2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 靜電場(chǎng) 第8節(jié) 電容器的電容學(xué)案 新人教版選修3-1

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1、第8節(jié) 電容器的電容  1.知道電容器的概念,認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的電容器,通過(guò)實(shí)驗(yàn)感知電容器的充、放電現(xiàn)象. 2.理解電容的概念及定義方法,掌握電容的定義、公式、單位,并會(huì)進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算. 3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解影響平行板電容器電容大小的因素,了解平行板電容器的電容公式,知道改變平行板電容器的電容大小的辦法. 一、電容器 1.電容器:兩個(gè)彼此絕緣又相距很近的導(dǎo)體組成一個(gè)電容器. 2.電容器的充電和放電 (1)充電:把電容器的一個(gè)極板與電池組的正極相連,另一個(gè)極板與負(fù)極相連,使電容器兩極板帶上等量異種電荷的過(guò)程叫做充電.充電過(guò)程中由電源獲得的電能儲(chǔ)存在電容器中. (2)放電:用導(dǎo)線把充電后的電

2、容器的兩極板接通,兩極板上的電荷中和,電容器又不帶電了,這個(gè)過(guò)程叫做放電.放電過(guò)程電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能. 二、電容 1.定義:電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極板間的電勢(shì)差U的比值,叫做電容器的電容. 2.定義式:C=. 3.單位:法拉,簡(jiǎn)稱(chēng)法,符號(hào)是F.常用單位還有微法(μF)和皮法(pF),量值關(guān)系:1 F=106μF=1012pF. 4.物理意義:表示電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量. 三、平行板電容器的電容 1.結(jié)構(gòu):由兩塊彼此絕緣、互相靠近的平行金屬板組成,是最簡(jiǎn)單的,也是最基本的電容器. 2.電容的決定因素:平行板電容器的電容與兩平行極板正對(duì)面積S成正比,與電介質(zhì)的相對(duì)

3、介電常數(shù)εr成正比,與極板間距離d成反比. 3.表達(dá)式:C=,式中k為靜電力常量. 四、常用電容器 1.分類(lèi):從構(gòu)造上可分為固定電容器和可變電容器兩類(lèi). 2.額定電壓和擊穿電壓 (1)額定電壓:電容器正常工作時(shí)所能承受的電壓,它比擊穿電壓要?。? (2)擊穿電壓:是電容器的極限電壓,超過(guò)這個(gè)電壓,電容器內(nèi)的電介質(zhì)將被擊穿,電容器將被損壞. 判一判 (1)電容器的帶電量為兩極板所帶電量的絕對(duì)值之和.(  ) (2)電容大的電容器帶電量一定多.(  ) (3)電容器兩極板間的電壓越高,電容就越大.(  ) (4)電容器不帶電荷時(shí),電容為零.(  ) (5)將平行板電容器錯(cuò)

4、開(kāi),使正對(duì)面積減小,電容將減小.(  ) 提示:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ 想一想 某電容器上標(biāo)有“1.5 μF,9 V”的字樣,9 V指什么電壓? 提示:額定電壓. 做一做 用控制變量法,可以研究影響平行板電容器電容的因素,如圖所示.設(shè)兩極板正對(duì)面積為S,極板間的距離為d,靜電計(jì)指針偏角為θ.實(shí)驗(yàn)中,極板所帶電荷量不變,若(  ) A.保持S不變,增大d,則θ變大 B.保持S不變,增大d,則θ變小 C.保持d不變,減小S,則θ變小 D.保持d不變,減小S,則θ不變 提示:選A.靜電計(jì)指針偏角大小體現(xiàn)了電容器兩板間電壓大?。谧鲞x項(xiàng)所示的操作中,

5、電容器所帶電荷量Q保持不變,C==.保持S不變,增大d,則C減小,U增大,偏角θ增大,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;保持d不變,減小S,則C減小,U增大,偏角θ也增大,故選項(xiàng)C、D均錯(cuò).故正確選項(xiàng)為A.  對(duì)電容器工作原理的理解 1.電容由電容器本身的構(gòu)造決定 電容器的電容是反映電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量,用比值C=來(lái)定義,但它卻是由電容器自身的構(gòu)造決定的,與所帶電荷量Q和所加電壓U無(wú)關(guān).即使電容器不帶電,其電容仍然存在,并且是一個(gè)確定的值. 2.兩公式C=與C=的比較 公式 內(nèi)容 C= C= 公式特點(diǎn) 定義式 決定式 意義 對(duì)某電容器Q∝U,但=C不變,反映電容器容納電荷

