人教版选修3-1-静电场-1.11电容器的动态分析(习题+解析)

高中物理电容器的动态分析（答题时间：30分钟）1.如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部。闭合电键S，小球静止时受到悬线的拉力为F。调节R1、R2，关于F的大小判断正确的是（）A.保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大B.保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小C.保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大D.保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小2.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。一带电油滴位于容器中的P点且恰好处于平衡状态。现将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离（）A.带电油滴将沿竖直方向向上运动B.P点的电势将降低C.带电油滴的电势能将减小D.电容器的电容减小，极板带电量将增大3.平行板电容器C与三个可变电阻器R1、R2、R3以及电源（内阻不可忽略）连成如图所示的电路。闭合开关S待电路稳定后，电容器C两极板带有一定的电荷。要使电容器所带电荷量增加，以下方法中可行的是（）A.只增大R1，其他不变B.只增大R2，其他不变C.只减小R3，其他不变D.只减小a、b两极板间的距离，其他不变4.影响平行板电容器电容的因素有很多，探究时需采用控制变量法。如图，已经充满电的两个极板所带电荷量不变，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θ。实验中，改变电容器的结构，关于可能看到的现象，下列说法正确的是（）A.保持d不变，增大S，则θ变大B.保持d不变，增大S，则θ变小C.保持S不变，减小d，则θ变大D.保持S不变，减小d，则θ不变5.如图，平行板电容器经开关K与电池连接，a处有一带电量非常小的点电荷。K是闭合的，Ua表示a点的电势，f表示点电荷受到的电场力。现将电容器的B板向下稍微移动，使两板间的距离增大，则（）A.Ua变大，f变大B.Ua变大，f变小C.Ua不变，f不变D.Ua不变，f变小6.如图所示，电路中R1、R2均为可变电阻，电源内阻不能忽略，平行板电容器C的极板水平放置。闭合开关S，电路达到稳定时，带电油滴悬浮在两板之间静止不动，如果仅改变下列某一个条件，油滴能向上运动的是（）A.减小R2的阻值B.减小电容器两极板的正对面积C.增大R1的阻值D.减小电容器两板间的距离7.一平行板电容器充电后与电源断开，正极板接地，两板间有一个负试探电荷固定在P点，如图所示，以C表示电容器的电容、E表示两板间的场强、φ表示P点的电势、Ep表示正电荷在P点的电势能，若正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离x0的过程中，各物理量与负极板移动距离x的关系图象正确的是（）8.如图所示，充电后的平行板电容器水平放置，电容为C，极板间的距离为d，上极板正中位置有一小孔。质量为m、电荷量为+q的小球从小孔正上方高h处由静止开始下落，穿过小孔到达下极板处时速度恰为零（空气阻力忽略不计），极板间的电场可视为匀强电场，重力加速度为g。求：（1）小球到达小孔处的速度；（2）极板间电场强度的大小和电容器所带电荷量；（3）小球从开始下落运动到下极板处的时间。9.如图所示，用长L=0.50m的绝缘轻质细线，把一个质量m=1.0g的带电小球悬挂在带等量异种电荷的平行金属板之间，平行金属板间的距离d=5.0cm，两板间电压U=1.0×103V。静止时，绝缘细线偏离竖直方向θ角，小球偏离竖直距离a=1.0cm。（θ角很小，为计算方便可认为tanθ≈sinθ，取g=10m/s2，需要求出具体数值，不能用θ角表示）求：（1）两板间电场强度的大小；（2）判断小球带何种电荷并计算其带电荷量；（3）在图示位置，若将细线突然剪断，小球做何种性质的运动？求加速度a的大小。1.B解析：根据共点力平衡，悬线的拉力F=22)()(Eqmg，R1上没有电流，增大R1，电容器两板间电压不变，E不变，F不变，CD错误；增大R2时，R0上电压降低，E减小，F将减小，A错误，B正确。2.B解析：将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离，根据UEd可知，场强减小，油滴受的电场力减小，故油滴将沿竖直方向向下运动，选项A错误；根据PPUEd可知，P点的电势将降低，选项B正确；由于油滴带负电，根据PPEUq可知油滴的电势能将增加，选项C错误；根据4SCkd可知，电容器的电容C减小，根据Q=CU可知极板带电量将减小，选项D错误；故选B。3.BD解析：电容器两端的电压等于电阻R2两端的电压，故只增大R1，其他不变时，R2两端的电压会减小，根据Q=CU，故电容器带电量减小，选项A错误；只增大R2，其他不变，则R2两端的电压会增大，根据Q=CU，故电容器带电量增大，选项B正确；电容器两端的电压与R3无关，故只减小R3，其他不变，电容器所带电荷量不变，选项C错误；只减小a、b两极板间的距离，根据4SCkd可知，C变大，根据Q=CU，故电容器带电量增大，选项D正确；故选BD。4.B解析：根据C=kds4，保持d不变，增大S，C增大，根据C=UQ，Q不变，U减小，θ变小，A错误、B正确；保持S不变，减小d，C增大，根据C=UQ，Q不变，U减小，θ变小，CD错误；故选B。5.B解析：由于开关K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B极板下移两极板之间的距离增大，根据E=dU可知两极板之间的电场强度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UB=0，又UaB=Ua-UB，所以Ua=UaB增大。而点电荷在a点所受的电场力f=qE，由于E减小，所以电场力f减小。故B正确。故选B。6.CD解析：减小R2的阻值时，电容器两端的电压不变，故油滴仍静止，选项A错误；减小电容器两极板的正对面积，根据dUE可知，两极板的场强不变，故油滴仍静止，选项B错误；因为电容器两板间电压等于R1两端的电压，故增大R1的阻值，则电容器两板间电压变大，则油滴能向上运动，选项C正确；减小电容器两板间的距离，根据dUE可知，两极板的场强增大，故油滴向上运动，选项D正确；故选CD。7.D解析：当负极板右移时，d减小，由4()SCkdx=-可知，C与x图象不能为一次函数图象，故A错误；由QUC=可知，4kdQUS=，则4UkQEdS==，故E与d无关，故B错误；因正极板接地，设P点原来与正极板距离为l，则P点的电势φ=-El不变，故C错误；电势能E=φq=-Eql不变，为水平线，故D正确。8.解：（1）由v2=2gh①得ghv2（2）在极板间带电小球受重力和电场力，有maqEmgadv202得qddhmgE）（②EdUCUQ得qdhmgCQ）（（3）加速过程，有：mgt1=mv…③减速过程，有：（mg-qE）t2=0-mv…④t=t1+t2…⑤联立①②③④⑤式解得：2hdhthg+=。9.解：（1）因为平行金属板之间为匀强电场，由UEd可知：341.0102.010/5.00.01UVEVmdm（2）小球受到的电场力沿电场方向，故小球带正电，则tanqEmg得8tan1.010mgqCE（3）对小球受力分析如图所示小球所受外力为恒力，故由静止开始做匀加速直线运动，由牛顿第二定律知：222()()0.2/Eqmgamsm