重难点14储存电能的工具——电容器- 学霸向前冲高考物理二轮重难点必刷练习题

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重难点14储存电能的工具——电容器  1．计算机键盘每个键下面都连有一块小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一块固定的小金属片，这组金属片组成一个可变电容器。当连接电源不断电，按下某个键时，与之相连的电子线路就给出该键相应的信号，当按下该键时，电容器的（　　）A．极板间的电压变大 B．电容变小C．极板的电量变大 D．极板间的场强变小【答案】C【详解】A．因电容器与电源连接，则电势差不变，故A错误；B．当按键被按下时，两极板间的距离减小，根据电容的决定式知电容增大，故B错误；C．根据知，电荷量变大，故C正确；D．依据，极板间距变小，因不变，则变大，故D错误。故选C。2．如图所示，有一平行板电容器充电后与电源断开，A极板带电荷量为，B极板带电荷量为，电容器的电容为。下列说法正确的是（　　）A．电容器所带电荷量为0B．电容器两极板间电压为3VC．若将正极板A移至虚线位置，电容器电容变小D．若将正极板A移至虚线位置，电容器电压不变【答案】B【详解】A．电容器的带电量为一个极板所带电量的绝对值，所以其带电量为，A错误；B．根据电容公式得B正确；C．根据平行板电容器的电容公式 可知，当极板距离减少时，电容增大，C错误；D．若将正极板A移至虚线位置，电量不变，电容增大，则根据 可知，电压减小。D错误。故选B。3．如图所示，单刀双掷开关S原来跟2相接，从t=0开始，开关改接1，得到流过电路中P点的电流随时间变化的I-t图像（图甲），电容器两极板的电势差UAB随时间变化的图像（图乙）。t=2s时，把开关改接2，则I-t图像和UAB-t图像中画出之后2 s时间内图像的大致形状正确的是（　　） A． B．C． D．【答案】B【详解】AB．开关S接1时，电容器充电，充电完毕，电流为零，再将开关S拨向2位置，开始反向放电，放电完毕后，电流为零，故I-t图像为B图所示，即A错误，B正确；CD．开关S接1时，电容器与电源直接相连，充电结束后，两端电压为电动势，恒定不变，放电过程中，电压逐渐减小，但极板的电性不变，故C D错误。故选B。4．两块大小、形状完全相同的金属平板平行放置，构成一平行板电容器，与它相连接的电路如图所示，接通开关S，电源给电容器充电。则（　　）A．保持S接通，减小两极板间的距离，则两极板间电场的电场强度减小B．保持S接通，在两极板间插入一块介质，则极板上的电荷量减小C．断开S，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差增大D．断开S，在两极板间插入一块介质，则两极板间的电势差减小【答案】D【详解】A．保持S接通，则两板间电压U一定，减小两极板间的距离d，则根据可知，两极板间电场的电场强度变大，选项A错误；B．保持S接通，在两极板间插入一块介质，根据可知电容C变大，根据Q=CU可知，极板上的电荷量增加，选项B错误；C．断开S，则两极板带电量一定，减小两极板间的距离，根据可知电容C变大，根据Q=CU则两极板间的电势差减小，选项C错误；D．断开S，在两极板间插入一块介质，根据可知电容C变大，根据Q=CU则两极板间的电势差减小，选项D正确。故选D。5．如图所示，电容式麦克风的振动膜是利用超薄金属或镀金的塑料薄膜制成，它与基板构成电容器。工作时，振动膜随声波左右振动。下列说法正确的是（　　）A．振动膜向右运动时，电容器的电容减小B．振动膜向右运动时，电阻上有从a到b的电流C．振动膜向左运动时，a的电势比b高D．振动膜向左运动时，电阻上的电压为零【答案】B【详解】AB．振动膜向右运动时，与基板间的距离减小，则电容器的电容变大，根据Q=CU可知，电容器充电，电阻上有从a到b的电流，选项A错误，B正确；CD．