10.4电容器的电容（同步作业）-【鼎力课堂】2024-2025学年高二物理同步备课精编优选课件+同步作业（人教版2019必修第三册）

第4节　电容器的电容 一、电容和平行板电容器的电容 1．有一电解电容器如图所示，外壳上标有“1000μF，10V”。下列关于该电容器的说法，正确的是（　　）      A．该电容器只有在10V电压下才能正常工作 B．当所加电压为5V时，该电容器的电容为500μF C．该电容器能容纳的电荷量最多为1.0×10﹣3C D．当两极加1V电压时，该电容器的电荷量为1.0×10﹣3C 2．一个已充电的电容器，若使它的电荷量减少1.5×10-4 C，则其电压减小为原来的，则（　　） A．电容器原来的带电荷量为9×10-4 C B．电容器原来的带电荷量为4.5×10-4 C C．电容器原来的电压为1 V D．电容器的电容变为原来的 二、平行板电容器的电容及动态分析 3．如图所示是探究影响平行板电容器电容大小因素的实验装置。关于此实验装置中的静电计，下列说法中正确的是（     ） A．只增大平行板之间的距离，静电计指针张角变小 B．只减小平行板的正对面积，静电计指针张角变大 C．只在板间插入有机玻璃板，静电计指针张角变大 D．可以用电压表替代静电计 4．传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器，每个键内部电路如图所示。每个键下面都有相互平行的活动金属片和固定金属片组成的平行板电容器，两金属片间有空气间隙。在按下键的过程中，下列说法正确的是（    ） A．电容器的电容C减小 B．电容器的带电量Q增加 C．图中电流从N流向M D．电容器极板间的电场强度减小 三、电容器的充放电实验 5．如图甲所示，在“用传感器观察平行板电容器的放电”实验中，单刀双掷开关先置于1位置，待一段时间后，再置于2位置，利用电容器放电过程中记录的数据作出的Ⅰ－t图像如图乙所示，已知电源电动势为8.0V，下列说法正确的是（　　） A．到时间内，电容器放电量约为 B．电容器的电容约为 C．如果将平行板电容器的板间距离增大，放电I－t图像距坐标原点会变远 D．如果匀速将一块陶瓷板放入电容器两板之间，则电容C均匀变小 6．如图甲所示为某同学利用传感器研究电容器放电过程的实验电路，实验时先使开关S与1端相连，电源对电容器充电，待电路稳定后把开关S掷向2端，电容器通过电阻放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的i－t曲线，如图乙，这个曲线的横坐标是放电时间，纵坐标是放电电流。若其他条接计件不变，只将电阻R换为阻值更大的定值电阻，现用虚线表示电阻值变大后的i－t曲线，则在下列四个图像中可能正确的是 （　　）     A．   B．   C．   D．   7．电容式传感器实质上是一个可变电容器，当某待测量发生变化时，能引起电容器的电容变化。如图是四个电容式传感器的示意图。关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是（　　） A．图（a）的传感器可测量角度 B．图（b）的传感器可测量液面的高度 C．图（c）的传感器可测量压力 D．图（d）的传感器可测量速度 8．茂名市很多学校都配备了“救命神器”—自动体外除颤器（简称AED），急救有望实现“黄金3分钟”。其工作原理是利用高压整流后向储能电容充电，使电容器获得一定的储能。治疗时，把两电极板放于患者心脏附近，按下放电按钮，在极短的时间内完成放电，让一部分电荷通过心脏，刺激心颤患者的心脏，使之恢复正常跳动。一般体外除颤能量在之间，最大不超过。若除颤器的电容器的电容为，在某次治疗时设定除颤能量为，在内放电至两极板间电压为0。已知充电后电容器储存的电能表达式为，其中表示电容器的电容，表示充电后电容器极板间的电压，下列说法正确的是（    ） A．充电完成后，两极板之间的电压为 B．放电完成后电容器的电容变为0 C．电容器最大的电压约为 D．该次治疗过程，平均放电电流为 9．如图所示，平行板电容器的一个极板与静电计的金属杆相连，另一个极板与静电计金属外壳相连。给电容器充电后，静电计指针偏转一个角度。以下操作中，可以使静电计指针的偏角增大的是（　　） A．