模型22电容器的动态分析(教师版含解析)-备战2021年高考物理模型专题突破
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1、22 电容器的动态分析 1(2020 天津滨海新 油田三中高二期中)如图所示,平行板电容器的两极板接于电池两极,一带电小球悬挂 在电容器内部, 闭合电键 k, 电容器充电, 这时悬线偏离竖直方向的夹角为 , 则下述说法正确的是( ) A电键 k断开,A 板向 B板靠近,则 增大 B电键 k 断开,A板向上移动,则 增大 C保持电键 k 闭合,A板向 B 板靠近,则 变小 D保持电键 k闭合,A 板向上移动,则 变小 【答案】B 【详解】 A若断开 K,电容器带电量保持不变,由 4 S C kd 和 Q C U 以及 U E d 可得 4kQ E S 由于 Q、S不变,A 板向 B板靠近,虽然
2、d 变小,但电场强度不变,故电场力不变,则不变,故 A错 误; B若断开 K,由 4 kQ E S 得,Q 不变,A 板向上移动,S 变小,E变大,则变大,故 B正确; C若保持 K闭合,则电容器两极板之间的电压保持不变,因此根据 U E d 可知,当将 A板向 B板靠近 时,d 变小,电场强度增大,则电场力增大,将增大,故 C 错误; D若保持 K闭合,则电容器两极板之间的电压保持不变,因此根据 U E d 可知,A 板向上移动,d 不 变,电场强度不变,则电场力不变,将不变,故 D错误。 故选 B。 2(2020 安阳市殷都区第二高级中学高二期中)如图所示,电容器与一稳定的电源连接后,保持
3、两极板间距 不变而将极板相互错开一些,关于极板错开前后,下列判断中正确的是( ) A电容器的电容增大 B电容器两极板的电场强度变大 C电容器两极板间的电势差不变 D电容器储存的电荷量不变 【答案】C 【详解】 A、根据电容器的决定式 4 rS C kd 可知保持两板间距不变,相互错开,极板正对面积减小,电容减小,故 A 错误; BC、合上开关 S后,电容器与电源保持相连,板间的电势差仍等于电源电动势,保持不变。由于板间距 d 不变,根据 U E d 可知板间的电场强度不变,B 错误,C正确; D、因电容减小,电压不变,则由 QUC 可知,电容器储存的电荷量减小,D错误。 故选 C。 3(202
4、0 甘肃兰州一中高二期中)如图所示,设两极板正对面积为 S,极板间的距离为 d,静电计指针偏角 为 。实验中,极板所带电荷量不变,若( ) A保持 S不变,增大 d,则 不变 B保持 S 不变,增大 d,则 变小 C保持 d 不变,减小 S,则 变大 D保持 d不变,减小 S,则 不变 【答案】C 【详解】 由电容公式 Q C U 4 S C kd 解得 4 kdQ U S AB. 极板所带电荷量不变,保持 S不变,增大 d,U增大,则 增大,AB 错误; CD. 极板所带电荷量不变,保持 d不变,减小 S,U增大,则 变大,C正确,D 错误。 故选 C。 4(2020 黑龙江大庆一中高二月考
5、)如图所示,平行板电容器通过一滑动变阻器 R与直流电源连接,G 为一零 刻度在表盘中央的灵敏电流计,闭合开关 S 后,下列说法正确的是( ) A若只在两板间插入电介质,电容器的两板间电压将增大 B若只在两板间插入电介质,电容器的电容将保持不变 C若只将滑动变阻器滑片 P 向上移动,电容器储存的电量将增加 D若只将电容器下极板向下移动一小段距离,此过程电流计中有从 a 到 b方向的电流 【答案】C 【分析】 闭合开关 S 后, 电容器板间电压等于变阻器下部分电阻的电压, 保持不变 将开关 S 断开, 电容器放电, 知电量的变化若只将电容器下极板向下移动一小段距离,分析电容的变化,判断电量的变化,
6、分析电 路中电流的方向若只将滑动变阻器滑片 P 向上移动,电压增大 【详解】 A、B项:闭合开关 S后,电容器板间电压等于变阻器下部分电阻的电压,保持不变,若只在两板间插 入电介质,电容器的电容将增大故 A、B 错误; C项: 若只将滑动变阻器滑片 P 向上移动, 电容器极板间电压增大, 则电容器所带电荷增多, 故 C 正确; D项:若只将电容器下极板向下移动一小段距离,板间距离增大,电容减小,而电压不变,则电容器所 带电量减小, 电容器放电 由于上极板带正电, 所以此过程电流计中有从 b到 a 方向的电流, 故 D错误 故应选:C 【点睛】 本题电容器动态变化分析问题,关键是确定电容器的电压
