新教材2024版高中物理第2章靜電場(chǎng)的應(yīng)用第1節(jié)電容器與電容課后提升訓(xùn)練粵教版必修第三冊(cè)

第二章第一節(jié)A組·基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1．(2023年江門一中段考)熔噴布是醫(yī)用口罩的核心材料．工廠在生產(chǎn)熔噴布時(shí)為了實(shí)時(shí)監(jiān)控其厚度，通常要在生產(chǎn)流水線上設(shè)置如圖所示傳感器，其中A、B為平行板電容器的上、下兩個(gè)極板，上下位置均固定，且分別接在恒壓直流電源的兩極上，G是靈敏電流計(jì)．熔噴布勻速從兩極板間穿過，當(dāng)熔噴布的厚度變薄時(shí)會(huì)導(dǎo)致介電常數(shù)變小，則熔噴布()A．突然變薄，電容器兩端電壓會(huì)變大B．突然變薄，電容器的電容會(huì)變大C．突然變厚，A、B兩個(gè)極板間的電場(chǎng)會(huì)變?nèi)鮀．突然變厚，會(huì)有自b向a的電流流過電流計(jì)【答案】D【解析】由于電容器接在恒壓直流電源的兩極上，因此熔噴布變薄或變厚，電容器兩端電壓都不會(huì)變，A錯(cuò)誤；由電容器電容的決定式C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，當(dāng)熔噴布的厚度變薄時(shí)，導(dǎo)致介電常數(shù)εr變小，電容器的電容C變小，B錯(cuò)誤；由于電容器接在恒壓直流電源的兩極上，兩個(gè)極板間的電壓不變，上、下兩個(gè)極板的上下位置均固定，由E＝eq\f(U,d)可知，A、B兩個(gè)極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變，C錯(cuò)誤；當(dāng)熔噴布的厚度變厚時(shí)，導(dǎo)致介電常數(shù)εr變大，電容C變大，電壓U不變，由電容器電容的定義式Q＝CU，可知電容器兩極板所帶電荷量Q增加，則會(huì)有自b向a的充電電流流過電流計(jì)，D正確．2．如圖所示，電源A兩端的電壓恒為6V，電源B兩端的電壓恒為8V，當(dāng)開關(guān)S從A扳到B時(shí)，通過電流計(jì)的電荷量為1.2×10-5C，則電容器的電容為()A．2×10-5F B．1.5×10-6FC．6×10-4F D．8.6×10-7F【答案】D【解析】當(dāng)開關(guān)S接A時(shí)，電容器上極板帶正電，所帶電荷量Q＝CUA，當(dāng)開關(guān)S扳到B時(shí)，電容器上極板帶負(fù)電，所帶電荷量Q′＝CUB，該過程中通過電流計(jì)的電荷量ΔQ＝Q＋Q′＝C(UA＋UB)＝1.2×10-5C，解得電容C≈8.6×10-7F，故D正確．3．(2023年惠州二中段考)心臟除顫器的工作原理是用較強(qiáng)的脈沖電流通過心臟，以消除心律失常，使之恢復(fù)竇性心律的方法，稱為電擊除顫．工作時(shí)向儲(chǔ)能電容器充電，使電容器獲得一定的儲(chǔ)能，對(duì)心顫患者皮膚上的兩個(gè)電極板放電，讓一部分電荷通過心臟，刺激心顫患者的心臟恢復(fù)正常跳動(dòng)．如圖是一次心臟除顫器的模擬治療，該心臟除顫器的電容器電容為14μF，充電至10kV電壓，如果電容器在2ms時(shí)間內(nèi)完成放電，放電結(jié)束時(shí)電容器兩極板間的電勢(shì)差減為零，下列說法正確的是()A．這次放電有0.14C的電荷量通過人體組織B．人體起到絕緣電介質(zhì)的作用C．這次放電過程中通過人體組織的電流是恒定不變的D．若充電至5kV，則該電容器的電容為7μF【答案】A【解析】電容器儲(chǔ)存的電荷量為Q＝CU＝14×10-6×10×103C＝0.14C，放電結(jié)束時(shí)電容器兩極板間的電勢(shì)差減為零，所以電容器儲(chǔ)存的電荷全部通過了人體組織，A正確；人體是導(dǎo)體，不是絕緣體，所以人體不能起到絕緣電介質(zhì)的作用，B錯(cuò)誤；電容器在放電過程放電電流是逐漸減小的，所以這次放電過程中通過人體組織的電流是減小的，不是恒定不變，C錯(cuò)誤；電容器的電容大小是電容器本身結(jié)構(gòu)所決定的，與兩極板的電壓無關(guān)，D錯(cuò)誤．4．平行板電容器充電后斷開電源，將其中一塊金屬板沿遠(yuǎn)離另一極板的方向平移一小段距離．如圖所示表示此過程中電容器兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度E隨兩極板間距離d的變化關(guān)系，其中正確的是()ABCD【答案】C【解析】由于平行板電容器充電后斷開電源，電容器所帶電荷量保持不變，則兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度E＝eq\f(U,d)＝eq\f(Q,Cd)＝eq\f(4kπQ,εrS)，E不隨兩極板間距離d的變化而變化，C正確，A、B、D錯(cuò)誤．5．某電容器的電容是30μF，額定電壓為200V，擊穿電壓為400V，對(duì)于該電容器，下列說法中正確的是()A．為使該電容器兩極板間的電壓增加1V，所需要增加的電荷量是3×10-5CB．當(dāng)電容器帶1C的電荷量時(shí)，兩極板間的電壓為3×10-5VC．該電容器能容納的電荷量最多為6×10-3CD．