高考物理總復(fù)習(xí)第8單元靜電場(chǎng)第23講電容器及其應(yīng)用

第23講電容器及其應(yīng)用知識(shí)自查必備

考點(diǎn)互動(dòng)探究

教師備用習(xí)題知識(shí)自查必備【知識(shí)總覽】絕緣又相距很近的導(dǎo)體

【辨別明理】(1)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.(

)(2)電容器的電容與電容器所帶電荷量成反比.(

)(3)放電后的電容器電荷量為零,電容也為零.(

)(4)電容器充電后兩極板帶上等量的異種電荷,電容器中儲(chǔ)存電場(chǎng)能.(

)(5)使電容器帶電的過(guò)程,正電荷由正極板移動(dòng)到負(fù)極板并與負(fù)電荷中和.(

)×√知識(shí)自查必備×××考點(diǎn)一電容器及平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析例1

[2021·華師一附中質(zhì)檢]如圖所示,兩塊相互靠近的平行金屬板組成的平行板電容器,極板N與靜電計(jì)相連,極板M與靜電計(jì)的外殼均接地.用靜電計(jì)測(cè)量平行板電容器兩極板間的電勢(shì)差U.在兩板相距一定距離d時(shí),給電容器充電,靜電計(jì)指針張開(kāi)一定角度.在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,保持電容器所帶電荷量Q不變,下面的操作中將使靜電計(jì)指針張角變大的是(

)A.僅將M板向上平移B.僅將M板向右平移C.僅在M、N之間插入云母板D.僅在M、N間插入金屬板,且不和M、N接觸考點(diǎn)互動(dòng)探究A考點(diǎn)互動(dòng)探究

考點(diǎn)互動(dòng)探究變式

(多選)如圖所示,兩平行金屬板M、N與電源相連,N板接地,在距兩板等距離的P點(diǎn)固定一個(gè)帶負(fù)電的點(diǎn)電荷,則下列說(shuō)法正確的是(

)A.若保持S接通,將M板下移一小段距離,則M板的帶電荷量增加B.若保持S接通,將M板下移一小段距離,則P點(diǎn)的電勢(shì)升高C.若將S接通后再斷開(kāi),將N板下移一小段距離,兩板間場(chǎng)強(qiáng)增大D.若將S接通后再斷開(kāi),將N板下移一小段距離,點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能保持不變AB考點(diǎn)互動(dòng)探究

考點(diǎn)互動(dòng)探究將S接通后再斷開(kāi),將N板向下移動(dòng),間距增大,由C選項(xiàng)知場(chǎng)強(qiáng)不變,由于UNP=EdNP,N與P點(diǎn)之間的距離變大,所以N與P點(diǎn)之間的電勢(shì)差增大,所以P點(diǎn)的電勢(shì)升高,根據(jù)Ep=qφ可知,負(fù)點(diǎn)電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能減小,故D錯(cuò)誤.

考點(diǎn)互動(dòng)探究要點(diǎn)總結(jié)實(shí)驗(yàn)十觀察電容器的充、放電現(xiàn)象考點(diǎn)互動(dòng)探究1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察電容器在充電、放電時(shí)電路中的電流情況,觀察充電、放電過(guò)程中電容器兩極板的電壓情況,以形成對(duì)充電、放電過(guò)程的正確認(rèn)識(shí).2.實(shí)驗(yàn)原理:電流和電壓是無(wú)法用肉眼直接看到的,本實(shí)驗(yàn)借助于電流表和電壓表,根據(jù)電流表的讀數(shù),判斷充電、放電電路中電流的方向和大小變化情況.根據(jù)電壓表的讀數(shù),判斷電容器兩極板電勢(shì)差在充電、放電過(guò)程中的變化情況.電路原理圖如圖所示.考點(diǎn)互動(dòng)探究例2

[2021·臺(tái)州模擬]圖甲是一種測(cè)量電容器電容的實(shí)驗(yàn)電路圖,實(shí)驗(yàn)是通過(guò)對(duì)高阻值電阻放電的方法,測(cè)出電容器充電至電壓U時(shí)所帶電荷量Q,從而求出待測(cè)電容器的電容C.某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的情況如下:A.按圖甲所示的電路圖接好電路;B.接通開(kāi)關(guān)S,調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值,使電流表的指針偏轉(zhuǎn)接近滿刻度,記下此時(shí)電流表的示數(shù)I0=490μA,電壓表的示數(shù)U0=8.0V;C.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),每隔5s或10s測(cè)一次電流i的值,將測(cè)得數(shù)據(jù)填入表格,并標(biāo)示在圖乙的坐標(biāo)紙上(橫坐標(biāo)表示時(shí)間t,縱坐標(biāo)表示電流i),如圖乙中小黑點(diǎn)所示.考點(diǎn)互動(dòng)探究(1)在圖乙中畫(huà)出i-t圖像;[答案]如圖所示[解析]用平滑的曲線連接,作出圖像如圖.考點(diǎn)互動(dòng)探究(2)圖乙中圖像與坐標(biāo)軸所圍成面積的物理意義是

;

在開(kāi)始放電時(shí)電容器所帶的電荷量[解析]由ΔQ=I·Δt知,i-t圖像與坐標(biāo)軸所包圍的面積表示電容器在開(kāi)始放電時(shí)所帶的電荷量.考點(diǎn)互動(dòng)探究(3)該電容器電容為

F(結(jié)果保留2位有效數(shù)字);

1.1×10-3

考點(diǎn)互動(dòng)探究(4)若某同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)把電壓表接在E、D兩端,則電容的測(cè)量值比它的真實(shí)值

(選填“偏大”“偏小”或“相等”).

