2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)分層作業(yè)7了解電容器靜電與新技術(shù)含解析粵教版選修3-1

PAGE7-了解電容器靜電與新技術(shù)(時(shí)間：40分鐘分值：100分)選擇題(本題共8小題，每小題6分)1．電容器是一種常用的電子元件．對電容器相識正確的是()A．電容器的電容與它所帶的電荷量成正比B．電容器的電容與它兩極板間的電壓成正比C．在相同電壓作用下，帶電荷量多的電容器的電容比較大D．電容的常用單位有μF和pF，1μF＝103pFC[電容是表示電容器儲(chǔ)存電荷本事大小的物理量．電容的大小是由電容器本身結(jié)構(gòu)確定的，與兩極板間電壓及電容器所帶電荷量無關(guān)，A、B錯(cuò)誤；由C＝eq\f(Q,U)知，U肯定時(shí)，Q越大的電容器，C越大，C正確；單位μF與pF的換算關(guān)系為1μF＝106pF，D錯(cuò)誤．]2．常用的電容器，從構(gòu)造上看，可以分為固定電容器和可變電容器兩類．如圖甲、乙為兩種電容器的實(shí)物圖片，依據(jù)圖中的相關(guān)信息，下列推斷中正確的是()甲乙A.圖中甲為可變電容器，它是通過變更極板間的距離來變更電容器的電容的B．在不變更其他條件下，將甲電容器浸入煤油中，其電容不發(fā)生變更C．依據(jù)圖乙中電容器外殼上標(biāo)的數(shù)據(jù)可知，電壓超過5.5V時(shí)乙電容器就會(huì)被擊穿D．依據(jù)圖乙中電容器外殼上標(biāo)的數(shù)據(jù)可知，乙電容器接5.5V電壓時(shí)，儲(chǔ)存的電量為5.5CD[依據(jù)電容的確定式C＝eq\f(εS,4πkd)，知C與板間距離d、極板正對面積和電介質(zhì)有關(guān)，由圖知板間距離d和電介質(zhì)沒有變更，可知此可變電容器是利用變更正對面積來變更電容的，故A錯(cuò)誤；將甲電容器浸入煤油中，其電容電介質(zhì)發(fā)生變更，電容變更，故B錯(cuò)誤；電容器外殼上標(biāo)的電壓是額定電壓，依據(jù)Q＝CU知Q＝1.0×5.5C＝5.5C，故C錯(cuò)誤，D正確．]3．最近，一則“女子自助加油靜電起火點(diǎn)燃油槍”的視頻被微信瘋轉(zhuǎn)！有關(guān)加油時(shí)靜電起火，下列說法正確的是()A．加油時(shí)可以通過整理衣服導(dǎo)走靜電B．通過加油機(jī)接地的金屬面板進(jìn)行操作，不會(huì)導(dǎo)走身上的靜電C．加油前可以先通過洗手以清除靜電D．衣服上的靜電產(chǎn)生方式屬于接觸起電C[加油時(shí)整理衣服，衣服與空氣產(chǎn)生摩擦，不僅不會(huì)導(dǎo)走靜電，還會(huì)產(chǎn)生更多的靜電，故A錯(cuò)誤；通過加油機(jī)接地的金屬面板進(jìn)行操作，會(huì)導(dǎo)走身上的靜電，故B錯(cuò)誤；加油前可以先通過洗手消退靜電，同時(shí)手比較潮濕，也不會(huì)產(chǎn)生靜電，故C正確；衣服上的靜電產(chǎn)生方式屬于摩擦起電，故D錯(cuò)誤．]4．(多選)如圖所示，平行板電容器和恒定直流電源相連，箭頭表示電流方向．下列說法正確的有()A．電容器正在充電B．電容器正在放電C．電容器兩板間距離肯定正在變大D．電容器兩板間距離可能正在變小AD[平行板電容器和恒定直流電源相連，電容器兩端電壓不變，箭頭表示電流方向，則電容器正在充電，故A正確，B錯(cuò)誤；電容器正在充電，電容器兩板所帶電荷量增大，電容器的電容增大，所以電容器兩板間距離可能正在變小，故D正確，C錯(cuò)誤．]5．一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，Ep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的過程中，下列關(guān)于各物理量與負(fù)極板移動(dòng)距離x的關(guān)系圖象中正確的是()C[電容器的電容C＝eq\f(εS,4πkd)，兩板間距隨負(fù)極板向右平移而漸漸減小，電容C與d成反比，A錯(cuò)誤；電容器與電源斷開后，電荷量不變，依據(jù)E＝eq\f(U,d)，U＝eq\f(Q,C)，C＝eq\f(εS,4πkd)，可知E＝eq\f(4πkQ,εS)保持不變，B錯(cuò)誤；負(fù)極板接地，電勢為零，P點(diǎn)的電勢φ等于P點(diǎn)到負(fù)極板的電勢差，即φ＝El，E不變，l減小，φ線性減小，C正確；由Ep＝qφ可知，Ep隨φ的變更而變更，即Ep隨l的變更而變更，D錯(cuò)誤．]