該電容器兩極板間能承受的最大電壓為200V【答案】A【解析】由ΔQ＝CΔU＝30×10-6×1C＝3×10-5C知，A正確；當(dāng)Q＝1C時(shí)，U＝eq\f(Q,C)＝eq\f(1,30×10-6)V＝3.3×104V，電容器被擊穿，B錯(cuò)誤；擊穿電壓為400V表示電容器能承受的最大電壓為400V，最大電荷量Qm＝CUm＝30×10-6×400C＝1.2×10-2C，C、D錯(cuò)誤．6．在“觀察電容器的充、放電現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)中，將直流電源、電阻、電容器、電流計(jì)、電壓表以及單刀雙擲開關(guān)組裝成如圖實(shí)驗(yàn)電路，則()A．將開關(guān)接1，電容器處于充電狀態(tài)，上極板帶正電B．將開關(guān)接1，電容器處于放電狀態(tài)，上極板帶正電C．將開關(guān)接2，電容器處于充電狀態(tài)，下極板帶正電D．將開關(guān)接2，電容器處于放電狀態(tài)，下極板帶正電【答案】A【解析】將開關(guān)接1，電源與電容器串聯(lián)，那么電容器處于充電狀態(tài)，且上極板帶正電，故A正確，B錯(cuò)誤；將開關(guān)接2，電容器與電阻相連，電容器處于放電狀態(tài)，下極板帶負(fù)電，故C、D錯(cuò)誤.7．如圖所示，一平行板電容器與直流電源連接，一帶電油滴位于極板間的P點(diǎn)且恰好處于平衡狀態(tài)．現(xiàn)將電容器的極板非常緩慢地錯(cuò)開一些減小正對(duì)面積，其他條件不變，那么在錯(cuò)開的過程中()A．電容器的電容C增大B．電容器的電荷量Q增加C．油滴靜止不動(dòng)，電流計(jì)中的電流從N流向MD．油滴將向下加速運(yùn)動(dòng)，電流計(jì)中的電流從N流向M【答案】C【解析】將兩板緩慢地錯(cuò)開一些，兩板正對(duì)面積S減小，根據(jù)電容的決定式C＝eq\f(εrS,4πkd)得知，電容減小，故A錯(cuò)誤．電容器的電荷量Q＝CU，由于電容器電容C減小，因兩板間電壓U不變，那么極板的電量Q會(huì)減小，故B錯(cuò)誤．將平行板電容器的兩極非常緩慢地水平錯(cuò)開一些，由于電容器兩板間電壓不變，根據(jù)E＝eq\f(U,d)，得知板間場(chǎng)強(qiáng)不變，油滴所受的電場(chǎng)力不變，則油滴將靜止不動(dòng)；再由Q＝CU知，電容器帶電量減小，電容器處于放電狀態(tài)，電路中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電流，則電流計(jì)中有N→M的電流，故C正確，D錯(cuò)誤．B組·能力提升8．如圖所示，豎直放置的平行板電容器與電源相連，在兩極板A、B之間用輕質(zhì)絕緣細(xì)線懸掛一帶電小球，閉合開關(guān)S，小球靜止時(shí)，細(xì)線與豎直方向的夾角為θ，則下列說法正確的是()A．小球帶正電B．保持開關(guān)S閉合，僅將兩極板間的距離適當(dāng)增大，θ角將減小C．?dāng)嚅_開關(guān)S，僅將兩極板間的距離適當(dāng)增大，θ角將減小D．?dāng)嚅_開關(guān)S，僅將兩極板間的正對(duì)面積適當(dāng)減小，θ角將減小【答案】B【解析】由圖可知，A板帶正電，B板帶負(fù)電，形成水平向右的電場(chǎng)，小球向左偏，則說明小球帶負(fù)電，故A錯(cuò)誤；保持開關(guān)S閉合，僅將兩極板間的距離適當(dāng)增大，由公式E＝eq\f(U,d)可知，電場(chǎng)強(qiáng)度減小，小球所受電場(chǎng)力減小，則θ角將減小，故B正確；斷開開關(guān)S，電容器的電荷量保持不變，由公式C＝eq\f(εrS,4πkd)、C＝eq\f(Q,U)和E＝eq\f(U,d)，可得E＝eq\f(4πkQ,εrS)，則僅將兩極板間的距離適當(dāng)增大，電場(chǎng)強(qiáng)度不變，小球所受電場(chǎng)力不變，θ角將不變，僅將兩極板間的正對(duì)面積適當(dāng)減小，電場(chǎng)強(qiáng)度變大，小球所受電場(chǎng)力變大，θ角將變大，故C、D錯(cuò)誤．9．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的恒定電源上，兩板間距為3cm，電容器所帶電荷量為6×10-8C，A極板接地．求：(1)平行板電容器的電容；(2)平行板電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度；(3)圖中距B板2cm的D點(diǎn)的電勢(shì)．【答案】(1)1×10-9F(2)2×103V/m(3)－20V【解析】(1)C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(6×10-8,60)F＝1×10-9F.(2)E＝eq\f(U,d)＝eq\f(60V,0.03m)＝2×103V/m.(3)φD＝－Ed′＝－2×103×(0.03－0.02)V＝－20V.10．如圖所示，計(jì)算機(jī)鍵盤上的每一個(gè)按鍵下面都有一個(gè)電容傳感器．電容的計(jì)算公式是C＝εeq\f(S,d)，其中ε＝9.0×10-12F·m-1，S表示兩金屬片的正對(duì)面積，d表示兩金屬片間的距離．當(dāng)某一鍵被按下時(shí)，d發(fā)生改變，引起電容器的電容發(fā)生改變，從而給電子線路發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)．已知兩金屬片的正對(duì)面積為50mm2，鍵未被按下時(shí)，兩金屬片間的距離為0.60mm.只要電容變化達(dá)0.25pF，