偏小[解析]電容的測(cè)量值比它的真實(shí)值偏小,原因是若把電壓表接在E、D兩端,則電容器在放電時(shí),有一部分電荷會(huì)從電壓表中通過(guò),從而使得通過(guò)電流表中的電荷量小于電容器的帶電荷量,使電容的測(cè)量值比它的真實(shí)值偏小.考點(diǎn)互動(dòng)探究變式

在測(cè)定電容器電容的實(shí)驗(yàn)中,將電容器、電壓傳感器、阻值為3kΩ的電阻R、電源、單刀雙擲開(kāi)關(guān)按圖甲所示電路圖進(jìn)行連接.先使開(kāi)關(guān)S與1端相連,電源給電容器充電,充電完畢后把開(kāi)關(guān)S擲向2端,電容器放電,直至放電完畢.實(shí)驗(yàn)得到與電壓傳感器相連接的計(jì)算機(jī)所記錄的電壓隨時(shí)間變化的u-t曲線,由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理后記錄得到“峰值”及曲線與時(shí)間軸所圍“面積”的值,如圖乙所示.考點(diǎn)互動(dòng)探究(1)根據(jù)圖甲所示的電路,觀察圖乙可知:充電電流與放電電流方向

(選填“相同”或“相反”),大小都隨時(shí)間

(選填“增加”或“減小”).

相反減小[解析]由電路圖可知,充電和放電時(shí)流過(guò)R的電流方向相反;電壓均隨時(shí)間減小,說(shuō)明電流均隨時(shí)間減小.考點(diǎn)互動(dòng)探究(2)該電容器的電容為

F(結(jié)果保留2位有效數(shù)字).

1.0×10-2

考點(diǎn)互動(dòng)探究要點(diǎn)總結(jié)1.(多選)如圖所示,一平行板電容器充電后與電源斷開(kāi),負(fù)極板接地,C表示電容器的電容、U表示正、負(fù)極板間的電勢(shì)差、Q表示電容器所帶的電荷量、E表示兩板間的場(chǎng)強(qiáng).正極板保持不動(dòng),將負(fù)極板緩慢向左平移一小段距離l0,則圖中關(guān)于各物理量與負(fù)極板移動(dòng)距離x的關(guān)系圖像中正確的是 (

)BD教師備用習(xí)題教師備用習(xí)題

BC教師備用習(xí)題教師備用習(xí)題

3.有一種用高阻值電阻放電法測(cè)電容的實(shí)驗(yàn)方法,是先對(duì)電容器充電,再讓其對(duì)高阻值電阻放電,測(cè)出電容器充電電壓為U0時(shí)所帶的電荷量為Q0,從而求出待測(cè)電容器的電容C.某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟如下:A.按圖甲所示電路圖連接好實(shí)驗(yàn)電路;B.接通開(kāi)關(guān)S,調(diào)節(jié)電阻箱R的阻值,使小量程電流表的指針接近滿偏,記下這時(shí)電流表的示數(shù)I0=540μA及此時(shí)電壓表的示數(shù)U0=6.2V,I0和U0分別是電容器放電的初始電流和電壓;教師備用習(xí)題C.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S,同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),每隔5s或10s測(cè)一次電流I的值,把測(cè)得的數(shù)據(jù)填入預(yù)先設(shè)計(jì)的表格中,再將表格中的數(shù)據(jù)(10組)表示在以時(shí)間t為橫坐標(biāo)軸、電流I為縱坐標(biāo)軸的直角坐標(biāo)系中,如圖乙所示.教師備用習(xí)題(1)在圖乙中作出電容器放電的I-t圖像.教師備用習(xí)題[答案]

如圖所示(2)估算出該電容器兩端的電壓為U0時(shí)所帶的電荷量Q0為

C.

(3)該電容器的電容C約為

F.

教師備用習(xí)題

8.75×10-31.41×10-34.利用電容器通過(guò)高阻值電阻放電可以測(cè)電容器的電容,其電路圖如圖所示,測(cè)量原理如下:電容器充電后,所帶電荷量Q、兩極板間電勢(shì)差U與電容C之間滿足一定的關(guān)系,U可由直流電壓表直接讀出,Q可由電容器放電測(cè)量.使電容器通過(guò)高阻值電阻放電,放電電流隨電容器兩極板間電勢(shì)差U的減小而減小,測(cè)出不同時(shí)刻的放電電流值,直到I=0,作出放電電流I隨時(shí)間t變化的I-t圖像,求出電容器所帶的電荷量,再求出電容器的電容.在某次實(shí)驗(yàn)中,所給實(shí)驗(yàn)器材有:教師備用習(xí)題A.直流電源(8V);B.滑動(dòng)變阻器(0~10Ω);C.滑動(dòng)變阻器(0~10kΩ);D.定值電阻(10Ω);E.定值電阻(10kΩ);F.待測(cè)電容器;G.電流表A;H.電壓表V;I.開(kāi)關(guān)S'和S,導(dǎo)線若干.(1)滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇

,定值電阻應(yīng)選擇

.(均填儀器前面的字母)

教師備用習(xí)題BE[解析]通過(guò)高阻值電阻放電可以測(cè)電容器的電容,因此定值電阻應(yīng)選擇大電阻,即E;根據(jù)電路圖可知,滑動(dòng)變阻器選擇總阻值小的更便于調(diào)節(jié),即B.(2)以放電電流為縱坐標(biāo),以放電時(shí)間為橫坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上作出充電電壓U=8V時(shí)的I-t圖像,如圖所示為一次實(shí)驗(yàn)所得的I-t圖像.估算出電容器在整個(gè)放電過(guò)程中釋放的電荷量Q=

C(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字).

教師備用習(xí)題3.4×10-3[解析]根據(jù)I-t圖像的含義可知圖線