6、的本領(lǐng) 平行板電容器,C∝εr,C∝S,C∝,反映了影響電容大小的因素 聯(lián)系 電容器容納電荷的本領(lǐng)由來(lái)量度,由本身的結(jié)構(gòu)(如平行板電容器的εr、S、d等因素)來(lái)決定  電容器的充電電流、放電電流都是瞬時(shí)電流,電流迅速變化并消失. 命題視角1 對(duì)電容器充、放電的分析  (多選)關(guān)于電容器的充、放電,下列說(shuō)法中正確的是(  ) A.充、放電過(guò)程中,外電路有瞬時(shí)電流 B.充、放電過(guò)程中,外電路有恒定電流 C.充電過(guò)程中電源提供的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 D.放電過(guò)程中電容器中的電場(chǎng)能逐漸減少 [解析] 充電電流和放電電流都是瞬時(shí)電流,當(dāng)電容器兩極板間電勢(shì)差與電源電壓相等或極板間電勢(shì)

7、差為零時(shí),電流消失,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;充電過(guò)程中電源提供的電能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;放電過(guò)程中電容器中的電場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,選項(xiàng)D正確. [答案] AD 命題視角2 對(duì)電容的理解和計(jì)算  關(guān)于已充上電的某個(gè)平行板電容器,下列說(shuō)法不正確的是(  ) A.兩極板上一定帶異號(hào)電荷 B.兩極板所帶的電荷量一定相等 C.充上的電荷量越多,其電容就越大 D.充上的電荷量越多,兩極板間的電勢(shì)差就越大 [思路點(diǎn)撥] (1)電容器兩極板帶等量的異種電荷. (2)電容由電容器本身決定,與Q、U無(wú)關(guān). [解析] 給電容器充電,電容器兩極板分別帶上等量異號(hào)電荷,A、B正確;電容器的電

8、容大小取決于它的結(jié)構(gòu),與所帶電荷量的多少無(wú)關(guān),C錯(cuò)誤;根據(jù)U=,電容器所帶的電荷量越大,兩極板間的電勢(shì)差越大,D正確. [答案] C 求解電容器電容的兩點(diǎn)注意 (1)電容器的電容可以根據(jù)C=或C=求出,但電容器的電容是電容器的屬性,與電容器所帶電荷量Q以及兩極板間的電壓U均無(wú)關(guān). (2)定義式的推廣式C=,在電壓U變化問(wèn)題中求電容更快捷. 【題組突破】 1.電容器A的電容比電容器B的電容大,這表明(  ) A.A所帶的電荷量比B多 B.A比B能容納更多的電荷量 C.A的體積比B的體積小 D.兩電容器的電壓都改變1 V時(shí),A的電荷量改變比B的大 解析:選D.電容是電容器

9、的固有屬性,由電容器本身的構(gòu)造決定,電容描述了電容器容納電荷的本領(lǐng)(電容器兩極間的電壓每改變1 V所改變電荷量的多少)大小,而不表示容納電荷的多少或帶電荷量的多少,A、B、C錯(cuò)誤,D正確. 2. (2018·日照高二檢測(cè))如圖所示,電源A的電壓為6 V,電源B的電壓為8 V,當(dāng)開(kāi)關(guān)S從A轉(zhuǎn)到B時(shí)(電容器的電容為2 μF),通過(guò)電流計(jì)的電荷量為(  ) A.4×10-6 C      B.12×10-6 C C.16×10-6 C D.28×10-6 C 解析:選D.當(dāng)S接A時(shí),上極板帶正電荷Q1=CU1=2×10-6×6 C=12×10-6 C 當(dāng)S接B時(shí),上極板帶負(fù)電荷Q2

