10.4 電容器的電容 【幫課堂】2024-2025學(xué)年高一物理 同步學(xué)與練（ 人教版2019必修第一冊(cè)）（原卷版）

10.4電容器的電容學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)物理素養(yǎng)3.1.6觀察常見(jiàn)的電容器，了解電容器的電容，觀察電容器的充、放電現(xiàn)象。能舉例說(shuō)明電容器的應(yīng)用。物理觀念：理解電容概念。知道電容的單位。了解電容器的類(lèi)型、特性及作用。了解影響平行板電容器電容大小的因素?？茖W(xué)思維：分析電容器在充、放電過(guò)程中電流與電壓的變化、電荷量的變化及能量轉(zhuǎn)化情況。類(lèi)比水容器引出電容器?？茖W(xué)探究：觀察常見(jiàn)電容器的構(gòu)造，建構(gòu)電容器模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，觀察電容器在充、放電過(guò)程中電流與電壓的變化，分析電荷量變化及能量轉(zhuǎn)化情況。經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究電容器兩極板間電勢(shì)差與所帶電荷量關(guān)系和用物理量之比定義電容的過(guò)程?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察能力和科學(xué)探究能力。002思維導(dǎo)圖平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析1．兩類(lèi)典型問(wèn)題(1)電容器始終與恒壓電源相連，電容器兩極板間的電勢(shì)差U保持不變。(2)電容器充電后與電源斷開(kāi)，電容器兩極板所帶的電荷量Q保持不變。2．動(dòng)態(tài)分析思路003知識(shí)梳理課前研讀課本，梳理基礎(chǔ)知識(shí)：一、電容器1．組成：由兩個(gè)彼此又相距很近的導(dǎo)體組成．2．帶電荷量：一個(gè)極板所帶電荷量的．3．電容器的充、放電：①充電：使電容器帶電的過(guò)程，充電后電容器兩極板帶上等量的，電容器中儲(chǔ)存電場(chǎng)能．②放電：使充電后的電容器失去電荷的過(guò)程，放電過(guò)程中轉(zhuǎn)化為其他形式的能．二、電容1．定義：電容器所帶的與電容器兩極板之間的之比．2．定義式：C＝eq\f(Q,U).3．單位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF).1F＝106μF＝1012pF.4．意義：表示電容器本領(lǐng)的高低．5．決定因素：由電容器本身物理?xiàng)l件(大小、形狀、極板相對(duì)位置及電介質(zhì))決定，與電容器是否帶電及電壓．三、平行板電容器的電容1．決定因素：兩極板的、電介質(zhì)的、．2．決定式：C＝.004題型精講【題型一】電容器的理解【典型例題1】根據(jù)電容器的電容的定義式,可知（

）A．電容器帶的電荷量越多，它的電容就越大B．電容器兩極板之間的電勢(shì)差越大，它的電容就越小C．電容器的電容大小與電容器的帶電情況無(wú)關(guān)D．電容器不帶電時(shí)，其電容為零【典型例題2】下列各敘述中，正確的是（

）A．重心、合力和平均速度等概念的建立都體現(xiàn)了等效替代的思想B．庫(kù)侖提出了用電場(chǎng)線描述電場(chǎng)的方法C．伽利略猜想自由落體的運(yùn)動(dòng)速度與下落時(shí)間成正比，并直接用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證D．用比值法定義的物理概念在物理學(xué)中占有相當(dāng)大的比例，例如電場(chǎng)強(qiáng)度，電容，加速度都是采用了比值法定義的【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1】(多選)關(guān)于電容器的電容，下列說(shuō)法中正確的是()A．根據(jù)C＝eq\f(Q,U)可知，電容器的電容與其所帶電荷量成正比，跟兩極板間的電壓成反比B．對(duì)于確定的電容器，其所帶電荷量與兩板間的電壓成正比C．無(wú)論電容器電壓如何變化(小于擊穿電壓且不為零)，它所帶的電荷量與電壓的比值都恒定不變D．電容器所帶電荷量增加2倍，則電容增大2倍【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2】據(jù)報(bào)道，我國(guó)每年心源性猝死案例高達(dá)55萬(wàn)，而心臟驟停最有效的搶救方式是通過(guò)AED自動(dòng)除顫?rùn)C(jī)給予及時(shí)治療．某型號(hào)AED模擬治療儀器的電容器電容是15μF，充電至9kV電壓，如果電容器在2ms時(shí)間內(nèi)完成放電，則下列說(shuō)法正確的是()A．電容器放電過(guò)程的平均電流為67.5AB．電容器的擊穿電壓為9kVC．電容器充電后的電荷量為135CD．電容器充滿(mǎn)電的電容是15μF，當(dāng)放電完成后，電容為0【題型二】動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題【典型例題3】一位同學(xué)用底面半徑為r的圓桶形塑料瓶制作了一種電容式傳感器，用來(lái)測(cè)定瓶?jī)?nèi)溶液深度的變化。