7、电路稳定时,电容器所带电路无电流,只有 在充电或放电过程中电容器所在电路有电流 5如图,水平放置的平行板电容器上极板带正电,所带电荷量为 Q,板间距离为 d,上极板与静电计相连, 静电计金属外壳和电容器下极板都接地。在两极板正中间 P 点有一个静止的带电油滴,所带电荷量绝对 值为 q。静电力常量为 k,下列说法正确的是( ) A油滴带正电 B油滴受到的电场力大小为 2 4kQq d C若仅将上极板平移到图中虚线位置,则油滴将加速向上运动 D若仅将上极板平移到图中虚线位置,则静电计指针张角减小 【答案】D 【详解】 A根据受力分析知,油滴受重力和电场力,因为油滴受力平衡,因此可判断油滴带负电,所
8、受电场力 竖直向上,故 A错误; B因为油滴处于匀强电场中,因此只能用匀强电场公式,根据平行板电容器公式可得 Q C U UEd 可得 Qq FEq Cd 故 B 错误; C电场力 4qUkqQ FqE dS 可知电场力与两极板距离 d 无关,若仅将上极板平移到图中虚线位置,所受电场力不变,因此油滴仍静 止不动,故 C 错误。 D平行板电容器电荷量不变,根据公式 4 S C kd Q U C 因此将上极板平移到图中虚线位置, 间距变小, 电容变大, 电压变小, 静电计指针张角变小, 故 D 正确; 故选 D。 6(2020 江西南昌二中高二期中)如图所示,平行板电容器与直流电源、理想二极管(正
9、向电阻为零可以视 为短路,反向电阻无穷大可以视为断路)连接,电源负极接地初始电容器不带电,闭合开关稳定后,一 带电油滴位于容器中的 P点且处于静止状态下列说法正确的是( ) A将下极板下移,则 P点的电势升高 B将上极板下移,则 P点的电势不变 C减小极板间的正对面积,带电油滴保持静止,但 P 点的电势会降低 D减小极板间的正对面积,带电油滴将向上运动 【答案】D 【详解】 二极管具有单向导电性,闭合开关后电容器充电,电容器的电容= 4 rS C kd , Q C U ,极板间的场强 U E d ,整理可得 4 r UkQ E dS A将下极板下移,d 变大,由= 4 rS C kd 可知 C
10、 变小,由于二极管具有单向导电性,电容器不能放电, 由 4 r k S E Q 可知电容器两极板间的电场强度不变,上极板与 P 点之间距离不变,根据 PP UEd 上上 , 可知上极板与 P点电势差不变,再由 PP U 上上 ,其中上极板电势不变,则可知 P点电势不变,故 A错误; B将上极板下移,d变小,由= 4 rS C kd 可知 C变大,两极板电势差不变,根据 U E d 知两板间电场强 度变大, P 点与下极板之间距离不变,根据 PP UEd 下下,可知上极板与 P点电势差变大,再由 PP U 下下,其中下极板电势不变,则可知 P 点电势升高,故 B错误; CD根据= 4 rS C
11、kd ,减小极板间的正对面积,电容 C 减小,由于二极管具有单向导电性,而图中电容 器只能充电不能放电,由 4 r k S E Q 可知电容器两极板间的电场强度变大,油滴所受电场力变大,带电 油滴将向上运动,上极板与 P 点之间距离不变,根据 PP UEd 上上 ,可知上极板与 P点电势差变大,再 由 PP U 上上 ,其中上极板电势不变,则可知 P点电势会降低,故 C错误,D 正确。 故选 D。 7(2020 安徽池州一中高二期中)如图所示,竖直放置的带电平行板电容器与一静电计相连,一带电小球用 绝缘细线悬挂于平行板间处于静止状态,小球与竖直方向的夹角为 ,此时 A 极板带负电,B 极板带正
12、 电。则下列判断正确的是( ) A轻轻将细线剪断,小球将做斜抛运动 B若将 A极板向左平移稍许,电容器的电容将增大 C若将 A极板向上平移稍许,夹角 将变小 D若将 A极板向下平移稍许,静电计指针偏角增大 【答案】D 【详解】 A轻轻将细线剪断,小球将沿重力与电场力的合力方向做初速度为零的匀加速直线运动,故 A错误; B充电后与电源断开,电荷量不变,由公式 4 S C kd 可知,若将 A极板向左平移稍许,即d增大, 则电容器的电容将减小,故 B 错误; C充电后与电源断开,电荷量不变,由公式 4 S C kd 可知,若将 A极板向上平移稍许,即 S减小,则 电容减小,由 Q C U 可知,则
