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- 2021-05-25 发布
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第一章 8
[练案8]
基础夯实
一、选择题(1~3题为单选题,4~6题为多选题)
1.(2019·陕西省南郑中学高二上学期期中)下列关于电容器和电容的说法中,不正确的是( A )
A.根据C=可知,电容器的电容与其所带电荷量成正比,跟两板间的电压成反比
B.对于确定的电容器,其所带的电荷量与两板间的电压(小于击穿电压且不为零)成正比
C.无论电容器的电压如何变化(小于击穿电压且不为零),它所带的电荷量与电压比值恒定不变
D.电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,其大小与加在两板上的电压无关
解析:电容的定义式C=是比值法定义,反映电容器本身的性质,C与U、Q无关,不能说电容与其所带电荷量成正比,跟两板间的电压成反比,故A错误;对于确定的电容器,C一定,由Q=CU知,Q与U成正比,故B正确;电容器所带的电荷量与电压比值等于电容,电容与电荷量、电压无关,所以无论电容器的电压如何变化(小于击穿电压且不为零),它所带的电荷量与电压比值恒定不变,故C正确;电容器的电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,由电容器本身决定,与板间电压无关,故D正确。
2.传感器是自动控制设备中不可缺少的元件,已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输以及家庭生活等各种领域。如图所示为几种电容式传感器,其中通过改变电容器两极板间距离而引起电容变化的是( C )
解析:A选项改变的是介质,B、D选项改变的是正对面积,C选项改变的是两板间的距离,故C正确。
3.一个电容器带电量为Q时,两极板间的电压为U,若使其带电量增加4×10-7C,电势差增加20 V,则它的电容是( B )
A.1×10-8 F B.2×10-8 F
C.4×10-8 F D.8×10-8 F
解析:已知电容器电量的增加量ΔQ=4×10-7 C,板间电压的增加量ΔU=20
V,则电容为C== F=2×10-8 F,故选B。
4.(多选)如图是描述对给定的电容器充电时电荷量Q、电压U、电容C之间相互关系的图象,其中正确的是( BCD )
解析:电容由本身决定,与是否带有电荷、带电量多少均无关,则A错,B、D正确。另外电压与所带电量成正比,则C也正确。
5.如图所示,平行板电容器的两极板A、B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,这时悬线偏离竖直方向的夹角为θ,则 下列说法正确的是( AB )
A.保持S闭合,将A板向B板靠近,则θ变大
B.断开S,将A板向B板靠近,则θ不变
C.保持S闭合,悬线烧断,则小球在电场中将做自由落体运动
D.断开S,悬线烧断,则小球在电场中将做变加速曲线运动
解析:保持S闭合,电容器两端电压不变,将A板向B板靠近,由E=U/d可以判断电场强度变大,θ增大,选项A正确;断开S,电荷量Q不变,将A板向B板靠近,由U=Q/C、E=U/d和C=可以判断电场强度不变,则θ不变,选项B正确。悬线烧断,小球将沿悬线拉力的反方向做匀加速直线运动,C、D选项错误。
6.如图所示为某一电容器中所带电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( BD )
A.是充电过程 B.是放电过程
C.该电容器的电容为5.0×10-2 F D.电容器的电量变化量为0.02 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== F=5×10-3
F,可知C错;ΔQ=CΔU=5×10-3×4 C=0.02 C,D正确。
二、非选择题
7.如图所示,一平行板电容器接在U=12 V的直流电源上,电容C=3.0×10-10 F,两极板间距离d=1.20×10-3 m,取g=10 m/s2,求:
(1)该电容器所带电荷量。
(2)若板间有一带电微粒,其质量为m=2.0×10-3 kg,恰在板间处于静止状态,则微粒带电荷量为多少?带何种电荷?