向上平移B极板 B．向下平移B极板 C．向左平移B极板 D．向右平移B极板 10．如图为某同学采用平行板电容器测量材料竖直方向尺度随温度变化的装置示意图，电容器上极板固定，下极板可随材料尺度的变化上下移动，两极板间电压不变。若材料温度降低时，极板上所带电荷量变少，则此过程中（　　） A．电容器电容变大 B．两极板间距离增大 C．极板间电场强度变大 D．极板间电场强度减小 11．在研究平行板电容器所带电荷量Q和两板间的电势差U的关系时，某老师在演示实验中运用电荷均分法确定各次实验中电荷量的关系，并利用采集到的数据，做出了图示甲、乙两个电容器的关系图像。下列判定正确的是（    ）    A．甲、乙的电容之比为 B．甲、乙的电容之比为 C．若甲、乙两板正对面积和板间绝缘介质均相同，则甲两板的间距较大 D．若甲、乙两板的间距和板间绝缘介质均相同，则甲两板的正对面积较大 12．如图所示，平行板电容器两极板与直流电源、理想二极管D（正向电阻为零，反向电阻无穷大）、定值电阻R连接，电容器下板B接地，两板间P点有一带电油滴恰好处于静止状态，现将上极板A向上移动，则下列说法正确的是（　　） A．R中有从a到b的电流 B．两极板间电压保持不变 C．油滴的电势能不变 D．油滴仍保持静止状态 13．电容器是一种重要的电学元件，有着广泛的应用。某学习兴趣小组用图甲所示电路探究电容器两极板间的电势差与所带电荷量的关系。实验操作如下： ①开关接1给电容器A充电，记录电压表示数，A带电荷量记为； ②开关接2，使另一个相同的但不带电的电容器B跟A并联，稳定后断开，记录电压表示数，A带电荷量记为，闭合，使B放电，断开。 ③重复操作②，记录电压表示数，A带电荷量记为。 电荷量 … 电压表示数/V 3.15 1.60 0.78 0.39 … (1)在操作②中，开关闭合前电容器A带电荷量 （填“大于”、“等于”或“小于”）电容器B带电荷量。结合表格数据进一步分析可知电容器的电势差与其所带电荷量成 （填“正比”或“反比”）关系。 (2)该小组用图乙所示电路进一步探究电容器A的充放电规律。 ①开关接1，电源给电容器A充电，观察到电流计G的指针偏转情况为 ； A．逐渐偏转到某一刻度后迅速回到0    B．逐渐偏转到某一刻度后保持不变 C．迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0    D．迅速偏转到某一刻度后保持不变 ②图丙为电容器A放电时的图像。已知电容器放电之前的电压为3V，该电容器A的实测电容值为 F（结果保留2位有效数字）。 14．某同学用如图所示的电路观察电容器的充电放电现象。所用器材有：电源E、电流表A、电压表V、电容器C、定值电阻R、单刀双掷开关S、导线若干。 (1)将图中的电流表换成电流传感器，可以在电脑端记录电流随时间变化的图线。先将开关接1，待电路稳定后再接2。已知电流从左向右流过电阻R时为正，则与本次实验相符的I-t图像是_________。 A． B． C． D． (2)将图中的电压表换成电压传感器，可以在电脑端记录放电过程中电压随时间变化的图线，如图所示。已知开关接2瞬间开始计时，此时电压传感器记录数据为Um，利用数据处理软件得到U-t图线与坐标轴围成的面积为S0。根据该实验数据曲线可以粗测实验中电容器的电容C= 。（用题中已知物理量Um、R和S0表示） 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第4节　电容器的电容 一、电容和平行板电容器的电容 1．有一电解电容器如图所示，外壳上标有“1000μF，10V”。下列关于该电容器的说法，正确的是（　　）      A．该电容器只有在10V电压下才能正常工作 B．当所加电压为5V时，该电容器的电容为500μF C．该电容器能容纳的电荷量最多为1.0×10﹣3C D．当两极加1V电压时，该电容器的电荷量为1.0×10﹣3C 【答案】D 【详解】A．由标称值可知，该电解电容器用于直流10V及以下电压时才能正常工作，故A错误； B．电容器的电容由电容器本身决定，与工作电压无关，当所加电压为5V时，该电容器的电容仍然为1000μF，故B错误； C．当两极加10V电压时，该电容器的电荷量为Q＝CU＝1000×10﹣6×10C＝1.0×10﹣2C故C错误；D．