振动膜向左运动时，与基板间的距离变大，则电容器的电容变小，根据Q=CU可知，电容器放电，电阻上有从b到a的电流，b的电势比a高，电阻上的电压不为零，选项CD错误；故选B。6．如图所示为2020年8月10日上海东方明珠电视塔利用避雷针“引雷”的情景。若建筑物顶部未安装避雷针，就会产生严重的雷击事故，其原因是阴雨天云层底面产生负电荷，在建筑物顶部感应出正电荷，当云层与建筑物间的电场强度达到一定值时，大气将被击穿而产生闪电。若将云层底面和建筑物顶部简化为平行板电容器的两个极板，已知两板间距离为d，云层底面所带的电荷量为Q，建筑物顶部与云层面积均为S。静电力常量为k、空气的相对介电常数为，由以上条件可知（　　）
 A．云层的电势比建筑物高B．此电容器的电容约为C．两板间电势差约为D．两板间电场强度大小约为【答案】D【详解】A．云层带负电，建筑物带正电，电势比建筑物低，A错误；B．根据电容器的决定式知电容器的电容约为，B错误；C．根据Q=CU可以估算出两板间电势差为，C错误；D．根据U=Ed可知云层底面与地面间的电场强度，D正确。故选D。7．利用如图所示的装置，可以探究影响平行板电容器电容的因素，若电容器充电后与电源断开，则下列对电容器的操作可以使静电计指针偏转角增大是（　　）
 A．向右平移稍许左极板 B．向上平移稍许左极板C．在两极板间插入玻璃板 D．在两极板间插入金属板【答案】B【详解】A．由电容的决定式可知向右平移左极板，电容变大，根据电容的定义式可知电压减小，静电计指针偏转角减小，故A错误；B．向上平移左极板正对面积减小，电容减小，电压增大，静电计指针偏转角增大，故B正确；C．在两极板间插入玻璃板，电容增大，电压减小，静电计指针偏转角减小，故C错误；D．在两极板间插入金属板，电容增大，电压减小，静电计指针偏转角减小，故D错误。故选B。8．当温度从低到高变化时，通常物质会经历固体、液体和气体三种状态，当温度进一步升高，气体中的原子、分子将出现电离，形成电子、离子组成的体系，这种由大量带电粒子（有时还有中性粒子）组成的体系便是等离子体。等离子体在宏观上具有强烈保持电中性的趋势，如果由于某种原因引起局部的电荷分离，就会产生等离子体振荡现象。其原理如图，考虑原来宏观电中性的、厚度为l的等离子体薄层，其中电子受到扰动整体向上移动一小段距离（x≪l），这样在上、下表面就可分别形成厚度均为x的负、正电薄层，从而在中间宏观电中性区域形成匀强电场E，其方向已在图中示出。设电子电量为﹣e（e＞0）、质量为m、数密度（即单位体积内的电子数目）为n，等离子体上下底面积为S．电荷运动及电场变化所激发的磁场及磁相互作用均可忽略不计。（平行板电容器公式，其中ε0为真空介电常量，s为电容器极板面积，d为极板间距）结合以上材料，下列说法正确的是（　　）A．上表面电荷宏观电量为Q＝nexB．上表面电荷宏观电量为Q＝neC．该匀强电场的大小为D．该匀强电场的大小为【答案】D【详解】AB．由于单位体积内的电子数目为n，上表面的体积V＝Sx所以电荷宏观电量为Q＝neV＝nexS故AB错误；CD．根据题意可知平行板电容器公式C＝ε0又由于解得该匀强电场的大小为故C错误、D正确。故选D。9．如图所示，在水平放置两平行金属板M、N之间的P点，固定有一个带电荷量为－q的点电荷，两金属板通过电阻R接到直流电源上，其中N板接地。（　　）A．当保持其它条件不变，而将M板向上移动到某处稳定后与移动前相比，p处点电荷的电势变小B．当保持其它条件不变，而将M板向下移动的过程中，通过R的电流方向是a指向bC．当保持其它条件不变，而将M板向上移动的过程中，金属板带电荷量将增加D．当保持其它条件不变，而将M板向左移动到某处稳定后与移动前相比，p处点电荷的电势能变小【答案】A【详解】A．由于电容器两端的电势差不变，将M板向上移动，d增大，则电场强度减小，pN间的电势差减小，因为N点电势为零，知p点的电势减小，故A正确；B．