考点35 电容器——备战2022年高考物理考点一遍过.docx
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1、内容要求要点解读常见电容器低频考点,了解电容器的构造及充、放电过程,知道工作电压和击穿电压。电容器的电压、电荷量和电容的关系常考点,弄清楚电容的定义式和决定式,知道影响电容的因素,结合场强表达式掌握平行板电容器的两类动态分析:电荷量Q不变型和电压U不变型。一、电容器的充、放电和电容的理解1电容器的充、放电(1)充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两极板带上等量的异种电荷,电容器中储存电场能。(2)放电:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中电场能转化为其他形式的能。2电容(1)定义:电容器所带的电荷量Q与电容器两极板间的电势差U的比值。(2)定义式:。(3)物理意义:表示电容器容纳电荷本
2、领大小的物理量。3平行板电容器(1)影响因素:平行板电容器的电容与正对面积成正比,与介质的介电常数成正比,与两板间的距离成反比。(2)决定式:,k为静电力常量。特别提醒适用于任何电容器,但仅适用于平行板电容器。二、平行板电容器的动态分析1对公式的理解电容,不能理解为电容C与Q成正比、与U成反比,一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的,与电容器是否带电及带电多少无关。2运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路(1)确定不变量,分析是电压不变还是所带电荷量不变。(2)用决定式分析平行板电容器电容的变化。(3)用定义式分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化。(4)用分析电容器两极
3、板间电场强度的变化。3电容器两类问题的比较分类充电后与电池两极相连充电后与电池两极断开不变量UQd变大C变小Q变小、E变小C变小U变大、E不变S变大C变大Q变大、E不变C变大U变小、E变小r变大C变大Q变大、E不变C变大U变小、E变小4解电容器问题的常用技巧(1)在电荷量保持不变的情况下,电场强度与板间的距离无关。(2)对平行板电容器的有关物理量Q、E、U、C进行讨论时,关键在于弄清哪些是变量,哪些是不变量,在变量中哪些是自变量,哪些是因变量,抓住、QCU和进行判定即可。(2020·甘肃省兰州一中高三二模)如图所示,平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接,下极板接地,静电
4、计所带电荷量很少,可被忽略。一带负电油滴被固定于电容器中的P点。现将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离,则()A平行板电容器的电容将变小B静电计指针张角变小C带电油滴的电势能将减少D若先将上极板与电源正极的导线断开,再将下极板向下移动一小段距离,则带电油滴所受电场力不变【参考答案】ACD【详细解析】A将平行板电容器的下极板竖直向下移动一小段距离时,两极板的正对面积S不变,间距d变大,根据关系式电容C减小,A正确;B因为静电计指针的变化表征了电容器两极板电势差的变化,题中电容器两极板间的电势差U不变,所以静电计指针张角不变,B错误;CU不变,极板间距d变大时,板间场强减小,带电油滴所处位
5、置的电势增大,其中为油滴到上极板的距离,又因为油滴带负电,所以其电势能将减少,C正确;D若先将上极板与电源正极的导线断开,再将下极板向下移动一小段距离,则电容器带电荷量Q不变,极板间距d变大,根据,可知可见,极板间场强E不变,所以带电油滴所受电场力不变,D正确。故选ACD。1【2019·浙江诸暨中学高一期中】超级电容器又叫双电层电容器,是一种新型储能装置,它不同于传统的化学电源,是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源。它具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等特点。如图为一款超级电容器,其标有“2.7V,3000F”,则可知A该电容器充电时把电能转化为化
6、学能B该电容器充电时板间的电场强度增大C该电容器容纳电荷的本领较3000pF的电容小D该电容器只有在2.7V电压下,电容才是3000F【答案】B【解析】由于是电容器,充电时把电能存储在电容器中,没有转化为化学能,故A错误;电容器充电时板间的电压增大,距离不变,根据可知,电场强度增大,故B正确;电容是描述电容器容纳电荷本领的物理量,其大小与电压和电量无关,故电容始终为3000F,比3000pF的电容大,故C错误,D错误。2(2020·江苏省如皋中学高三三模)如图所示,一带电小球悬挂在平行板电容器内部,闭合电键S,电容器充电后,细线与竖直方向夹角为,则下列说法正确的是( )A保持电键S闭
