2020新教材高中物理第十章静电场中的能量4电容器的电容练习含解析新人教版必修第三册

《2020新教材高中物理第十章静电场中的能量4电容器的电容练习含解析新人教版必修第三册》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020新教材高中物理第十章静电场中的能量4电容器的电容练习含解析新人教版必修第三册（7页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、电容器的电容一电容器和电容1.C=为比值定义法。C的大小与Q、 U无关,只跟电容器本身有关,当Q=0时,U=0,而C并不为零。2.电容是电容器本身的一种属性,大小由电容器自身的构成情况决定。【思考讨论】电容器两极板间的电势差与所带电荷量的关系是什么?(物理观念)提示:电容器所带电荷量与两极板之间的电势差之比是定值。【典例示范】对于一个电容器,下列说法中正确的是()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.电容器两极板间的电势差减小到原来的一半,它的电容也减小到原来的一半D.电容器所带的电荷量增加为原来的两倍,两极板间的电势差也增加为原来的两倍【解题探究】(

2、1)电容表征电容器容纳电荷的本领大小,由电容器本身的特性决定。(2)电容C=,采用的是比值定义法,C与U、Q无关,由电容器本身决定。【解析】选D。C=是比值定义式,C与U、Q无关,电容表征电容器容纳电荷的本领大小,由电容器本身的特性决定,与两极板间的电压、所带的电荷量无关,故A、B、C错误;由C=得U=,则电荷量增加为原来的两倍,两极板间的电势差也增加为原来的两倍,故D正确。【规律方法】通过Q -U图像来理解C=(1)如图所示,在Q -U图像中,电容是一条过原点的直线,其中Q为一个极板上所带电荷量的绝对值,U为两极板间的电势差。(2)电容器的电容也可以表示为C=,即电容器的电容的大小在数值上等

3、于两极板间的电压增加(或减小)1 V时所需增加(或减少)的电荷量。【素养训练】1.如图所示为我国自主研发、全球首创的“超级电容器”,这种电容器安全性高,可反复充、放电100万次以上,使用寿命长达十二年,且容量超大(达到9 500 F),能够在10 s内完成充电。则该“超级电容器”() A.充电过程中电流是恒定电流B.充电过程中两极板间的电压逐渐增大C.充电时电容器的正极应接电源的负极D.放电过程中电容器的化学能转化为电能【解析】选B。电容器的充电电流随着电荷量的增加而减小,故A错误;充电过程,极板所带电荷量逐渐增大,根据C=可知,两极板间的电压逐渐增大,故B正确;充电时电源的正极要接电容器的正

4、极,故C错误;放电过程中是内部的电场能转化为电能,故D错误。2.如图所示,电源A两端的电压恒为6 V,电源B两端的电压恒为8 V,当开关S从A扳到B时,通过电流计的电荷量为1.210-5 C,则电容器的电容约为()A.210-5 FB.1.510-6 FC.610-6 F D.8.610-7 F【解析】选D。开关S打在A时,电容器的电压为:U1=6 V,电量为:Q1=CU1;开关S打在B时,稳定时,电容器的电压为:U2=8 V,电量为:Q2=CU2,因两电源极性相反,故通过电流计的电荷量为:Q=Q1+Q2=CU1+CU2=1.210-5 C,解得:C8.610-7 F,故D正确,A、B、C错误

5、。【补偿训练】1.(多选)关于电容器和电容的概念,下列说法正确的是()A.任何两个彼此绝缘又互相靠近的导体都可以看成是一个电容器B.用电源对平行板电容器充电后,两极板一定带有等量异种电荷C.某一电容器带电荷量越多,它的电容就越大D.某一电容器两板间的电压越高,它的电容就越大【解析】选A、B。电容器是容纳电荷的容器,电容是描述电容器容纳电荷本领大小的物理量。电容的大小与电容器带电多少及两极间电压大小都无关。2.(多选)有一个正放电的电容器,若使它的电荷量减少310-6C,其电压降为原来的,则()A.电容器原来带的电荷量是910-6CB.电容器原来带的电荷量是4.510-6CC.电容器原来的电压可

6、能是5 VD.电容器原来的电压可能是510-7 V【解析】选B、C。由C=得=,解得Q=4.510-6C,故B正确;当U1=5 V时,C1= F=0.9 F;当U2=510-7 V时,C2=F=9 F。这么大的电容可以说在哪里都没有,F的单位非常大,一般的电容都是F以及pF。故电压不可能为510-7 V。故C项正确。二平行板电容器的动态分析1.两个电容公式的比较:比较项C=(或C=)C=公式特点定义式,适用于一切电容器决定式,适用于平行板电容器意义对某电容器QU,但=C不变,反映电容器容纳电荷的本领Cr,CS,C,反映了影响电容器电容大小的因素2.平行板电容器动态问题的分析思路与技巧:【思考讨