当保持其它条件不变，而将M板向下移动的过程中，d减小，根据知，电容增大，根据可知，电荷量增大，则通过R的电流b指向a，故B错误；C．当保持其它条件不变，而将M板向上移动的过程中，d增大，根据知，电容减小，根据Q=CU，U不变，则电荷量减小，故C错误；D．当保持其它条件不变，而将M板向左移动，根据可知，板间电场强度不变，p处点电荷的电势能不变，故D错误。故选A。10．在研究电容器的充、放电实验中，把一个电容器、电流传感器、电阻、电源、单刀双掷开关按图甲所示连接。先使开关S与1端相连，电源向电容器充电；然后把开关S掷向2端，电容器放电。电流传感器与计算机连接，记录这一过程中电流随时间变化的i－t图像如图乙所示，图线1表示电容器的充电过程，图线2表示电容器的放电过程。下列选项正确的是（　　）A．图乙中形成图线2的过程，电容器的电容在逐渐减小B．电容器放电过程中释放的电场能等于充电过程中电源释放的电能C．由于电阻R存在，图乙中图线1与横轴所围的面积大于图线2与横轴所围的面积D．图乙中形成图线1的过程中，电容器两极板间电压升高的越来越慢【答案】D【详解】A．在形成电流曲线2的过程中，开关S与2端相连，电容器在放电，在放电的过程中，电容器的电荷量减小，但电容反映电容器本身的特性，与电压和电量无关，电容器的电容保持不变，故A错误；B．充电过程中电源提供的电能部分转化为内能，大部分转化为电容器中的电场能，故B错误；C．根据q=It，可知I－t图线与时间轴围成的面积表示电荷量。由于电容器充电和放电的电量相等，所以曲线1与横轴所围面积等于曲线2与横轴所围面积，故C错误；D．在形成电流曲线1的过程中，开关S与1端相连，电容器在充电，所带电量增大，电容不变，根据可知，两极板电压逐渐增大，由图可知电流变化越来越慢，则电荷量变化越来越慢，故D正确。故选D。11．如图所示为某电容式话筒的原理示意图，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板，薄片P接地，两极板之间有一点A，人对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动，则在P、Q间距增大的过程中（　　）A．电容器的电容增大 B．金属极板上的电荷量不变C．A点的电势降低 D．P、Q间电场强度减小【答案】D【详解】A．由得，两极板间距离增大时，电容器的电容减小，A项错误；B．因为而本题中两板间电压不变，电容减小，故金属极板上的电荷量减小，B项错误；CD．P接地，电势为0，A点电势大于0由得P、Q间电场强度减小，故A点的电势增大，C项错误、D项正确。故选D。 12．如图所示，平行正对金属板水平放置，与电源、开关构成电路，闭合开关，两板间一个带电微粒处于静止状态，微粒的带电量保持不变，则下列判断正确的是（　　）A．微粒一定带负电B．断开开关，微粒会向下运动C．断开开关，再将上板上移一小段距离，微粒会向下运动D．保持开关闭合，上板向上移一小段距离，微粒会向下移动【答案】AD【详解】A．闭合开关达到稳定后，两板间的电场方向竖直向下，在两板间有一带电微粒恰好处于静止状态，则有电场力等于重力，电场力方向向上，那么液滴带负电，A正确；BC．当断开开关，则两极板间的电量不变，根据平行板电容器两极板间场强平行板电容器两极板间场强与板间距没关系，场强不变，根据微粒受到的电场力不变，因此电场力仍等于重力，则微粒仍处于静止状态，BC错误；D．保持开关闭合，两板间电压不变，上板向上移一小段距离，两极板间的距离d增大，根据则场强减小，根据微粒受到的电场力减小，因此电场力小于重力，则微粒会向下移动，D正确。故选AD。13．如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源连接，上极板A接地。一带负电油滴固定于电容器中的P点。现将平行板电容器的下极板B竖直向上平移一小段距离，则（　　）A．电容器的极板带电量将增加B．带电油滴所受电场力不变C．P点的电势将升高D．