6．一充電后的平行板電容器保持兩極板的正對面積、間距和電荷量不變，在兩極板間插入一電介質(zhì)，其電容C和兩極板間的電勢差U的變更狀況是()A．C和U均增大 B．C增大，U減小C．C減小，U增大 D．C和U均減小B[由平行板電容器電容確定式C＝eq\f(εrS,4πkd)知，當(dāng)插入電介質(zhì)后，εr變大，則在S、d不變的狀況下，C增大；由電容定義式C＝eq\f(Q,U)得U＝eq\f(Q,C)，又電荷量Q不變，故兩極板間的電勢差U減小，選項(xiàng)B正確．]7．(多選)如圖所示，平行板電容器與直流電源連接，上極板接地．一帶負(fù)電的油滴位于容器中的P點(diǎn)且處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)將下極板豎直向下緩慢地移動(dòng)一小段距離，則()A．帶電油滴將豎直向下運(yùn)動(dòng)B．帶電油滴的機(jī)械能將增加C．P點(diǎn)的電勢將上升D．電容器的電容增加，極板帶電量增加AC[下極板豎直向下緩慢地移動(dòng)一小段距離，d增加，依據(jù)公式C＝eq\f(εrS,4πkd)可得電容器電容減小，因?yàn)閮蓸O板和電源相連，所以電壓不變，依據(jù)公式C＝eq\f(Q,U)可得電荷量減小，D錯(cuò)誤；依據(jù)公式E＝eq\f(U,d)可得兩極板間的電場強(qiáng)度減小，所以受到的電場力減小，故重力大于電場力，所以帶電油滴將向下運(yùn)動(dòng)，A正確；因?yàn)樯蠘O板接地，電勢為零，而U＝Ed，P到上極板的電勢差減小，因?yàn)槭秦?fù)電勢差，所以P點(diǎn)的電勢增大，C正確；因?yàn)橄蛳逻\(yùn)動(dòng)過程中電場力做負(fù)功，須要克服電場力做功，機(jī)械能減小，故B錯(cuò)誤．]8.如圖所示，平行板電容器的兩極板豎直放置并分別與電源的正負(fù)極相連，一帶電小球經(jīng)絕緣輕繩懸掛于兩極板之間，處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)保持右極板不動(dòng)，將左極板向左緩慢移動(dòng)．關(guān)于小球所受的電場力大小F和繩子的拉力大小T，下列推斷正確的是()A．F漸漸增大，T漸漸減小B．F漸漸減小，T漸漸減小C．F漸漸減小，T漸漸增大D．F漸漸增大，T漸漸增大B[電容器與電源相連，所以兩端間電勢差不變，將左極板向左緩慢移動(dòng)過程中，兩板間距離增大，則由U＝Ed可知，電場強(qiáng)度E減?。浑妶隽＝Eq減??；小球處于平衡狀態(tài)，受重力、拉力與電場力的作用而處于平衡，故拉力與電場力和重力的合力大小相等，方向相反；依據(jù)平行四邊形定則可知，T＝eq\r(F2＋（mg）2)；由于重力不變，電場力變小，故拉力變小，B正確．]一、選擇題(本題共4小題，每小題6分)1．如圖所示是一只利用電容器的電容(C)測量角度(θ)的電容式傳感器的示意圖．當(dāng)動(dòng)片和定片之間的角度(θ)發(fā)生變更時(shí)，電容(C)便發(fā)生變更，于是通過電容(C)的變更狀況就可以知道角度(θ)的變更狀況．下圖所示的圖象中，最能正確反映角度(θ)與電容(C)之間關(guān)系的是()ABCDB[兩極板正對面積S＝eq\f(1,2)(π－θ)R2，則S∝(π－θ)，又因?yàn)镃∝S，所以C∝(π－θ)，令C＝k(π－θ)，則θ＝π－eq\f(C,k)(k為常數(shù))，故B正確．]2．基于人的指紋具有唯一性和終身不變性的特點(diǎn)，科學(xué)家們獨(dú)創(chuàng)了指紋識別技術(shù)．目前很多國產(chǎn)手機(jī)都有指紋解鎖功能，常用的指紋識別傳感器是電容式傳感器，如圖所示．指紋的凸起部分叫做“嵴”，凹下部分叫做“峪”，傳感器上有大量面積相同的小極板，當(dāng)手指貼在傳感器上時(shí)，這些小極板和與之正對的皮膚表面就形成了大量的小電容器，由于距離不同，所以這些小電容器的電容不同．此時(shí)傳感器給全部的小電容器充電達(dá)到某一電壓值，然后起先放電，其中電容值較小的小電容器放電較快，于是依據(jù)放電快慢的不同，就可以探測到嵴和峪的位置，從而形成指紋的圖象數(shù)據(jù)．依據(jù)以上信息，下列說法中正確的是()A．在峪處形成的小電容器電容較大B．在峪處形成的小電容器放電較慢C．在嵴處形成的小電容器充電后帶電量較大D．