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09 09 2021

平行板电容器的动态分析

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来源:[深圳市易容信息技术有限公司]
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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,只有过程清晰,结果才会明朗准确。我们可根据不变量,把这类问题分为两种情况来分析:
一. 电容器充电后断开电源
电容器充电后断开电源,则电容器所带电量Q保持不变,当极板距离d,正对面积S变化时,有
对于电场强度变化,我们还可以认为一定量的电荷对应着一定数目的电场线,若电量不变,则电场线数目不变,当两板间距离变化时,场强不变;当两板正对面积变化时,引起电场线的疏密程度发生了变化,如图1所示,电容器的电量不变,正对面积减小时,场强增大。
图1
这样,越大,电场线就越密,E就越大,反之就越小;不变时,不管极板间距离如何变化,电场线的疏密程度不变,则E不变。则此式可知,在电量保持不变的情况下,电场强度与板间的距离无关。
例1. 一平行板电容器充电后与电源断开,负极接地,在两极板间有一正电荷(电量很小)固定在P点,如图2所示,E表示两板间的场强,U表示电容器的电压,W表示正电荷在P点的电势能,若保持负极板不动,将正极板移到虚线所示的位置,则( )
图2
A. U变小,E不变; B. E变大,W变大;
C. U变小,W不变; D. U不变,W不变;
解析:电容器充电后与电源断开,说明电容器带电量不变。正极板向负极板移近,由可知电容增大,由可知,U变小,而,由此可看出,场强E不变。因E不变,P点与负极板间的距离不变,可知P点的电势UP不变,那么正电荷的电势能就不变,综上所述,A、C选项正确。
例2. 平行板电容器两极板与静电计的连接如图3所示,对电容器充电,使静电计张开某一角度,撤去电源后以下说法正确的是( )
图3
A. 增大两板间距离,静电计指针张角变大;
B. 减小两板间距离,静电计指针张角变大;
C. 将两板错开一些,静电计指针张角变大;
D. 将某电介质插入极板间,静电计指针张开角度变大。
解:静电计指针的张角反映的是两板之间的电势差的大小。由题意可知,撤去电源后电容器所带电量不变。由电容器的电容决定因素知:若增大板间距离,则C变小,由知U变大,故A正确,B错误。
若减小极板正对面积S,则C变小,由知U变大,C正确。
若插入电介质,则电容C变大,故由知U变小,故D错,答案为A、C。
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