如圖所示，瓶的外壁涂有一層導(dǎo)電涂層和瓶?jī)?nèi)導(dǎo)電溶液構(gòu)成電容器的兩極，它們通過(guò)探針和導(dǎo)線與電源、電流計(jì)、開(kāi)關(guān)相連，中間層的塑料為絕緣電介質(zhì)，其厚度為d，相對(duì)介電常數(shù)為εr。若發(fā)現(xiàn)在某一小段時(shí)間t內(nèi)有大小為I的電流從下向上流過(guò)電流計(jì)，電源電壓恒定為U，則瓶?jī)?nèi)液面的高度()A．升高了eq\f(2kdIt,rUεr) B．升高了eq\f(kdIt,rUεr)C．降低了eq\f(2kdIt,rUεr) D．降低了eq\f(kdIt,rUεr)【典型例題4】如圖所示，水平放置的平行板電容器，下極板接地。一帶電油滴靜止于P點(diǎn)?，F(xiàn)將一與極板相同的不帶電金屬板插入圖中虛線位置，則()A．油滴帶正電B．M、N兩極板間電壓保持不變C．P點(diǎn)的電勢(shì)降低D．油滴在P點(diǎn)的電勢(shì)能減小【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3】平行板電容器的兩極板M、N接在一恒壓電源上，N板接地。板間有a、b、c三點(diǎn)，若將上板M向下移動(dòng)少許至圖中虛線位置，則()A．b點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)減小B．b、c兩點(diǎn)間電勢(shì)差減小C．c點(diǎn)電勢(shì)升高D．a(chǎn)點(diǎn)電勢(shì)降低【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練4】如圖所示，A、B是豎直正對(duì)放置的一對(duì)已充電的平行金屬板，兩板之間為勻強(qiáng)電場(chǎng)，用絕緣細(xì)線懸掛著的帶電小球靜止時(shí)，細(xì)線與豎直方向的夾角為θ。下列判定正確的是()A．小球帶正電B．僅平移B板使兩板間的距離適當(dāng)增大，θ角將保持不變C．僅平移B板使兩板間的正對(duì)面積適當(dāng)減小，θ角將保持不變D．僅剪斷細(xì)線，在碰到極板前，小球?qū)⒆銮€運(yùn)動(dòng)【題型三】涉及靜電計(jì)的問(wèn)題 【典型例題5】如圖所示，平行板電容器帶有等量異種電荷(上極板帶正電)，與靜電計(jì)相連，靜電計(jì)金屬外殼和電容器下極板都接地，在兩極板間有一固定在P點(diǎn)的正點(diǎn)電荷，以E表示兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度，U表示兩板之間的電勢(shì)差，Ep表示點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能，θ表示靜電計(jì)指針的偏角。若保持下極板不動(dòng)，將上極板向下移動(dòng)一小段距離至圖中虛線位置，則()A．E不變，Ep不變 B．U不變，E減小C．θ增大，E不變 D．θ不變，Ep增大【典型例題6】如圖所示，平行板電容器與直流電源、理想二極管、電阻連接，電源負(fù)極接地。初始電容器不帶電，閉合開(kāi)關(guān)穩(wěn)定后，一帶電油滴位于電容器中的點(diǎn)且處于靜止?fàn)顟B(tài)。下列說(shuō)法正確的是（）A.減小極板間的正對(duì)面積，帶電油滴仍保持靜止B.貼著上極板插入金屬板，則電阻中有流向的電流C.將下極板向上移動(dòng)一小段距離，點(diǎn)處的油滴的電勢(shì)能增大D.將開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，在兩板間插入一陶瓷電介質(zhì)，則油滴仍處于靜止?fàn)顟B(tài)【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練5】(多選)如圖所示，平行板電容器與電動(dòng)勢(shì)為E的直流電源連接，下極板接地，靜電計(jì)所帶電荷量很少，可忽略，開(kāi)關(guān)閉合，穩(wěn)定時(shí)一帶電的油滴靜止于兩極板間的P點(diǎn)，若斷開(kāi)開(kāi)關(guān)K，將平行板電容器的上極板豎直向下平移一小段距離，則下列說(shuō)法正確的是()A．靜電計(jì)指針的張角變小B．P點(diǎn)電勢(shì)升高C．帶電油滴向上運(yùn)動(dòng)D．帶電油滴的電勢(shì)能不變【對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練6】如圖所示，D是一支理想二極管（正向電阻為零，可視為短路；反向電阻無(wú)窮大，可視為斷路），C是極板水平放置的平行板電容器，初始時(shí)不帶電。當(dāng)S接1且穩(wěn)定后，處于兩極板間P點(diǎn)的一帶電油滴能保持靜止?fàn)顟B(tài)。下列說(shuō)法正確的是（）A.保持S接1，減小C兩極板的正對(duì)面積，油滴會(huì)向上移動(dòng)B.保持S接1，將C的下極板上移，油滴會(huì)向下移動(dòng)C.將S從1擲到2，油滴將向下運(yùn)動(dòng)D.