潮濕的手指對指紋識別沒有任何影響C[依據(jù)電容的計(jì)算公式C＝eq\f(εrS,4πkd)可得，極板與指紋峪(凹下部分)距離d大，構(gòu)成的電容器電容小，故A錯(cuò)誤；由于外接電源為全部電容器充到一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)好的電壓值，所以全部的電容器電壓肯定，依據(jù)Q＝CU＝eq\f(εS,4πkd)U可知，極板與指紋峪(凹的部分，d大，電容小)構(gòu)成的電容器充上的電荷較少，在放電過程中放電時(shí)間短；反之，在嵴處形成的電容器電容大，電荷量大，放電時(shí)間長，故B錯(cuò)誤，C正確；濕的手與傳感器之間有水填充，變更了原來匹配成平行板電容器的電容，所以會(huì)影響指紋解鎖，故D錯(cuò)誤．]3．某電容器充電后的電壓為8V，然后利用傳感器得到放電時(shí)電路中電流隨時(shí)間變更的I-t曲線(如圖).則放電過程中()A．電容器儲(chǔ)存的電能不變B．電路中的電流不變C．電容器兩極板間的電壓不變D．電容器的電容不變D[放電過程是儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，故電能減小，故A錯(cuò)誤；由圖象可知，放電過程，電流隨時(shí)間漸漸減小，故B錯(cuò)誤；在放電的過程中，電荷量減小，依據(jù)C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(ΔQ,ΔU)知，電容不變，則電壓漸漸減小，故C錯(cuò)誤；電容器的電容是表征儲(chǔ)存電荷本事的物理量，與帶不帶電無關(guān)，故電容器的電容不變，故D正確．]4．如圖所示，平行板電容器兩極板M、N相距d，兩極板分別與電壓為U的恒壓電源兩極連接，極板M帶正電．現(xiàn)有一質(zhì)量為m的帶電油滴在極板中心處于靜止?fàn)顟B(tài)，且此時(shí)隨意一個(gè)極板所帶的電荷量的肯定值與油滴所帶的電荷量的肯定值的比值為k，則()A．油滴帶正電B．油滴所帶的電荷量為eq\f(mg,Ud)C．電容器的電容為eq\f(kmgd,U2)D．將極板N向下緩慢移動(dòng)一小段距離，油滴將向上運(yùn)動(dòng)C[由題知，油滴靜止不動(dòng)，則油滴受到豎直向上的電場力作用，平行板電容器極板間電場強(qiáng)度方向豎直向下，故油滴帶負(fù)電，A錯(cuò)誤；設(shè)油滴所帶電荷量為q，由平衡條件得mg＝qeq\f(U,d)，則油滴所帶的電荷量q＝eq\f(mgd,U)，B錯(cuò)誤；一個(gè)極板所帶的電荷量肯定值Q＝kq＝keq\f(mgd,U)，電容器的電容C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(kmgd,U2)，C正確；電源電壓不變，將極板N向下緩慢移動(dòng)一小段距離，兩極板間電場強(qiáng)度減小，油滴所受電場力減小，則油滴將向下做加速運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤．]二、非選擇題(28分)5.(14分)如圖所示，平行板電容器的兩個(gè)極板A、B分別接在電壓為60V的恒壓電源上，兩極板間距為3cm，電容器帶電荷量為6×10－8C，(1)平行板電容器的電容；(2)平行板電容器兩板之間的電場強(qiáng)度；(3)距B板為2cm的C點(diǎn)處的電勢．[解析](1)由電容定義式C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(6×10－8,60)F＝1×10－9F.(2)兩板之間為勻強(qiáng)電場E＝eq\f(U,d)＝eq\f(60,3×10－2)V/m＝2×103V/m，方向豎直向下．(3)C點(diǎn)距A板間距離為dAC＝d－dBC＝1cmA與C間電勢差UAC＝EdAC＝20V又UAC＝φA－φC，φA＝0可得φC＝－20V.[答案](1)1×10－9F(2)2×103V/m，方向豎直向下(3)－206．(14分)如圖所示，一平行板電容器的兩個(gè)極板豎直放置，在兩極板間有一帶電小球，小球用一絕緣輕線懸掛于O點(diǎn)，現(xiàn)給電容器緩慢充電，使兩極板所帶電荷量分別為＋Q和－Q，此時(shí)懸線與豎直方向的夾角為π/6.再給電容器緩慢充電，直到懸線和豎直方向的夾角增加到π/3，且小球與兩極板不接觸．求其次次充電使電容器正極板增加的電荷量．[解析]設(shè)電容器電容為C，第一次充電后兩極板之間的電壓為U＝eq\f(Q,C) ①兩極板之間電場的場強(qiáng)為E＝eq\f(U,d) ②式中d為兩極板間的距離．按題意，當(dāng)小球偏轉(zhuǎn)角θ