10、=CU2=2×10-6×8 C=16×10-6 C 故流過(guò)電流計(jì)的電荷量Q=Q1+Q2=28×10-6 C.故D正確.  平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題 1.電容器電量不變和電壓不變兩類(lèi)動(dòng)態(tài)問(wèn)題的分析思路 (1)確定不變量.電容器與電源相連時(shí),電壓不變;電容器先充電,后與電源斷開(kāi)時(shí),所帶電荷量不變. (2)用決定式C=分析平行板電容器的電容的變化. (3)用定義式C=分析電容器所帶電荷量或兩極板間電勢(shì)差的變化. (4)用E=分析電容器間場(chǎng)強(qiáng)的變化. 2.兩類(lèi)動(dòng)態(tài)問(wèn)題的分析過(guò)程 (1)第一類(lèi)動(dòng)態(tài)變化:兩極板間電壓U恒定不變 (2)第二類(lèi)動(dòng)態(tài)變化:電容器所帶電荷量Q恒定不變

11、 命題視角1 兩極板間電壓U不變的情況  (多選)如圖所示,電路中A、B為兩塊豎直放置的金屬板,C是一只靜電計(jì),開(kāi)關(guān)S合上后,靜電計(jì)指針張開(kāi)一個(gè)角度,下述做法可使靜電計(jì)指針張角增大的是(  ) A.使A、B兩板靠近一些 B.使A、B兩板正對(duì)面積減小一些 C.?dāng)嚅_(kāi)S后,使B板向右平移一些 D.?dāng)嚅_(kāi)S后,使A、B正對(duì)面積減小一些 [解題探究] (1)Q與U哪個(gè)量保持不變? (2)靜電計(jì)的張角大小代表哪個(gè)物理量的大小? [解析] 靜電計(jì)顯示的是A、B兩極板間的電壓,指針張角越大,表示兩板間的電壓越高.當(dāng)合上S后,A、B兩板與電源兩極相連,板間電壓等于電源電壓不變,靜電計(jì)指針

12、張角不變;當(dāng)斷開(kāi)S后,板間距離增大,正對(duì)面積減小,都將使A、B兩板間的電容變小,而電容器所帶的電荷量不變,由C=可知,板間電壓U增大,從而靜電計(jì)指針張角增大,所以選項(xiàng)C、D正確. [答案] CD 命題視角2 電容器的電荷量Q不變的情況  (多選)如圖所示,用靜電計(jì)可以測(cè)量已充電的平行板電容器兩極板間的電勢(shì)差U,現(xiàn)使B板帶正電,則下列判斷正確的是(  ) A.增大兩極板之間的距離,靜電計(jì)指針張角變大 B.將A板稍微上移,靜電計(jì)指針張角將變大 C.若將玻璃板插入兩板之間,則靜電計(jì)指針張角變大 D.若將A板拿走,則靜電計(jì)指針張角變?yōu)榱? [解析] 電容器上所帶電荷量一定,由公式C

13、=,當(dāng)d變大時(shí),C變小,再由C=得U變大;當(dāng)A板上移時(shí),正對(duì)面積S變小,C也變小,U變大;當(dāng)插入玻璃板時(shí),C變大,U變小;當(dāng)將A板拿走時(shí),相當(dāng)于使d變得更大,C更小,故U應(yīng)更大,故選AB. [答案] AB   【題組突破】 1.(2016·高考全國(guó)卷Ⅰ)一平行板電容器兩極板之間充滿(mǎn)云母介質(zhì),接在恒壓直流電源上.若將云母介質(zhì)移出,則電容器(  ) A.極板上的電荷量變大,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大 B.極板上的電荷量變小,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度變大 C.極板上的電荷量變大,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變 D.極板上的電荷量變小,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變 解析:選D.平行板電容器接在電壓恒定的直流電源上,電容

14、器兩極板之間的電壓U不變.若將云母介質(zhì)移出,電容C減小,由C=可知,電容器所帶電荷量Q減小,即電容器極板上的電荷量減?。捎赨不變,d不變,由E=可知,極板間電場(chǎng)強(qiáng)度E不變,選項(xiàng)D正確. 2.(多選) 如圖所示,平行板電容器的兩個(gè)極板為A、B.B板接地,A板帶有電荷量+Q,板間電場(chǎng)中有一固定點(diǎn)P,若將B板固定,A板下移一些,或者將A板固定,B板上移一些,在這兩種情況下,下列說(shuō)法正確的是(  ) A.A板下移時(shí),P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不變,P點(diǎn)電勢(shì)不變 B.A板下移時(shí),P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不變,P點(diǎn)電勢(shì)升高 C.B板上移時(shí),P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度不變,P點(diǎn)電勢(shì)降低 D.B板上移時(shí),P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度變小,