將S從1擲到2，同時(shí)將下極板上移，油滴將向下運(yùn)動(dòng)00501強(qiáng)化訓(xùn)練【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．(多選)如圖所示，是一個(gè)由電池、電阻R、開(kāi)關(guān)S與平行板電容器組成的串聯(lián)電路，開(kāi)關(guān)S閉合。一帶電液滴懸浮在兩板間P點(diǎn)不動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()A．若將A板向右平移一小段位移，電容器的電容C減小B．若斷開(kāi)S，將B板向下平移一小段位移，帶電液滴的電勢(shì)能減小C．在S仍閉合的情況下，增大兩極板距離的過(guò)程中，電阻R中有從b到a的電流D．若斷開(kāi)S，減小兩極板距離，則帶電液滴向下運(yùn)動(dòng)2.某平行板電容器標(biāo)有2.5μF，這是表示(

)A．該電容器帶電量不能超過(guò)2.5×10-6CB．要使兩板間電壓降低1V，它所帶的電量必減少2.5×10-6CC．電容器只有在帶電時(shí)電容量為2.5×10-6FD．如在板間插入電介質(zhì)，電容將減?。?.如圖所示，A、B為平行板電容器的上、下兩個(gè)固定極板，分別接在恒壓直流電源的兩極上。當(dāng)紙張從平行極板間穿過(guò)時(shí)，若負(fù)電荷從a向b流過(guò)靈敏電流計(jì)G，則電流計(jì)指針偏向a端；若負(fù)電荷從b向a流過(guò)靈敏電流計(jì)G，則指針偏向b端。某次紙張從平行極板間穿過(guò)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針偏向b端，下列說(shuō)法正確的是()A．兩極板間紙張厚度減小B．兩極板間紙張厚度不變C．兩極板間紙張厚度增加D．以上三種情況都有可能4.如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置可用來(lái)探究影響平行板電容器電容的因素，其中電容器左側(cè)極板B和靜電計(jì)外殼均接地，電容器右側(cè)極板A與靜電計(jì)金屬球相連，使電容器帶電后與電源斷開(kāi)，下列操作能使靜電計(jì)的指針偏角變大的是()A．減小A板與B板之間的水平距離B．將橡膠棒插入A板與B板之間C．A板位置不動(dòng)，將B板稍微豎直向下平移D．將A板也接地5.(多選)如圖，某電容器由兩水平放置的半圓形金屬板組成，板間為真空。兩金屬板分別與電源兩極相連，下極板固定，上極板可以繞過(guò)圓心且垂直于半圓面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。起初兩極板邊緣對(duì)齊，然后上極板轉(zhuǎn)過(guò)10°，并使兩極板間距減小到原來(lái)的一半。假設(shè)變化前后均有一電子由靜止從上極板運(yùn)動(dòng)到下極板。忽略邊緣效應(yīng)，則下列說(shuō)法正確的是()A．變化前后電容器電容之比為9∶17B．變化前后電容器所帶電荷量之比為16∶9C．變化前后電子到達(dá)下極板的速度之比為eq\r(2)∶1D．變化前后電子運(yùn)動(dòng)到下極板所用時(shí)間之比為2∶16.(多選)如圖所示，電容式麥克風(fēng)的振動(dòng)膜是利用超薄金屬或鍍金的塑料薄膜制成的，它與基板構(gòu)成電容器，并與電阻、電池構(gòu)成閉合回路．麥克風(fēng)正常工作時(shí)，振動(dòng)膜隨聲波左右振動(dòng)．下列說(shuō)法正確的是()A．振動(dòng)膜向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容器的板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變B．振動(dòng)膜向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，a點(diǎn)的電勢(shì)比b點(diǎn)的電勢(shì)高C．振動(dòng)膜向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，電阻上有從a到b的電流D．振動(dòng)膜向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，振動(dòng)膜所帶的電荷量減小【素養(yǎng)提升】7.如圖為某一機(jī)器人上的電容式位移傳感器工作時(shí)的簡(jiǎn)化模型圖。當(dāng)被測(cè)物體在左右方向發(fā)生位移時(shí)，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動(dòng)，連接電容器的靜電計(jì)會(huì)顯示電容器電壓的變化，進(jìn)而能測(cè)出電容的變化，最后就能探測(cè)到物體位移的變化，若靜電計(jì)上的指針偏角為θ，則被測(cè)物體()A．向左移動(dòng)時(shí)，θ增加 B．向右移動(dòng)時(shí)，θ增加C．向左移動(dòng)時(shí)，θ不變 D．向右移動(dòng)時(shí)，θ減少8．如圖為某同學(xué)采用平行板電容器測(cè)量材料豎直方向尺度隨溫度變化的裝置示意圖，電容器上極板固定，下極板可隨材料尺度的變化上下移動(dòng)，兩極板間電壓不變．