带电油滴的电势能将增大【答案】AD【详解】A．根据下极板B竖直向上平移一小段距离，减小两极板间的距离，则电容增大，根据电容器和电源相连接，电压不变，则电容器的极板带电量将增加，A正确；B．电容器和电源相连接，电压不变，根据下极板B竖直向上平移一小段距离，减小两极板间的距离，场强增大，根据受到的电场力增大，B错误；C．P点到上极板的距离不变，而场强增大，由P点与上极板间电势差增大，P点的电势小于零，则P点的电势降低，C错误；D．带负电油滴，根据则带电油滴的电势能将增大，D正确。故选AD。14．用下图装置观察阴极射线在电场中的轨迹，有关下列操作和相应现象的推测，正确的是（　　）
 A．加速摇动感应发电机，阴极射线的轨迹会更弯曲B．增加高压感应圈的电压，阴极射线的轨迹会更弯曲C．断开极板与发电机的连线，上极板往上平移，阴极射线的轨迹会更弯曲D．断开极板与发电机的连线，上极板往右平移，阴极射线的轨迹会更弯曲【答案】AD【详解】A．加速摇动感应发电机，则电容器两极板电压变大，则电子在垂直于板方向的加速度变大，位移变大，则阴极射线的轨迹会更弯曲，选项A正确；B．增加高压感应圈的电压，则电子在阴极射线管中水平方向的加速度变大，在管中的运动时间变短，则电子在垂直管方向的位移减小，则阴极射线的轨迹会更平直，选项B错误；C．断开极板与发电机的连线，则极板带电量一定，上极板往上平移，根据可知板间场强不变，则阴极射线的轨迹不变，选项C错误；D．断开极板与发电机的连线，则极板带电量一定，上极板往右平移，根据则板间场强变大，电子在垂直极板方向的位移变大，则阴极射线的轨迹会更弯曲，选项D正确。故选AD。15．如图，平行板电容器AB与直流电源（内阻不计）连接，其中A板与电源的负极相连，以C表示电容器的电容、Q表示电容器的电量、E表示两板间的场强大小、UBA表示两板间的电势差。现将平行板电容器的上极板A板竖直向上移动一小段距离x0过程中，以上的物理量与上极板移动距离x的关系图象中正确的是（　　）
 A． B．C． D．【答案】AD【详解】A．电容器与电源相接时，电容器两极板间的电势差保持不变，所以A正确；B．根据电容器的决定公式 有，电容器的上极板A板竖直向上移动一小段距离x0过程中，d越来越大，电容C越来越小，但它们不是线性关系，所以B错误；C．根据电容器的定义公式 有，电压不变，电容减小，电荷量也是减小的，所以C错误；D．根据场强公式，场强与两极板间距离成反比，所以D正确；故选AD。16．工厂在生产熔喷布时为了实时监控其厚度，通常要在生产流水线上设置如图所示的装置，其中M、N为平行板电容器的上、下两个极板，上、下位置均固定，且分别接在恒压直流电源的两极上，G是灵敏电流计。当熔喷布的厚度变厚导致介电常数变大时（　　）A．M、N平行板电容器的电容增大B．M、N两板间的电压增大C．M、N两板上的电荷量变小D．有电流从a向b流过灵敏电流计【答案】AD【详解】根据可知，当熔喷布的厚度变厚导致介电常数变大时，M、N平行板电容器的电容增大，因电容器接在恒压直流电源的两极上，则两板间电压不变，根据Q=CU可知，两板电量变大，电容器充电，则有电流从a向b流过灵敏电流计。故选AD。17．如图所示，平行板电容器AB通过二极管与电源相连接，二极管具有单向导电性，即电容器只能充电不能放电。有一带电液滴P在电容器中处于静止状态，下列说法正确的是（　　）
 A．把A极板上移一些，液滴p仍然保持静止状态B．把A极板下移一些，液滴p仍然保持静止状态C．如果B极板接地，把A极板上移一些，液滴p的电势能增大D．如果B极板接地，把B极板下移一些，液滴p的电势能减小【答案】AD【详解】若将极板A向上移动少许，板间距离增加，根据电容减小，要放电，但是理想二极管具有单向导电性，不能放电，故是电荷量Q一定，根据　　有故电场强度不变，由则F不变液滴保持静止，故A正确；若将极板A向下移动少许，板间距离减小，电容增加，要充电；而U一定Q增加，根据故E变大，则F变大液滴向上移动，故B错误；CD．