15、P點(diǎn)電勢(shì)降低 解析:選AC.A板下移與B板上移,兩板間的距離均減小,但此平行板電容器為電荷量不變的電容器,改變兩板間的距離不能改變電場(chǎng)強(qiáng)度的大小及方向,即E不變.因此A板下移時(shí),P點(diǎn)與B板間的電勢(shì)差不變,即P點(diǎn)電勢(shì)也不變;但B板上移時(shí),由于P點(diǎn)與B板的距離減小,因此P、B間的電勢(shì)差減小,即P點(diǎn)電勢(shì)降低,選項(xiàng)A、C正確.  平行板電容器中的力學(xué)問(wèn)題 關(guān)于電容器與力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)相結(jié)合的問(wèn)題,電場(chǎng)強(qiáng)度是聯(lián)系電場(chǎng)問(wèn)題和力學(xué)問(wèn)題的橋梁.分析此類(lèi)問(wèn)題時(shí)應(yīng)注意: (1)若已知電壓、電量或電容的變化情況,應(yīng)先根據(jù)E=或E=分析兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度的變化,然后分析物體的受力情況及運(yùn)動(dòng)情況的變化. (2)

16、若已知物體運(yùn)動(dòng)情況的變化,應(yīng)先根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況分析電場(chǎng)力的變化,由此判斷電場(chǎng)強(qiáng)度的變化,進(jìn)而判斷電壓、電量或電容的變化規(guī)律. 【題組過(guò)關(guān)】 1. (高考全國(guó)卷Ⅱ)如圖,兩平行的帶電金屬板水平放置.若在兩板中間a點(diǎn)從靜止釋放一帶電微粒,微粒恰好保持靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)將兩板繞過(guò)a點(diǎn)的軸(垂直于紙面)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°,再由a點(diǎn)從靜止釋放一同樣的微粒,該微粒將(  ) A.保持靜止?fàn)顟B(tài) B.向左上方做勻加速運(yùn)動(dòng) C.向正下方做勻加速運(yùn)動(dòng) D.向左下方做勻加速運(yùn)動(dòng) 解析: 選D.兩板水平放置時(shí),放置于兩板間a點(diǎn)的帶電微粒保持靜止,帶電微粒受到的電場(chǎng)力與重力平衡.當(dāng)將兩板逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°時(shí)

17、,電場(chǎng)力大小不變,方向逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)45°,受力如圖,則其合力方向沿二力角平分線方向,微粒將向左下方做勻加速運(yùn)動(dòng).選項(xiàng)D正確. 2. 如圖所示,一平行板電容器跟一電源相接,當(dāng)S閉合時(shí),平行板電容器極板A、B間的一帶電液滴恰好靜止.若將兩板間距離增大為原來(lái)的兩倍,那么液滴的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何變化?若先將S斷開(kāi),再將兩板間距離增大為原來(lái)的兩倍,液滴的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又將如何變化? 解析:S閉合時(shí),U不變,d↑,E↓, 即E′=== 合外力F=mg-Eq=mg=ma, 所以a=,方向向下 液滴將向下做初速度為零,加速度為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng).S斷開(kāi)時(shí),電容器上帶的電荷量保持不變, 當(dāng)d′=2d時(shí),由

18、E∝可知,E不變 因此,液滴受力情況不變,仍處于靜止?fàn)顟B(tài). 答案:液滴將向下做初速度為零,加速度為g的勻加速直線運(yùn)動(dòng) 液滴受力情況不變,仍處于靜止?fàn)顟B(tài) [隨堂檢測(cè)] 1.下列關(guān)于電容器及其電容的敘述正確的是(  ) A.任何兩個(gè)彼此絕緣而又相互靠近的導(dǎo)體,就組成了電容器,跟這兩個(gè)導(dǎo)體是否帶電無(wú)關(guān) B.電容器所帶的電荷量是指每個(gè)極板所帶電荷量的代數(shù)和 C.電容器的電容與電容器所帶電荷量成反比 D.一個(gè)固定電容器的電荷量增加ΔQ=1.0×10-6 C時(shí),兩板間電壓升高10 V,則電容器的電容無(wú)法確定 解析:選A.電容器既然是儲(chǔ)存電荷的容器,它里面有無(wú)電荷不影響其儲(chǔ)存電荷的能

