（11）探究影响平行板电容器电容的因素——2024届高考物理一轮复习实验大通关
1.如图所示的实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素，
（1）影响平行板电容器电容的因素有________、________、________。（2）下列说法正确的是( )
A.静电计是用来观察电容器电压的变化 B.静电计是用来测量电容器电荷量的变化C.静电计可以用电压表替代 D.静电计可以用电流表替代
2.研究与平行板电容器电容有关因素的实验装置如图所示，极板a与静电计相连，极板b接地。
（1）实验中，只在极板间插入有机玻璃板，静电计指针的张角________（填“变大”“变小”或“不变”）。
（2）实验中，只在极板间插入金属板，静电计指针的张角________（填“变大”“变小”或“不变”）。
（3）实验中，只增加极板带电荷量，静电计指针的张角_______（填“变大”“变小”或“不变”）。
（4）静电计_______（填“能”或“不能”）用电流表或电压表代替。
3.如图是某实验小组定性探究平行板电容器的电容C与其极板间距离d、极板间正对面积S之间的关系的装置图。充电后与电源断开的平行板电容器的A板与静电计相连，B板和静电计金属壳都接地，A板通过绝缘柄固定在铁架台上，人手通过绝缘柄控制B板的移动。请回答下列问题：
（1）本实验采用的科学方法是__________。
A.理想实验法 B.控制变量法 C.等效替代法 D.建立物理模型法
（2）在该实验中，静电计的作用是__________。
A.测定该电容器两极板间的电势差变化 B.测定该电容器的电容
C.测定该电容器的电荷量 D.测定false两板之间的电场强度
（3）在实验中可观察到的现象（选填“变大”“变小”或“不变”）：
①甲图中的手水平向左移动增大极板间距离d时，静电计指针的张角___________，
②乙图中的手竖直向上移动减小极板间正对面积S时，静电计指针的张角___________。
（4）通过以上实验可归纳得到的结论是：___________。
4.如图为研究与平行板电容器电容有关的因素的实验装置。
（1）同时闭合开关false，调节滑动变阻器滑片，使静电计指针有一定的张角，然后只向右移动A极板，则静电计指针的张角_______；若保持极板false不动而只将滑动变阻器的滑片P向D端移动，则静电计指针的张角_____（均填“变大”“变小”或“不变”）
（2）在静电计指针有明显张角的情况下，将开关false断开，通过移动极板A或在极板false间插入电介质，下列说法正确的是________（填正确答案标号）。
A.断开开关false后，静电计的指针闭合，电容器的电容变为0
B.只将电容器A极板向上平移，静电计指针的张角变小
C.只在极板false间插入玻璃板，静电计指针张角变小
D.只将电容器A极板向B极板靠近，静电计指针的张角变小，表明电容增大
5.电容器作为储能器件，在生产生活中有广泛的应用。对给定电容值为C的电容器充电，无论采用何种充电方式，其两极间的电势差u随电荷量q的变化图像都相同。
（1）请在图1中画出上述false图像。类比直线运动中由false图像求位移的方法，求两极间电压为U时电容器所储存的电能false。
（2）在如图2所示的充电电路中，R表示电阻，E表示电源（忽略内阻）。通过改变电路中元件的参数对同一电容器进行两次充电，对应的false曲线如图3中①②所示。
a.①②两条曲线不同是_______（选填E或R）的改变造成的；
b.电容器有时需要快速充电，有时需要均匀充电。依据a中的结论，说明实现这两种充电方式的途径。
（3）设想使用理想的“恒流源”替换（2）中电源对电容器充电，可实现电容器电荷量随时间均匀增加。请思考使用“恒流源”和（2）中电源对电容器的充电过程，填写下表（选填“增大”、“减小”或“不变”）。
“恒流源”
（2）中电源
电源两端电压
通过电源的电流
6.如图所示是探究影响平行板电容器电容大小因素的实验装置，充电后的平行板电容器与电源断开，极板A与静电计相连，极板B接地。
（1）若将极板B向上平行移动一小段距离，则将观察到静电计指针偏角______（填“增大”“减小”或“不变”），说明平行板电容器的电容随极板正对面积S减小而减小。
（2）若将极板B向左平行移动一小段距离，则将观察到静电计指针偏角增大，说明平行板电容器的电容随板间距离d增大而_________（填“增大”“减小”或“不变”）；B极板向左移动后，false间的电场强度__________（填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）关于此实验装置中的静电计，下列说法中正确的是___________。（选填选项前面的字母）