若材料溫度降低時(shí)，極板上所帶電荷量變少，則()A．材料豎直方向尺度減小B．極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變C．極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大D．電容器電容變大9.如圖所示，C1、C2是完全相同的兩個(gè)電容器，P是電容器C1兩極板間的一點(diǎn)，在電容器C2兩極板間插入一塊云母板。閉合開(kāi)關(guān)，電路穩(wěn)定后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。將云母板從C2極板間抽出的過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是()A．P點(diǎn)電勢(shì)升高B．電容器C2的電容增大C．靈敏電流計(jì)中有向右的電流D．電容器C1兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度變小10．(多選)平行板電容器的兩極板A、B接于電池兩極，一個(gè)帶正電小球懸掛在電容器內(nèi)部，閉合開(kāi)關(guān)S，電容器充電，穩(wěn)定后懸線偏離豎直方向夾角為θ，如圖所示．那么()A．保持開(kāi)關(guān)S閉合，帶正電的A板向B板靠近，則θ增大B．保持開(kāi)關(guān)S閉合，帶正電的A板向B板靠近，則θ不變C．開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，帶正電的A板向B板靠近，則θ增大D．開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，帶正電的A板向B板靠近，則θ不變11．利用圖示裝置通過(guò)靜電計(jì)指針偏角的變化情況可以探究有關(guān)平行板電容器問(wèn)題，開(kāi)始時(shí)，兩金屬板A、B豎直平行且正對(duì)，開(kāi)關(guān)S閉合。下列說(shuō)法正確的是()A．若僅將A板緩慢豎直向上平移，則靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度增大B．若S斷開(kāi)后，僅將A板緩慢豎直向上平移，則靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度增大C．若S斷開(kāi)后，僅在A、B板間插入玻璃板，則靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度增大D．若S斷開(kāi)后，僅將A板緩慢水平向左平移，則靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)角度減小12..(多選)如圖為手機(jī)指紋識(shí)別功能的演示，此功能的一個(gè)關(guān)鍵元件為指紋傳感器．其部分原理為：在一塊半導(dǎo)體基板上集成有上萬(wàn)個(gè)相同的小極板，極板外表面絕緣．當(dāng)手指指紋一面與絕緣表面接觸時(shí)，指紋的凹點(diǎn)與凸點(diǎn)分別與小極板形成一個(gè)個(gè)正對(duì)面積相同的電容器，若每個(gè)電容器的電壓保持不變，則下列說(shuō)法正確的是()A．指紋的凹點(diǎn)與小極板距離遠(yuǎn)，電容大B．指紋的凸點(diǎn)與小極板距離近，電容大C．若手指擠壓絕緣表面，電容器兩極間的距離減小，小極板帶電荷量增多D．若用濕的手指去識(shí)別，識(shí)別功能不會(huì)受影響13.如圖所示，將一平行板電容器和二極管串聯(lián)接在直流電源上，二極管具有單向?qū)щ娦?，現(xiàn)將開(kāi)關(guān)閉合等到電路穩(wěn)定．下列說(shuō)法正確的是()A．若增大兩極板間的距離，則電容器電容增大B．若增大兩極板間的距離，則兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小C．若減小兩極板間的距離，則兩極板間的電壓不變D．若減小兩極板間的距離，則電容器的帶電荷量Q減小14.心臟除顫器的工作原理是向儲(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(guò)心臟，刺激心顫患者的心臟，使之恢復(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(shuō)法正確的是()A．這次放電過(guò)程中通過(guò)人體組織的電流恒為70AB．這次放電有0.14C的電荷量通過(guò)人體組織C．若充電至5kV，則該電容器的電容為7μFD．人體起到絕緣電介質(zhì)的作用【能力培優(yōu)】15.如圖所示，兩個(gè)完全相同的平行板電容器水平放置，上極板由導(dǎo)線經(jīng)二極管相互連接，下極板由導(dǎo)線直接連接且接地，開(kāi)始時(shí)兩電容器上極板帶電荷量相等。帶電小球A靜止在左邊電容器的中間位置，另一個(gè)帶電小球B通過(guò)絕緣細(xì)線懸掛在右邊電容器的上極板上，且B球靜止時(shí)距下極板的距離為兩板間距的四分之一。兩球均可視為點(diǎn)電荷。以下說(shuō)法中正確的是（