19、力,A正確;電容器所帶的電荷量指任一極板電荷量的絕對(duì)值,B錯(cuò)誤;電容器的電容由電容器結(jié)構(gòu)決定,不隨帶電荷量的變化而變化,C錯(cuò)誤;由C==可求電容器的電容,D錯(cuò)誤. 2. 某位移式傳感器的原理示意圖如圖所示,E為電源,R為電阻,平行金屬板A、B和介質(zhì)P構(gòu)成電容器,當(dāng)可移動(dòng)介質(zhì)P向左勻速移出的過(guò)程中(  ) A.電容器的電容變大 B.電容器的電荷量保持不變 C.M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的電勢(shì)低 D.流過(guò)電阻R的電流方向從M到N 解析:選D.當(dāng)可移動(dòng)介質(zhì)P向左勻速移出的過(guò)程中,介電常數(shù)減小,電容器電容變小,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;電容器的電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)不變,電荷量Q=CU減小,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電容器放

20、電,電流方向M→R→N,M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的電勢(shì)高,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確. 3. (2018·江西臨川一中質(zhì)檢)如圖所示是測(cè)定液面高度h的電容式傳感器示意圖,E為電源,G為靈敏電流計(jì),A為固定的導(dǎo)體芯,B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì),C為導(dǎo)電液體.已知靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系為電流從左邊接線柱流進(jìn)電流計(jì),指針向左偏.如果在導(dǎo)電液體的深度h發(fā)生變化時(shí)觀察到指針正向左偏轉(zhuǎn),則(  ) A.導(dǎo)體芯A所帶電荷量在增加,液體的深度h在增大 B.導(dǎo)體芯A所帶電荷量在減小,液體的深度h在增大 C.導(dǎo)體芯A所帶電荷量在增加,液體的深度h在減小 D.導(dǎo)體芯A所帶電荷量在減小,液體的深度h

21、在減小 解析:選D.電流計(jì)指針向左偏轉(zhuǎn),說(shuō)明流過(guò)電流計(jì)G的電流由左→右,則導(dǎo)體芯A所帶電荷量在減小,由Q=CU可知,導(dǎo)體芯A與液體形成的電容器的電容減小,則液體的深度h在減小,故D正確. 4.板間距為d的平行板電容器所帶電荷量為Q時(shí),兩極板間電勢(shì)差為U1,板間電場(chǎng)強(qiáng)度為E1.現(xiàn)將電容器所帶電荷量變?yōu)?Q,板間距變?yōu)閐,其他條件不變,這時(shí)兩極板間電勢(shì)差為U2,板間電場(chǎng)強(qiáng)度為E2,下列說(shuō)法正確的是(  ) A.U2=U1,E2=E1 B.U2=2U1,E2=4E1 C.U2=U1,E2=2E1 D.U2=2U1,E2=2E1 解析:選C.由公式E=、C=和C∝可得E∝,所以Q加倍,E

22、也加倍,再由U=Ed可得U相等,C正確. [課時(shí)作業(yè)] [學(xué)生用書(shū)P123(單獨(dú)成冊(cè))] 一、單項(xiàng)選擇題 1. 如圖所示,為某一電容器中所帶電荷量和兩端電壓之間的關(guān)系圖線,若將該電容器兩端的電壓從40 V降低到36 V,對(duì)電容器來(lái)說(shuō)正確的是(  ) A.是充電過(guò)程 B.是放電過(guò)程 C.該電容器的電容為5.0×10-2 F D.該電容器所帶電荷量的變化量為0.20 C 解析:選B.由Q=CU知,U降低,Q減小,故為放電過(guò)程,A錯(cuò),B對(duì);由C== F=5×10-3 F,可知C錯(cuò);ΔQ=CΔU=5×10-3×4 C=0.02 C,D錯(cuò). 2.一充電后的平行板電容器保持兩極板的

23、正對(duì)面積、間距和電荷量不變,在兩極板間插入一電介質(zhì),其電容C和兩極板間的電勢(shì)差U的變化情況是(  ) A.C和U均增大    B.C增大,U減小 C.C減小,U增大 D.C和U均減小 解析:選B.由公式C=知,在兩極板間插入一電介質(zhì),其電容C增大,由公式C=知,電荷量不變時(shí)U減小,B正確. 3.一個(gè)空氣平行板電容器,極板間距離為d,正對(duì)面積為S,充上電荷量Q后,兩極板間電壓為U,為使電容器的電容加倍,可采用的辦法是(  ) A.將電壓變?yōu)? B.將帶電荷量變?yōu)?Q C.將極板正對(duì)面積變?yōu)? D.將兩極板間距離變?yōu)? 解析:選D.電容器的電容與電容器極板上的電荷量、極板間電壓無(wú)關(guān),