7、合,使两极板稍靠近一些,将增大B保持电键S闭合,将滑动变阻器滑片向右移动,将不变C断开电键S,使两极板稍靠近一些,将减小D断开电键S,若将细线烧断,小球将做曲线运动【答案】AB【解析】A、保持电键S闭合时,电容器板间电压不变,两板靠近时,板间距离d减小,由分析得知,板间场强增大,小球所受电场力增大,则增大,A正确;B、保持开关S闭合,使滑动变阻器滑片向右移动时,不会改变电容器两端的电压,由分析得知,板间场强不变,小球所受电场力不变大,则不变,B正确;CD、电键S断开,电容器两端的电荷量不变,由,和得,两板间的场强不变,小球所受电场力不变,即所受合力不变,C错误;小球从静止开始运动,故做匀加速直
8、线运动,D错误;故选AB(2020·四川省高三三模)目前许多国产手机都有指纹解锁功能,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,此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值,然后,电容器放电,电容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充电后在嵴处形成的电容器的电荷量小C在峪处形成的电
9、容器放电较快D潮湿的手指头对指纹识别绝对没有影响【参考答案】C【详细解析】A 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,A错误;BC 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错误,C正确;D 湿的手与传感器之间有水填充,改变了原来匹配成平行板电容器的电容,所以会影响指纹解锁和指纹识别,D错误。故选C。1(2020·天津高三二模)如图所示为某机器人上
10、电容式位移传感器工作的简化模型图。当被测物体在左右方向发生位移时,电介质板随之在电容器两极板之间移动,连接电容器的静电计会显示电容器电压的变化,进而能测出电容的变化,最后就能探测到物体位移的变化,若静电计上的指针偏角为,则被测物体()A被测物体向左移动时,C增大,减小,E增大 B被测物体向左移动时,C减小,增大,E减小C被测物体向右移动时,C增大,减小,E减小 D被测物体向右移动时,C减小,增大,E增大【答案】D【解析】AB当被测物体向左移动时,电介质插入电容器,根据可知电容值C增大,而电容器的带电量保持不变,根据两板间电压U降低,从而静电计张角减小,又根据电容器内部电场强度E减小,AB错误;
11、CD当被测物体向右移动时,电介质抽出电容器,根据可知电容值C减小,而电容器的带电量保持不变,根据两板间电压U增大,从而静电计张角增大,又根据电容器内部电场强度E增大,C错误,D正确。故选D。2如图所示,平行板电容器经开关S与电池连接,电容器间有一点a,到上极板A距离恒定,S是闭合的,表示a点的电势,E表示电场强度,现保持A板不动,将B板向下稍微移动,使两板间的距离增大,则A升高,E变大B升高,E变小C不变,E不变D不变,E变小【答案】B【解析】由于开关S闭合,且电容器两极板始终与电源的两极相连,故电容器两极板之间的电压UAB保持不变,随后B极板下移,两极板之间的距离增大,根据,可知两极板之间的
12、电场强度E减小;由于UAa=EhAa,由于电场强度E减小,故UAa减小,由于UAB=UAa+UaB,所以UaB增大,由题图可知电源的负极接地,故B极板接地,所以B板的电势为0,即B=0,又UaB=Ua-UB,所以=UaB升高,故选B。(2020·北京高三三模)一位同学用底面半径为r的圆桶形塑料瓶制作了一种电容式传感器,用来测定瓶内溶液深度的变化,如图所示,瓶的外壁涂有一层导电涂层和瓶内导电溶液构成电容器的两极,它们通过探针和导线与电源、电流计、开关相连,中间的层塑料为绝缘电介质,其厚度为d,介电常数为若发现在某一小段时间t内有大小为I的电流从下向上流过电流计,设电源电压恒定为U,则下
13、列说法中正确的是()A瓶内液面降低了2kdItUrB瓶内液面升高了2kdItUrC瓶内液面升高了kdItUrD瓶内液面降低了kdItUr【参考答案】A【详细解析】由图可知,液体与瓶的外壁涂的导电涂层构成了电容器,由题目图可知,两板间距离不变;液面高度变化时只有正对面积发生变化;则由C=S4kd 可知,当液面升高时,正对面积S增大,则电容增大,当液面降低时,正对面积S减小,则电容减小。由于电流从下向上流过电流计,可知该时间内电容器上的电荷量减小,由于电势差不变,那么电容的电量减小;瓶内液面降低。t时间内减少的电量:q=It,依据C=QU,可得:q=UC,液面的高度为h时的正对面积:S=2rh,联