当两极加1V电压时，该电容器的电荷量为Q＝CU＝1000×10﹣6×1C＝1.0×10﹣3C故D正确。故选D。 2．一个已充电的电容器，若使它的电荷量减少1.5×10-4 C，则其电压减小为原来的，则（　　） A．电容器原来的带电荷量为9×10-4 C B．电容器原来的带电荷量为4.5×10-4 C C．电容器原来的电压为1 V D．电容器的电容变为原来的 【答案】B 【详解】AB．由题意知解得故B正确，A错误； C．因电容器的电容未知，所以无法求出电容器原来的电压，故C错误； D．电容器的电容由电容器本身决定，跟电压和电荷量的变化无关，所以电容器的电容不变，故D错误。 故选B。 二、平行板电容器的电容及动态分析 3．如图所示是探究影响平行板电容器电容大小因素的实验装置。关于此实验装置中的静电计，下列说法中正确的是（     ） A．只增大平行板之间的距离，静电计指针张角变小 B．只减小平行板的正对面积，静电计指针张角变大 C．只在板间插入有机玻璃板，静电计指针张角变大 D．可以用电压表替代静电计 【答案】B 【详解】由于静电计所带电荷量很小，所以可认为平行板电容器所带电荷量保持不变，根据， A．只增大平行板之间的距离，则电容器电容减小，板间电势差增大，静电计指针张角变大，故A错误； B．只减小平行板的正对面积，则电容器电容减小，板间电势差增大，静电计指针张角变大，故B正确； C．只在板间插入有机玻璃板，则电容器电容增大，板间电势差减小，静电计指针张角变小，故C错误； D．由于电压表要有读数需要有电流通过表头，该装置稳定时没有电流，所以不能用电压表替代静电计，故D错误。故选B。 4．传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器，每个键内部电路如图所示。每个键下面都有相互平行的活动金属片和固定金属片组成的平行板电容器，两金属片间有空气间隙。在按下键的过程中，下列说法正确的是（    ） A．电容器的电容C减小 B．电容器的带电量Q增加 C．图中电流从N流向M D．电容器极板间的电场强度减小 【答案】B 【详解】ABC．在按键的过程中，电容器两板间距d减小，则由可知，电容器的电容C增大，两板电压U一定，根据Q=CU可知电容器的电量Q增加，电容器充电，则图中电流从M流向N，故B正确，AC错误； D．电容器两板间距d减小，两板电压U一定，根据可知极板间的电场强度变大，故D错误。故选B。 三、电容器的充放电实验 5．如图甲所示，在“用传感器观察平行板电容器的放电”实验中，单刀双掷开关先置于1位置，待一段时间后，再置于2位置，利用电容器放电过程中记录的数据作出的Ⅰ－t图像如图乙所示，已知电源电动势为8.0V，下列说法正确的是（　　） A．到时间内，电容器放电量约为 B．电容器的电容约为 C．如果将平行板电容器的板间距离增大，放电I－t图像距坐标原点会变远 D．如果匀速将一块陶瓷板放入电容器两板之间，则电容C均匀变小 【答案】B 【详解】A．图像与坐标轴围成的面积等于电容器的放电量，则到时间内，电容器放电量约为选项A错误； B．电容器总的放电量为电容器的电容约为选项B正确； C．如果将平行板电容器的板间距离增大，则电容器的电容减小，根据Q=CU可知，电容器的带电量减小，则放电电量减小，则放电I－t图像距坐标原点会变近，选项C错误； D．如果匀速将一块陶瓷板放入电容器两板之间，根据可知，介电常数均匀增加，则电容C均匀变大，选项D错误。故选B。 6．如图甲所示为某同学利用传感器研究电容器放电过程的实验电路，实验时先使开关S与1端相连，电源对电容器充电，待电路稳定后把开关S掷向2端，电容器通过电阻放电，传感器将电流信息传入计算机，屏幕上显示出电流随时间变化的i－t曲线，如图乙，这个曲线的横坐标是放电时间，纵坐标是放电电流。若其他条接计件不变，只将电阻R换为阻值更大的定值电阻，现用虚线表示电阻值变大后的i－t曲线，则在下列四个图像中可能正确的是 （　　）     A．   B．   C．   D．   【答案】C 【详解】如果仅将电阻R换为阻值更大的定值电阻，则电容器放电电流会减小，则放电变慢，因电容器带电荷量一定，可知放电时间变长，且根据i－t图像围成的面积表示电量，可知围成的面积要相等。 