24、故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;由電容的決定式C=可知選項(xiàng)D正確,C錯(cuò)誤. 4. 如圖所示是一只利用電容器電容(C)測(cè)量角度(θ)的電容式傳感器的示意圖,當(dāng)動(dòng)片和定片之間的角度(θ)發(fā)生變化時(shí),電容(C)便發(fā)生變化,于是通過(guò)知道電容(C)的變化情況就可以知道角度(θ)的變化情況.下列圖象中,最能正確反映角度(θ)與電容(C)之間關(guān)系的是(  ) 解析:選B.兩極板正對(duì)面積S=(π-θ)R2,則S∝(π-θ),又因?yàn)镃∝S,所以C∝(π-θ),令C=k(π-θ),解得θ=π-(k為常數(shù)),所以B正確. 5. 如圖所示,將平行板電容器接在電池組兩極間,兩板間的帶電塵埃恰好處于靜止?fàn)顟B(tài).若將

25、兩板緩慢地錯(cuò)開(kāi)一些,其他條件不變,則(  ) A.電容器帶電荷量不變 B.電源中將有電流從正極流出 C.塵埃仍靜止 D.電流計(jì)中將有電流,電流方向b→a 解析:選C.電容器與電池組連接,其電壓不變,帶電塵埃靜止,靜電力與重力平衡,qE=mg,兩極板錯(cuò)開(kāi)時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度不變,故C正確;因電容減小,由Q=CU知電荷量Q減小,電容器放電,電流方向a→b,A、B、D錯(cuò)誤. 6. 如圖所示,平行板電容器的兩極板A、B接于電源兩極,一帶正電的小球懸掛在電容器內(nèi)部,閉合S,電容器充電,這時(shí)懸線偏離豎直方向的夾角為θ,下列說(shuō)法中正確的是(  ) A.保持S閉合,將A板向B板靠近,則θ增大 B.

26、保持S閉合,將A板向B板靠近,則θ不變 C.?dāng)嚅_(kāi)S,將A板向B板靠近,則θ增大 D.?dāng)嚅_(kāi)S,將A板向B板靠近,則θ減小 解析:選A.保持S閉合,則電容器兩極板間的電壓不變,由E=可知,當(dāng)A板向B板靠近時(shí),E增大,θ增大,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;斷開(kāi)S,則兩極板帶的電荷量不變,由Q=CU==E可知,將A板向B板靠近,并不改變極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度,故θ不變,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤. 7. 如圖,一平行板電容器的兩極板與一電壓恒定的電源相連,極板水平放置,極板間距為d;在下極板上疊放一厚度為l的金屬板,其上部空間有一帶電粒子P靜止在電容器中.當(dāng)把金屬板從電容器中快速抽出后,粒子P開(kāi)始運(yùn)動(dòng).重力加速度為

27、g.粒子運(yùn)動(dòng)的加速度為(  ) A.g B.g C.g D.g 解析:選A.帶電粒子在電容器兩極板間時(shí)受到重力和電場(chǎng)力的作用,最初處于靜止?fàn)顟B(tài),由二力平衡條件可得:mg=q;當(dāng)把金屬板從電容器中快速抽出后,電容器兩極板間的電勢(shì)差不變,但兩極板間的距離發(fā)生了變化,引起電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生了變化,從而電場(chǎng)力也發(fā)生了變化,粒子受力不再平衡,產(chǎn)生了加速度,根據(jù)牛頓第二定律ma=mg-q,兩式聯(lián)立可得a=g. 二、多項(xiàng)選擇題 8.一個(gè)電容器的規(guī)格是“100 μF、25 V”,對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)的理解正確的是(  ) A.這個(gè)電容器加上25 V電壓時(shí),電容才是100 μF B.這個(gè)電容器最大電容是10