A.静电计指针偏角的大小反映了平行板电容器所带电荷量的多少
B.静电计指针偏角的大小反映了平行板电容器两板间电压的大小
C.静电计的外壳与B板相连接后可不接地
D.可以用量程为0~3 V的电压表替代静电计
（4）让平行板电容器正对的两极板带电后，静电计的指针偏转一定角度。不改变false两板所带电荷量，且保持两板在竖直平面内。现要使静电计指针偏角变小，下列做法中可行的是__________。（选填选项前面的字母）
A.保持B板不动，A板向上平移
B.保持B板不动，A板向右平移
C.保持false两板不动，在false之间插入一块绝缘介质板
7.如图甲所示的实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素，其中电容器左侧极板和静电计外壳均接地，电容器右侧极板与静电计金属球相连，使电容器带电后与电源断开。
（1）影响平行板电容器电容的因素有________，本实验采用的科学方法是________。
A.两极板的正对面积 B.两板间距离
C.电介质的介电常数 D.极板的材料
E.类比法 F.控制变量法
G.假设法 H.等效替代法
（2）某位同学用如图乙所示电路研究电容器电容与哪些因素有关。false为平行板电容器的金属板，G为静电计，开始时开关S闭合，静电计指针张开一定角度；若保持开关S闭合，将false两极板间距变大些，指针张开角度将________。（选填“变大”“变小”或“不变”）。
8.（1）某实验小组利用控制变量法研究影响平行板电容器电容大小的因素.如图甲所示，保持Q和d不变，若使两极板的正对面积S变小，则静电计指针偏转的角度_______（填“变大”“变小”或“不变”）；然后保持Q和S不变，改变两极板间距d；再保持false不变，插入电介质等，通过静电计指针偏转角度的变化，从而判断电容的变化.
（2）如图乙所示，某同学利用传感器观察电容器的放电过程，得到的电容器放电的false图像如图丙，实验所使用的电源电压为8 V，根据false图像判断电容器在全部放电过程中释放的电荷量最接近false______C（填“0.018”“0.003”或“0.001”），可估算得出电容器的电容false_______F.
答案以及解析
1.答案：（1）两极板的正对面积；两板间距离；电介质的相对介电常数
（2）A
解析：（2）静电计可测量电势差，根据指针张角的大小，观察电容器两极板电压的变化情况，无法判断电荷量的变化情况，故A正确，B错误；电压表、电流表与静电计的原理不同，不能替代。电流表、电压表中必须有电流通过时，指针才偏转。故C、D错误。
2.答案：（1）变小
（2）变小
（3）变大
（4）不能
解析：（1）根据false，只在极板间插入有机玻璃板，则介电系数false增大，则电容C增大，根据false可知，电荷量Q不变，则电压U减小，则静电计指针的张角变小；
（2）根据false，只在极板间插入金属板，则两极板间距离减小，则电容C增大，根据false可知，电荷量Q不变，则电压U减小，则静电计指针的张角变小；
（3）根据false可知，电荷量Q增大，电容C不变，则电压U也会增大，指针张角变大；
（4）静电计与电压表、电流表的原理不同，不能用电压表或电流表替代静电计。
3.答案：（1）B
（2）A
（3）①变大
②变大
（4）见解析
解析：（1）探究电容大小与多种因素的关系，采用的是控制变量法，故选B。
（2）该实验中静电计是为了测定该电容器两极板间的电势差，从而反映出电容器电容大小的变化，故选A。
（3）①甲图中的手水平向左移动，增大极板间距离d时，由false可知，电容器电容C减小，又由于Q不变，则由false可知，U变大，则静电计指针的张角变大。
②乙图中的手竖直向上移动减小极板间正对面积S时，由false可知，电容器电容C减小，又由于Q不变，则由false可知，U变大，则静电计指针的张角变大。
（4）由实验现象归纳总结可得：平行板电容器极板间距d越大，电容C越小；两板间的正对面积S越小，电容C越小。
4.答案：（1）不变；变小
（2）CD
解析：（1）电路简化示意图如图所示，
静电计指针张角大小显示电容器两极板间的电势差，电势差越大，静电计指针张角越大。电容器充电后与电路连接，电路结构不变，若只改变极板间距离或正对面积，电容器两极板间的电势差不变，故静电计指针张角不变；滑动变阻器全部接入电路中与电源串联，电容器两端电压与false间电压相等，将滑动变阻器的滑片P向D端移动时，电容器两端的电压减小，故静电计的指针张角变小。