7、论】平行板电容器的电容与哪些因素有关?(物理观念)提示:平行板电容器的电容与两板的正对面积、介电常数、极板间距离有关。【典例示范】如图,一平行板电容器的两极板与一电压,极板水平放置,极板间距为d;在下极板上叠放一厚度为l的金属板,其上部空间有一。当把金属板从电容器中,粒子P开始运动。重力加速度为g。粒子运动的加速度为()A.gB.gC.gD.g【审题关键】序号信息提取电容器两极板间的电压保持不变带电粒子受力平衡两极板间的距离增大【解析】选A。带电粒子在电容器两极板间时受到重力和电场力的作用,最初处于静止状态,由二力平衡条件可得:mg=q;当把金属板从电容器中快速抽出后,电容器两极板间的电压不变

8、,但两极板间的距离发生了变化,引起电场强度发生了变化,从而电场力也发生了变化,粒子受力不再平衡,产生了加速度,根据牛顿第二定律mg-q=ma,两式联立可得a=g,选项A正确。【误区警示】关于电容器动态分析时的四点提醒(1)充电后的电容器断开和电源的连接,Q一定。(2)Q一定时,由E=知,两板间电场强度与d无关。(3)接地电势为0。(4)静电计的张角越大代表电势差越大。【母题追问】1.(多选)将【典例示范】中的电源断开,当把金属板从电容器中快速抽出后,下列说法正确的是()A.电容器的电容增大B.极板间的电压增大C.带电粒子P静止不动D.带电粒子加速上升【解析】选B、C。电源断开,当把金属板从电容

9、器中快速抽出后,极板所带电荷量保持不变,极板间的距离增大,由C=可知,当d增大时,电容器的电容减小,选项A错误;由C=得U=,Q不变,C减小,U增大,选项B正确;由E=、C=、C=得,E=,故极板间的电场强度保持不变,故带电粒子受力情况不变,仍静止不动,C正确,D错误。2.(多选)在【典例示范】中,若金属板保持不动,同时下极板接地,当将上极板向右移动一小段距离,则下列说法正确的是()A.电容器所带电荷量保持不变B.极板间的电场强度保持不变C.粒子所在初位置的电势保持不变D.粒子将加速向下运动【解析】选B、C。由C=可知,当S减小时,电容器的电容减小,由C=得Q=CU,电压U不变,C减小,故电容

10、器所带电荷量减少,选项A错误;U和d不变,由E=可知,极板间的电场强度保持不变,选项B正确;由于极板间的电场强度不变,粒子所在初位置到下极板间的距离不变,故该点到零等势点的电势差不变,即该点的电势不变,选项C正确;由于粒子的受力情况不变,故粒子仍然保持静止状态,选项D错误。【补偿训练】1.一充电后的平行板电容器保持两极板的正对面积、间距和电荷量不变,在两极板间插入一电介质,其电容C和两极板间的电势差U的变化情况是()A.C和U均增大B.C增大,U减小C.C减小,U增大 D.C和U均减小【解析】选B。根据平行板电容器电容公式C=,在两板间插入电介质后,电容C增大,因电容器所带电荷量Q不变,由C=

11、可知,U=减小,选项B正确。2.(多选)(2019长沙高二检测)如图所示,电路中A、B为两块竖直放置的金属板,C是一只静电计,开关S合上后,静电计指针张开一个角度,下述做法可使静电计指针张角增大的是()A.使A、B两板靠近一些B.使A、B两板正对面积减小一些C.断开S后,使B板向右平移一些D.断开S后,使A、B正对面积减小一些【解析】选C、D。静电计显示的是A、B两极板间的电压,指针张角越大,表示两板间的电压越高。当合上S后,A、B两板与电源两极相连,板间电压等于电源电压,静电计指针张角不变;当断开S后,板间距离增大,正对面积减小,都将使A、B两板间的电容变小,而电容器所带的电荷量不变,由C=

12、可知,板间电压U增大,从而使静电计指针张角增大。所以本题的正确选项是C、D。【拓展例题】考查内容:平行板电容器综合分析【典例】一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地。两板间有一个正检验电荷固定在P点,如图所示,以C表示电容器的电容,E表示两板间的场强,表示P点的电势,W表示正电荷在P点的电势能,若正极板保持不动,将负极板缓慢向右平移一小段距离l0的过程中,下列关于各物理量与负极板移动距离x的关系图像中正确的是() 【解析】选C。电容器的电容C=,两板间距随负极板向右平移而逐渐减小,电容C与d成反比,A错误;电容器与电源断开后,电荷量不变,根据E=,U=,C=,可知E=保持不变,B错误;负极板接地,电势为零,P点的电势等于P点到负极板的电势差,即=El,E不变,l减小,线性减小,C正确;由W=q可知,W随的变化而变化,即W随l的变化而变化,D错误。