答案:(1)3.6×10-9 C (2)2.0×10-6 C 负电荷
解析:(1)由公式C=得:
Q=CU=3.0×10-10×12 C=3.6×10-9 C。
(2)若带电微粒恰在极板间静止,
则qE=mg,而E=,
则q== C
=2.0×10-6 C,微粒带负电荷。
能力提升
一、选择题(1~5题为单选题,6题为多选题)
1.(2019·河南省实验中学高二上学期期中)静电计是在验电器的基础上制成的,用其指针张角的大小来定性显示其金属球与外壳之间的电势差大小。如图所示,A、B是平行板电容器的两个金属板,G为静电计。开始时开关S闭合,静电计指针张开一定角度,为了使指针张开的角度增大些,下列采取的措施可行的是( A )
A.断开开关S后,将A、B两极板分开些
B.保持开关S闭合,将A、B两极板分开些
C.保持开关S闭合,将A、B两极板靠近些
D.保持开关S闭合,将变阻器滑动触头向右移动
解析:要使静电计的指针张开角度增大些,必须使静电计金属球和外壳之间的电势差增大,断开开关S后,将A、B两极板分开些,电容器的带电量不变,电容减小,电势差增大,A正确;保持开关S闭合,将A、B两极板分开或靠近些,静电计金属球和外壳之间的电势差不变,B、C错误;保持开关S闭合,将滑动变阻器滑动触头向右或向左移动,静电计金属球和外壳之间的电势差不变,D错误。
2.如图所示,平行板电容器中悬浮一带电微粒P,今把A、B两半方形金属盒相对插入,当A、B合拢时,对微粒运动情况的判断正确的是( B )
A.向上运动 B.向下运动
C.仍保持静止 D.条件不足,无法判断
解析:带电微粒在匀强电场中悬浮,说明重力与静电力平衡,若两个金属盒相对插入,当它们合拢时,金属盒有静电屏蔽的作用,其内部场强将变为零,所以带电微粒将不受静电力作用,在重力作用下做自由落体运动,故B正确。
3.如图所示,把一个平行板电容器接在电压U=10 V的电源上,现进行下列四步操作:①闭合S;②在两板中央插入厚为的金属板;③断开S;④抽出金属板。则此时电容器两板间的电势差为( D )
A.0 B.10 V
C.5 V D.20 V
解析:每一步操作造成的影响如下:
①闭合S,电源对电容器充电,直至电压为U。设电容为C,则带电荷量Q1=CU
②插入厚为的金属板,相当于极板间距减小了,此时电容器带电量Q2=C′U=2Q1
③断开S,A、B两极板的电荷量保持不变,即Q3=Q2=2Q1
④抽出金属板,电容器的电容仍为C,而电荷量为2Q1,所以两板间电势差为=2U=20 V。故正确答案选D。
4.(2019·黑龙江省龙东南七校高二上学期期末联考)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,电容器所带的电量Q、电容C、两极板间的电压U,电容器两极板间的场强E
的变化情况是( C )
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不变,C变小,U变大,E不变
D.Q不变,C变小,U变大,E变小
解析:平行板电容器与静电计并联,电容器所带电量不变。故A、B错误。增大电容器两极板间的距离d时,由C=知,电容C变小,Q不变,根据C=知,U变大,而E===,Q、k、S均不变,则E不变。故C正确,D错误。故选C。
5.(2019·北京市昌平区高二上学期期末)图中是一个平行板电容器,其电容为C,带电量为Q,上极板带正电,现将一个试探电荷q由两极板间的A点移动到B点,如图所示。A、B两点间的距离为s,连线AB与极板间的夹角为30°,则电场力对试探电荷q所做的功等于( C )
A. B.
C. D.
解析:板间场强E==,试探电荷q由A点移动到B点,电场力做功W=qEssin 30°=,故选C。
6.(2019·河南省实验中学高二上学期期期中)电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器,压电薄膜在受压时两端产生电压,压力越大电压越大。压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路,红灯亮时,如果汽车的前、后轮先后经过感应线,回路中产生两个脉冲电流,如图乙所示,即视为“闯红灯”,电子眼拍照。则红灯亮时( BD )
A.车轮停在感应线上时电阻R上有恒定电流
B.车轮经过感应线的过程中,电容器先充电后放电
C.车轮经过感应线的过程中,电阻R上的电流一直增大
D.汽车前轮刚越过感应线,又倒回到线内,仍会被电子眼拍照
解析:车轮停在感应线上时,压力不变,则电压不变,电容器不充电,也不放电,电阻R上没有电流,故A错误;由乙图可知,当车轮经过时电流先增大后减小,然后再反向增大减小;因电压是在受压时产生的,故说明电容器先充电后放电;故B正确,C错误;若汽车前轮越过感应线,又倒回线内,则前轮两次压线,仍形成两个脉冲电流,符合拍照条件,电子眼仍可拍照;故D正确;故选BD。
二、非选择题
7.如图,一平行板电容器的两个极板竖直放置,在两极板间有一带电小球,小球用一绝缘轻线悬挂于O点。先给电容器缓慢充电,使两极板所带电荷量分别为+Q和-Q,此时悬线与竖直方向的夹角为π/6。再给电容器缓慢充电,直到悬线和竖直方向的夹角增加到π/3,且小球与两极板不接触。求第二次充电使电容器正极板增加的电荷量。
答案:2Q
解析:设电容器电容为C,第一次充电后两极板之间的电压为
U= ①
两极板之间电场的场强为E= ②
式中d为两极板间的距离。
按题意,当小球偏转角θ1=时,小球处于平衡位置。设小球质量为m,所带电荷量为q,则有
FTcos θ1=mg ③
FTsin θ1=qE ④
式中FT为此时悬线的张力。
联立①②③④式得
tan θ1= ⑤
设第二次充电使正极板上增加的电荷量为ΔQ,此时小球
偏转角θ2=,则
tan θ2= ⑥
联立⑤⑥式得
= ⑦
代入数据解得ΔQ=2Q。
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