13、电势差增大,由公式 U E d 可知,场强增大,小球受到的电场力增大, 则夹角 将变大,故 C 错误; D充电后与电源断开,电荷量不变,由公式 4 S C kd 可知,若将 A 极板下平移稍许,即 S 减小,则 电容减小,由 Q C U 可知,则电势差增大即静电计指针偏角增大,故 D 正确。 故选 D。 8(2020 甘肃天水 高二期中)如图所示,三块平行放置的带电金属薄板 A、B、C中央各有一小孔,小孔分 别位于 O、M、P点,由 O 点静止释放的电子恰好能运动到 P点,现将 C板向右平移到 P点,则由 O点 静止释放的电子 A运动到 P 点返回 B运动到 P 和 P点之间返回 C运动到 P
14、点返回 D穿过 P点 【答案】A 【详解】 设 A、B板间的电势差为 U1,B、C 板间的电势差为 U2,板间距为 d,电场强度为 E,第一次由 O点静止 释放的电子恰好能运动到 P 点,根据动能定理得:qU1=qU2=qEd,将 C板向右移动,B、C板间的电场强 度 22 4 4 Q UQkQC E S ddS d kd ,E 不变,所以电子还是运动到 P 点速度减小为零,然后返回,故 A 正确;BCD错误 9(2020 北京丰台 高二期中)电容器是一种重要的电学元件,它能够储存电荷。电容器储存电荷的特性用电 容表征。如图所示,在研究电容器充、放电的实验中,使开关 S掷向 1端,电源 E对电
15、容器 C充电。关 于电容器,下列说法正确的是( ) A电容器所带的电荷量越多,电容就越大 B电容器所带电荷量为 0时,电容就为 0 C电容器所带电荷量减小为原来一半时,两极板间的电压就变为原来的 2倍 D电容器的电容在数值上等于两极板间的电压为 1 V 时电容器需要带的电荷量 【答案】D 【详解】 AB电容器的电容是由电容器本身的内部结构决定的,与电容器带电量无关,选项 AB错误; C根据 Q C U 可知,电容器电容不变,当电容器所带电荷量减小为原来一半时,两极板间的电压就变为原来的一半, 选项C错误; D根据 Q C U 可知,电容器的电容在数值上等于两极板间的电压为 1 V 时电容器需要
16、带的电荷量,选项 D正确。 故选 D。 10(2020 北京丰台 高二期中)电容器是一种重要的电学元件,它能够储存电荷。电容器储存电荷的特性用 电容表征。如图所示,在研究电容器充、放电的实验中,使开关 S 掷向 1 端,电源 E 对电容器 C 充电。 下列图像中,能正确反映电容器充电过程中电流与时间、电荷量与电压关系的是( ) A B C D 【答案】A 【详解】 AB 充电过程中随着电容器电荷量的增加, 充电电流越来越小, 充满以后电流为零, 故 A正确, B错误; CD根据 Q C U 可知,电容器的电容大小不变,则qU图象是一条过原点的直线,故 CD错误。 故选 A。 11(2020 四
17、川阆中市川绵外国语学校高二期中)如图所示,一平行板电容器与电源 E和电流表相连接,接 通开关 S,电源即给电容器充电,下列说法中不正确的是( ) A保持 S接通,使两极板的面积错开一些(仍平行),则两极板间的电场强度减小 B保持 S接通,减小两极板间的距离,则电流表中有从左到右的电流流过 C断开 S,增大两极板间的距离,则两极板间的电压增大 D断开 S,在两极板间插入一块电介质板,则两极板间的电势差减小 【答案】A 【详解】 A保持开关 S接通,电容器上电压 U 保持不变,正对面积 S 减小时,由 U E d 可知 U和 d 都不变,则场强 E 不变,A错误,符合题意; B减小距离 d 时,由
18、 4 S C kd 可知电容 C增大,因为开关 S接通 U 不变,由 QCU 得电荷量 Q将增大,故电容器充电,电路中有充 电电流,电流表中有从左到右的电流流过,B正确,不符合题意; C断开开关 S后,电容器的电荷量 Q保持不变,当 d 增大时,由 4 S C kd 可知电容 C减小,由 Q C U 可得电压 U将增大,C正确,不符合题意; D插入电介质,增大,由 4 S C kd 可知电容 C增大,因为断开 S后 Q不变,由 Q C U 知电压 U 将减小,D正确,不符合题意。 故选 A。 12(2020 河南高二月考)电源、开关、平行板电容器连成如图所示电路,上极板接地。闭合开关 S,电源
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