故选C。 7．电容式传感器实质上是一个可变电容器，当某待测量发生变化时，能引起电容器的电容变化。如图是四个电容式传感器的示意图。关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是（　　） A．图（a）的传感器可测量角度 B．图（b）的传感器可测量液面的高度 C．图（c）的传感器可测量压力 D．图（d）的传感器可测量速度 【答案】ABC 【详解】A．图示电容器为可变电容器，通过转动动片改变正对面积，改变电容，可以用来测量角度，故A正确。 B．图示电容器的一个极板时金属芯线，另一个极板是导电液，故是通过改变电容器两极间正对面积而引起电容变化的，可以用来测量液面的高度，故B正确； C．丙图是通过改变极板间的距离，改变电容器的，可以用来测量压力，故C正确； D．可变电容器，通过改变电介质，改变电容，可以用来测量位移，不能测量速度，故D错误； 故选ABC。 8．茂名市很多学校都配备了“救命神器”—自动体外除颤器（简称AED），急救有望实现“黄金3分钟”。其工作原理是利用高压整流后向储能电容充电，使电容器获得一定的储能。治疗时，把两电极板放于患者心脏附近，按下放电按钮，在极短的时间内完成放电，让一部分电荷通过心脏，刺激心颤患者的心脏，使之恢复正常跳动。一般体外除颤能量在之间，最大不超过。若除颤器的电容器的电容为，在某次治疗时设定除颤能量为，在内放电至两极板间电压为0。已知充电后电容器储存的电能表达式为，其中表示电容器的电容，表示充电后电容器极板间的电压，下列说法正确的是（    ） A．充电完成后，两极板之间的电压为 B．放电完成后电容器的电容变为0 C．电容器最大的电压约为 D．该次治疗过程，平均放电电流为 【答案】ACD 【详解】A．由公式代入数据解得故A项正确； B．电容器的电容与所带电量无关，由其本身决定，故B项错误； C．当除颤器的能量最大时，其电压也最大，由题意可知，除颤器的最大能量为。由公式解得故C项正确； D．由之前的分析可知，此次治疗，电容器的电压为，由公式解得电容器极板上带的电荷量为由电流的定义有故D项正确。故选ACD。 9．如图所示，平行板电容器的一个极板与静电计的金属杆相连，另一个极板与静电计金属外壳相连。给电容器充电后，静电计指针偏转一个角度。以下操作中，可以使静电计指针的偏角增大的是（　　） A．向上平移B极板 B．向下平移B极板 C．向左平移B极板 D．向右平移B极板 【答案】ABC 【详解】AB．由电容的决定式知向上平移B极板或向下平移B极板，正对面积减小，减小，有电子溢出电容器，静电计指针的偏角增大，AB正确； CD．由决定式知，向左平移B极板，极板间距增大，减小，有电子溢出电容器，静电计指针的偏角增大。向右平移B极板，极板间距减小，增大，有电子流入电容器，静电计指针的偏角减小，C正确、D错误。故选ABC。 10．如图为某同学采用平行板电容器测量材料竖直方向尺度随温度变化的装置示意图，电容器上极板固定，下极板可随材料尺度的变化上下移动，两极板间电压不变。若材料温度降低时，极板上所带电荷量变少，则此过程中（　　） A．电容器电容变大 B．两极板间距离增大 C．极板间电场强度变大 D．极板间电场强度减小 【答案】BD 【详解】A．根据电容定义式可知材料温度降低时，极板上所带电荷量变少，两极板间电压不变，则电容器电容变小。故A错误； B．根据电容的决定式由于电容变小，可知极板间距增大，故B正确； CD．根据可知由于两极板间电压不变，极板间距增大，则极板间电场强度减小，故C错误，D正确。故选BD。 11．在研究平行板电容器所带电荷量Q和两板间的电势差U的关系时，某老师在演示实验中运用电荷均分法确定各次实验中电荷量的关系，并利用采集到的数据，做出了图示甲、乙两个电容器的关系图像。下列判定正确的是（    ）    A．甲、乙的电容之比为 B．甲、乙的电容之比为 C．若甲、乙两板正对面积和板间绝缘介质均相同，则甲两板的间距较大 D．若甲、乙两板的间距和板间绝缘介质均相同，则甲两板的正对面积较大 【答案】BD 【详解】AB．根据平行板电容器所带电荷量与两极板间的电势差关系可知图像的斜率表示电容器的电容，由图像可得故A错误，B正确； CD．