28、0 μF,當(dāng)帶電荷量較小時(shí),電容小于100 μF C.這個(gè)電容器所加電壓不能高于25 V D.這個(gè)電容器所加電壓可以低于25 V,但電容不變,總是100 μF 解析:選CD.100 μF代表電容器的電容,與所帶電荷量和所加電壓無(wú)關(guān),25 V是指電容器耐壓值為25 V,當(dāng)其兩端電壓超過(guò)25 V時(shí),電容器將被擊穿. 9.連接在電源兩極上的平行板電容器,當(dāng)兩極板間距離減小時(shí)(  ) A.電容器的電容C變大 B.電容器極板的帶電荷量變大 C.電容器兩極板間的電勢(shì)差U變大 D.電容器兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E變大 解析:選ABD.電容器兩極板間距離減小,由C∝得其電容變大,所以A正確;因?yàn)殡?/p>

29、容器連在電源上,所以?xún)蓸O板間的電壓保持不變,故C錯(cuò)誤;由Q=CU得電容器所帶電荷量變大,所以B正確;由E=知,兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)變大,所以D正確. 10. 一平行板電容器充電后與電源斷開(kāi),負(fù)極板接地,在兩極板間有一正電荷(電荷量很小)固定在P點(diǎn),如圖所示,以E表示兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度,U表示電容器的電壓,Ep表示正電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能,若保持負(fù)極板不動(dòng),將正極板移到圖中虛線所示的位置,則(  ) A.U變小,E不變 B.E變大,Ep變大 C.U變小,Ep不變 D.U不變,Ep不變 解析:選AC.電容器充電后與電源斷開(kāi),說(shuō)明電容器帶的電荷量不變.由C∝,U=,推出U∝d,因此正極板向負(fù)

30、極板接近,即d變小時(shí),U變?。挥钟蒃=,U∝d,故E不變,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤.負(fù)極板接地即以負(fù)極板作為零電勢(shì)點(diǎn),電場(chǎng)強(qiáng)度E不變,P點(diǎn)的電勢(shì)不變,正電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能也不變,選項(xiàng)C正確. 三、非選擇題 11. 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U=60 V的恒壓電源上,兩極板間距為d=3 cm,電容器帶電荷量為Q=6×10-8 C,A極板接地.求: (1)平行板電容器的電容C; (2)平行板電容器兩板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度E; (3)距B板為2 cm的P點(diǎn)處的電勢(shì)φP. 解析:(1)由電容定義知 C==F=1×10-9F. (2)兩板之間為勻強(qiáng)電場(chǎng),電場(chǎng)強(qiáng)

31、度大小為 E== V/m=2×103 V/m,方向豎直向下. (3)P點(diǎn)距A板間距離為 dAP=d-dBP=1 cm A與P間電勢(shì)差UAP=EdAP=20 V 又因?yàn)閁AP=φA-φP,φA=0 可得φP=-20 V. 答案:(1)1×10-9F (2)2×103 V/m,方向豎直向下 (3)-20 V 12.如圖所示,兩塊豎直放置的平行金屬板A、B,板間距離d=0.04 m,兩板間的電壓U=400 V,板間電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng).在A、B兩板上端連線的中點(diǎn)Q的正上方,距Q為h=1.25 m的P點(diǎn)處有一帶正電的小球,已知小球的質(zhì)量m=5×10-6 kg,電荷量q=5×10-8 C.

32、設(shè)A、B板足夠長(zhǎng),g取10 m/s2.試求: (1)帶正電的小球從P點(diǎn)開(kāi)始由靜止下落,經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間和金屬板相碰; (2)相碰時(shí),離金屬板上端的距離多大. 解析:(1)設(shè)小球從P到Q需時(shí)間t1,由h=gt得 t1= = s=0.5 s, 小球進(jìn)入電場(chǎng)后其飛行時(shí)間取決于靜電力產(chǎn)生的加速度a,設(shè)小球在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2,則有 qE=ma,E=,=at, 以上三式聯(lián)立,得 t2=d=0.04× s=0.02 s, 運(yùn)動(dòng)總時(shí)間t=t1+t2=0.5 s+0.02 s=0.52 s. (2)小球由P點(diǎn)開(kāi)始由靜止下落,在豎直方向上始終做自由落體運(yùn)動(dòng),在時(shí)間t內(nèi)的位移為 y=gt2=×10×(0.52)2 m=1.352 m. 相碰時(shí),與金屬板上端的距離為 s=y(tǒng)-h(huán)=1.352 m-1.25 m=0.102 m. 答案:(1)0.52 s (2)0.102 m 16

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