（2）断开开关false后，电容器与外电路断开，电容器极板上的电荷量不变，且电容器的电容与电荷量无关，电容器的电容由电容器本身的性质决定，而电容器本身的性质未变，故电容器的电容不变，故A错误；断开开关false后，电容器极板上的电荷量不变，将A极板上移时，正对面积减小，由false知电容的电容减小，由false，可知电容器极板间电势差增大，所以静电计指针张角变大，故B错误；而在极板间插入玻璃板时，电容器的电容增大，由false可知电容器极板间电势差减小，所以静电计指针张角变小，故C正确；将A极板向右靠近B极板，极板间距离d减小，由false知电容器的电容增大，由false可知电容器极板间电势差减小，所以静电计指针张角应减小，故D正确。故选C、D。
5、（1）答案：false图线如图；false
解析：由于false是与电压u、电荷量q无关的常量，故false图线为过原点的直线。false图线如答案图。
电压为U时，电容器带电荷量为Q，图线和横轴围成的面积为所储存的电能false，又false，故false。
（2）答案：a.R；b.减小电阻R，可以实现对电容器更快速充电；增大电阻R，可以实现更均匀充电。
解析：a.电容器充电完毕后两极板间电压等于电源电动势，由图3可知电容器充电完毕时所带电荷量相同，由false可知电源电动势相同，故曲线不同是由R不同造成的。
b.对同一电容器，在确定电源下充电时，电容器最终所带电荷量是一定的，故同样电压下电阻越小时电流越大，充电就越快；电阻越大时电流越小，同样长的时间内电容器所带电荷量的变化越小，电流变化越慢，充电过程越平缓。
（3）答案：
“恒流源”
（2）中电源
电源两端电压
增大
不变
通过电源的电流
不变
减小
解析：对于“恒流源”，电路中电流不变，电源两端电压false随电容器两端电压增大而增大；对于（2）中电源，由于内阻不计，故其两端电压等于电动势而保持恒定，通过电源的电流满足false，即false，可见电流会随着电容器两端电压的增大而减小。
6.答案：（1）增大
（2）减小；不变
（3）BC
（4）C
解析：（1）若极板B稍向上移动一点，极板正对面积减小，由电容的决定式false分析知电容减小，电容器的电荷量不变，根据电容的定义式false可知，极板间的电压U增大，则静电计指针偏角增大，此实验说明平行板电容器的电容随正对面积的减小而减小。
（2）若极板B稍向左移动一点，板间距离增大，由电容的决定式false分析知电容减小，电容器的电荷量不变，根据电容的定义式false可知，极板间的电压U增大，则静电计指针偏角增大，此实验说明平行板电容器的电容随极板间距离的增大而减小；依据false及false，则有电场强度false，可知，极板间的电场强度与极板间距无关，即当B极板向左移动后，false间的电场强度不变。
（3）静电计指针偏角可表示出两板间电势差的大小，所以A错误，B正确。因为目的就是让两板间电势差与静电计两箔片上电势差相等，所以静电计的外壳与B板相连接后可不接地，故C正确。电压表有示数必须有电源，所以不可以用量程为0~3 V的电压表替代静电计，故D错误。故选B、C。
（4）现要使静电计指针偏角变小，即电势差减小，false，电荷量不变，所以电容增大，false，保持B板不动，A板向上平移，正对面积减小，电容减小，A项不符合题意。保持B板不动，A板向右平移，板间距离增大，电容减小，B项不符合题意。保持false两板不动，在false之间插入一块绝缘介质板，相对介电常数增大，电容增大，C符合题意。
7.答案：（1）ABC；F
（2）不变
解析：（1）根据false，可知影响平行板电容器电容的因素有：两极板的正对面积、两板间距离、电介质的介电常数，故选A、B、C；在实验室中完成这个实验采用的方法是控制变量法，故选F。
（2）若保持开关S闭合，则两板间电压U一定，则指针张开角度将不变。
8.答案：（1）变大（2）0.003;false
解析：（1）根据电容的决定式false知电容与两极板的正对面积成正比，当保持false不变，减小S时，电容C减小，因电容器的带电荷量Q不变，根据电容的定义式false知板间电势差增大，则静电计指针的偏角变大.
（2）电容器的放电图像是一条逐渐下降的曲线，根据false可知false图线与时间轴围成的面积表示总的电荷量，经分析可知图像中共有35格，所以电容器在全部放电过程中释放的电荷量false，则电容器的电容false.