14、立解得:h=2kdItUer,故A正确,BCD错误;1(2020·辽宁省高三三模)如图所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地,在两极板间有一个固定点P,以E表示两板间的电场强度,表示P点的电势,表示静电计指针的偏角。静电计所带电量很小,可以忽略不计,若保持下极板不动,将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,则正确的是()A增大,E增大,增大B减小,E不变,不变C减小,E减小,减小D减小,E不变,减小【答案】B【解析】ABCD电容器与电源断开,故电量不变,上极板向下移动时,两板间的距离减小,根据可知,电容C增大,则根据可知,电压U减小,故
15、静电计指针偏角减小,两板间的电场强度因此电场强度与板间距无关,因此电场强度不变,根据P点离下极板间距不变,因此P点的电势不变,ACD错误B正确。故选B。2(多选)传感器是一种采集信息的重要器件,如图所示是一测定压力的电容式传感器,当待测压力F作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生形变,引起电容的变化;将电容器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路,那么A当F向上压膜片电极时,电容将减小B当F向上压膜片电极时,电容将增大C若电流计有示数,则压力F发生变化D若电流计有示数,则压力F不发生变化【答案】BC【解析】AB项:当F向上压膜片电极时,板间距离减小,由电容的决定式得到,电容器的电容将增大,故A错误,B
16、正确;CD项:当F向上压膜片电极时,又根据电容的定义式,电容器两极的电压U不变,电容C增大时,Q将增大,即电容器充电,电流计有示数,故C正确,D错误。故选BC。【名师点睛】本题电容器动态变化分析问题,只要掌握电容的定义式和决定式就能正确解答。1(2020·山东省高三模拟)在如图所示的电路中,电源内阻不能忽略,电流表、电压表都是理想电表,A、B为小灯泡,R1为滑动变阻器,R2为定值电阻,C为电容很大的电容器,闭合开关S后小灯泡均发光。现将滑动变阻器R1的滑片P向右缓慢滑动一段距离,则下列说法正确的是()A电流表的示数减小B电压表的示数增大C小灯泡A、B均变亮D当电路稳定后,断开开关S,
17、小灯泡A、B均立刻熄灭2(2020·河南省高三模拟)如图所示,两块水平放置的平行金属板a、b,相距为d,组成一个电容为C的平行板电容器,R1为定值电阻,R2为可变电阻,开关S闭合.质量为m的带正电的微粒从O点以水平速度v射入金属板问,沿曲线打在b板上的P点若经有关调整后,微粒仍从O点以水平速度v射入,不计空气阻力及板外电场,则下列判断正确的是()A只增大R2,微粒打在P点左侧B只增大R2,微粒仍打在P点CS断开,a板稍微竖直上移,微粒仍打在P点DS断开,a板稍微竖直上移,微粒打在P点左侧3(2020·湖北省高三三模)一般烟雾报警器工作原理如图所示,半衰期为432年的放射性元
18、素镅衰变所释放的射线可使空气分子电离成正、负离子,正、负离子分别向两极板运动,从而产生电流。当烟雾进入探测腔内时,烟雾会吸收部分射线,导致电流减少,外电路探测到两个电极之间电压电流的变化,从而触发警报。根据以上信息,下列说法正确的是() A若图中电流表中电流方向从左向右,则正离子向右极板运动B镅放出的射线只有射线C1 kg的镅经1296年将有125 g发生衰变D根据欧姆定律,理想电流表中的电流与两极板间电压成正比、与两极板之间的电阻成反比4(2020·四川省岳池县第一中学高二月考)目前智能手机普遍采用了电容触摸屏电容触摸屏是利用人体的电流感应进行工作的,它是一块四层复合玻璃屏,玻璃屏
19、的内表面和夹层各涂一层ITO(纳米铟锡金属氧化物),夹层ITO涂层作为工作面,四个角引出四个电极,当用户手指(肉)触摸电容触摸屏时,手指(肉)和工作面形成一个电容器,因为工作面上接有高频信号,电流通过这个电容器分别从屏的四个角上的电极中流出,且理论上流经四个电极的电流与手指到四个角的距离成比例,控制器通过对四个电流比例的精密计算来确定手指位置寒冷的冬天,人们也可以用触屏手套进行触控操作下列说法正确的是()A使用绝缘笔压电容触摸屏也能进行触控操作B为了安全,触屏手套指尖处应该采用绝缘材料C手指按压屏的力变大,手指(肉)和工作面形成的电容器电容变小D手指与屏的接触面积变大,手指(肉)和工作面形成的
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