根据可知，若甲、乙两板正对面积和板间绝缘介质均相同，由于，可得电容器两板的间距同理，若甲、乙两板的间距和板间绝缘介质均相同，则两板的正对面积较大故C错误，D正确。故选BD。 12．如图所示，平行板电容器两极板与直流电源、理想二极管D（正向电阻为零，反向电阻无穷大）、定值电阻R连接，电容器下板B接地，两板间P点有一带电油滴恰好处于静止状态，现将上极板A向上移动，则下列说法正确的是（　　） A．R中有从a到b的电流 B．两极板间电压保持不变 C．油滴的电势能不变 D．油滴仍保持静止状态 【答案】CD 【详解】A．将A板向上移动时，由平行板电容器决定式可知电容器的电容减小，由于二极管的单向导电性，电容器不能放电，电路中没有电流，故A错误； B．电容器的带电量不变，由电容关系式可知两板间电压增大，B错误； C．由电场强度和电势差关系可知两板间场强不变，P点电势不变，油滴电势能不变。故C正确； D．极板间电场强度不变，则油滴受力不变，油滴仍静止，故 D正确。故选CD。 13．电容器是一种重要的电学元件，有着广泛的应用。某学习兴趣小组用图甲所示电路探究电容器两极板间的电势差与所带电荷量的关系。实验操作如下： ①开关接1给电容器A充电，记录电压表示数，A带电荷量记为； ②开关接2，使另一个相同的但不带电的电容器B跟A并联，稳定后断开，记录电压表示数，A带电荷量记为，闭合，使B放电，断开。 ③重复操作②，记录电压表示数，A带电荷量记为。 电荷量 … 电压表示数/V 3.15 1.60 0.78 0.39 … (1)在操作②中，开关闭合前电容器A带电荷量 （填“大于”、“等于”或“小于”）电容器B带电荷量。结合表格数据进一步分析可知电容器的电势差与其所带电荷量成 （填“正比”或“反比”）关系。 (2)该小组用图乙所示电路进一步探究电容器A的充放电规律。 ①开关接1，电源给电容器A充电，观察到电流计G的指针偏转情况为 ； A．逐渐偏转到某一刻度后迅速回到0    B．逐渐偏转到某一刻度后保持不变 C．迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0    D．迅速偏转到某一刻度后保持不变 ②图丙为电容器A放电时的图像。已知电容器放电之前的电压为3V，该电容器A的实测电容值为 F（结果保留2位有效数字）。 【答案】(1) 等于 正比 (2) C ////////） 【详解】（1）[1][2]在操作②中，S1从1接2，S2处于断开状态，A、B两电容器并联，稳定后，A、B两电容器电压相等，故开关闭合前电容器A带电荷量等于电容器B带电荷量。结合表格数据进一步分析可知，电容器的电势差与其所带电荷量的比值近似相等，故成正比关系。 （2）[1]开关S接 1，电源给电容器A充电，电路瞬间有了充电电流，随着电容器所带电荷量逐渐增大，电容器两极板间的电压逐渐增大，充电电流逐渐减小，所以此过程中观察到的电流表指针迅速偏转到某一刻度后逐渐减小到0。故选C。 [2]由可知，电荷量为曲线与坐标轴所围成的面积由解得 14．某同学用如图所示的电路观察电容器的充电放电现象。所用器材有：电源E、电流表A、电压表V、电容器C、定值电阻R、单刀双掷开关S、导线若干。 (1)将图中的电流表换成电流传感器，可以在电脑端记录电流随时间变化的图线。先将开关接1，待电路稳定后再接2。已知电流从左向右流过电阻R时为正，则与本次实验相符的I-t图像是_________。 A． B． C． D． (2)将图中的电压表换成电压传感器，可以在电脑端记录放电过程中电压随时间变化的图线，如图所示。已知开关接2瞬间开始计时，此时电压传感器记录数据为Um，利用数据处理软件得到U-t图线与坐标轴围成的面积为S0。根据该实验数据曲线可以粗测实验中电容器的电容C= 。（用题中已知物理量Um、R和S0表示） 【答案】(1)A (2) 【详解】（1）第一次探究过程为先给电容器充电，后电容器通过R放电，给电容器充电过程中电流从左向右流过电阻R，即为正向电流，由于充电后电容器下极板带正电，电容器通过R放电时，电流从右向左流过电阻R，即为负。故选A。 （2）根据变形可得而U-t图像与坐标轴所围面积为S0，则故有S0=qR=CUmR则电容为 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$