。將A、B兩極板分開一些，極板之間的電場強(qiáng)度不變，電勢差增大，靜電計(jì)指針張開的角度增大，選項(xiàng)B正確。斷開開關(guān)S后，將A、B兩極板的正對面積減小一些，電容器的電容減小，由C=Q/U可知，電勢差增大，靜電計(jì)指針張開的角