如果B极板接地，把A极板上移一些或把B极板下移一些，板间距离增加，电容减小，要放电，但是理想二极管具有单向导电性，不能放电，故电荷量Q一定，根据有E不变，A极板上移时PB距离不变由得PB间电势差不变P点电势不变，液滴p的电势能不变；B极板下移时PB距离变大PB间电势差变大，P点的电势增大，而液滴带负电荷，故电势能减小。故C错误D正确。故选AD。18．目前许多国产手机都有指纹解锁功能，常用的指纹识别传感器是电容式传感器，如图所示。指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同。传感器给所有的电容器充电，达到某一电压值，电容器放电电容值小的电容器放电较快，根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。根据文中信息，下列说法正确的是（　　）
 A．在峪处形成的电容器电容较大 B．在峪处形成的电容器放电较快C．在嵴处形成的电容器电容较大 D．在嵴处形成的电容器放电较快【答案】BC【详解】AC．根据电容的计算公式可得，极板与指纹峪（凹下部分）距离d大，构成的电容器电容小，同理，在嵴处形成的电容器电容较大，选项C正确，A错误；BD． 由于外接电源为所有电容器充到一个预先设计好的电压值，所以所有的电容器电压一定，根据可知，极板与指纹峪（凹的部分，d大，电容小）构成的电容器充上的电荷较少，在放电过程中放电时间短，放电较快；反之，在嵴处形成的电容器电容大，电荷量大，放电时间长，B正确，D错误；故选BC。19．如图所示，两块正对平行金属板与一电压恒定的电源相连，下极接地，下板上叠放有玻璃板，一带电油滴恰好静止于两板间的P点，当把玻璃板从两板间快速抽出，下列说法正确的是（　　）
 A．带电油滴带负电 B．P点的电势保持不变C．带电油滴将加速向下运动 D．会有瞬间电流从a向b流经电阻R【答案】ABD【详解】A．由图可知，上极板带正电，下极板带负电，故两板间电场方向向下，油滴悬浮在两板间，受到的重力与电场力平衡，故电场力向上，带电油滴受力方向与场强方向相反，因此油滴带负电，故A正确；B．当把玻璃板从两板间快速抽出，两板间距离d不变，电压U不变，根据公式可知，两板间电场强度不变，再根据可知，P点与下极板间的电势差不变，下极板接地，电势始终为0，则P点的电势保持不变，故B正确；C．因为两板间电场强度不变，则带电油滴受力情况不变，仍将保持静止，故C错误；D．当把玻璃板从两板间快速抽出，相对介电常数减小，根据电容的决定式可知，电容C减小，又根据可得，电量Q减小，故电容器放电，会有瞬间电流从a向b流经电阻R，故D正确。故选ABD。20．利用如图所示的电路分析平行板电容器的动态变化，已知电源的内阻可忽略不计，为电阻箱，一带正电的小球固定在电容器之间的位置。则下列说法正确的是（　　）A．保持电键闭合，板向下平移少许，小球的电势能减少B．保持电键闭合，将电阻箱的阻值增大，静电计的指针偏角不变C．断开电键，板向下平移少许，静电计的指针偏角增大D．断开电键，板向左平移少许，小球的电势能增大【答案】BD【详解】A．保持电键闭合，则电容器两极板间的电压保持不变，板向下移动，由可知电容器两极板之间的电场强度增大，由于板接地，则板的电势为零，点与板之间的电势差为可知，点的电势升高，则带正电的小球在点的电势能增加，故A错误；B．由电路可知，静电计两端的电压等于电容器两极板之间的电压，保持电键闭合，调节电阻箱的阻值，电容器两极板之间的电压不变，则静电计的指针保持不变，故B正确；C．断开电键，电容器所带的电荷量保持不变，板向下移动，由可知电容器的电容变大，又，由以上可知电容器两极板间的电压减小，则静电计的指针偏角减小，故C错误；D．断开电键，电容器所带的电荷量保持不变，板向左移动，则电容器的电容减小，由于两极板之间的距离保持不变，则两极板间的电压增大，电场强度增大，点的电势升高，带电小球的电势能增大，D正确。故选BD。