平行板电容器动态分析专题
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平行板电容器动态分析专题
一、 理论支持
① U
Q
C =
(定义式) ② kd s C r πε4= (决定式 适用于平行板电容器)
③ d
U
E = (适用于匀强电场) ④ q E p =ϕ q W U = (适用于任何电场)
及其它相关知识。
二、 两个基本情况与两个常见问题
Ⅰ 两个基本情况
① 电容器两板电势差不变(常表现为与电源连接); ② 电容器带电荷量保持不变(充电后断开)。
Ⅱ 两个常见问题
① 针对电场强度(电场力的性质),设计有关力的问题。
如,平衡与非平衡问题; ② 针对电势(电场能的性质),设计有关能的问题。
如,电势升降与电势能变化问题。
三、 情况Ⅰ-----电容器两板电势差不变,
(U d ↑→ 四、情况Ⅱ 电容器带电荷量保持不变,板间距离d 增大(设下板向下移)
d (Q
B ↓C
→ 对应正电荷的电势能减小,负电
荷的电势能增大
B。
平行板电容器的动态分析问题
平行板电容器的动态分析问题平行板电容器是最常见的一种电容器,其结构可以发生变化,因此电容也跟着随之变化。
当我们改变电容器的某个结构时,电容器的电容也随之变化。
从而导致电容器中间的电场强度也会发生变化。
这就引出一种问题,电容器的动态分析问题。
电容器的动态分析问题总体上来说大概分为两类:电压不变的问题和电荷量不变的问题。
一般情况下,题目中的说法是:电压不变(电容器始终接在电源上)电荷量不变(电容器充电完成后,断开电源)如果根据问题的难度再细分:层次1:仅仅分析电容和电荷量(电压)的变化层次2:分析电容和电荷量(电压)的变化,再加上电场强度的变化,而电场强度的变化有两个方法进行比较(U不变的问题中:E=U/d,Q不变的问题中,Q与E成正比(前提是S 不变))层次3:E的变化会导致容器中某点电势的变化(或者电荷在某点电势能的变化)层次4:E的变化会导致容器中液滴所受电场力的变化,进而会产生加速度,根据牛顿第二定律计算加速度;或者容器中国液滴的平衡状态发生变化,从而分析细线角度的变化。
【此题问题本质上只重在分析电场强度的变化问题,因为所需要分析的是力的问题】动态分析问题的处理方法:1.先分析清楚题目给出的是U不变还是Q不变的类型2.找出题目中发生变化的参量,然后分析C的变化(注意正反比关系),Q的变化(U的变化)Q的变化会产生瞬间的充电和放电电流(会判断电流方向)3.再分析E的变化4.如果是平衡问题或者动力学问题需要进行受力分析,写平衡方程或者牛顿第二定律。
典型例题剖析例1:★★【2016 新课标I】一平行板电容器两极板之间充满云母介质,接在恒压直流电源上。
若将云母介质移出,则电容器()A. 极板上的电荷量变大,极板间电场强度变大B. 极板上的电荷量变小,极板间电场强度变大C. 极板上的电荷量变大,极板间电场强度不变D. 极板上的电荷量变小,极板间电场强度不变 答案:D解析:由4πr SC kdε=可知,当云母介质抽出时,r ε变小,电容器的电容C 变小; 因为电容器接在恒压直流电源上,故U 不变,根据Q CU =可知,当C 减小时,Q 减小。
对电容器和电容平行板电容器的动态分析(含答案)
电容器、电容器的电容、平行板电容器的动态分析一、基础知识(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:C =Q U. (3)物理意义:表示电容器容纳电荷本领大小的物理量.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:C =εr S 4πkd,k 为静电力常量. 特别提醒 C =Q U (或C =ΔQ ΔU )适用于任何电容器,但C =εr S 4πkd仅适用于平行板电容器. (二)平行板电容器的动态分析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C =εr S 4πkd分析平行板电容器电容的变化. (3)用定义式C =Q U分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化. (4)用E =U d分析电容器两极板间电场强度的变化.平行板电容器的动态分析问题常见的类型平行板电容器的动态分析问题有两种情况:一是电容器始终和电源连接,此时U 恒定,则Q =CU ∝C ,而C =εr S 4πkd ∝εr S d ,两板间场强E =U d ∝1d;二是电容器充电后与电源断开,此时Q 恒定,则U =Q C ,C ∝εr S d ,场强E =U d =Q Cd ∝1εr S. 1、关于电容器及其电容的叙述,正确的是( )A .任何两个彼此绝缘而又相互靠近的导体,就组成了电容器,跟这两个导体是否带电无关B .电容器所带的电荷量是指每个极板所带电荷量的代数和C .电容器的电容与电容器所带电荷量成反比D .一个电容器的电荷量增加ΔQ =1.0×10-6 C 时,两板间电压升高10 V ,则电容器的电容无法确定答案 A2、(2011·天津·5)板间距为d 的平行板电容器所带电荷量为Q 时,两极板间电势差为U 1,板间场强为E 1.现将电容器所带电荷量变为2Q ,板间距变为12d ,其他条件不变,这时两极板间电势差为U 2,板间场强为E 2,下列说法正确的是( )A .U 2=U 1,E 2=E 1B .U 2=2U 1,E 2=4E 1C .U 2=U 1,E 2=2E 1D .U 2=2U 1,E 2=2E 1答案 C解析 由C =Q U 和C =εr S 4k πd 及E =U d 得,E =4k πQ εr S,由电荷量由Q 增为2Q ,板间距由d 减为d 2,得E 2=2E 1;又由U =Ed 可得U 1=U 2,故A 、B 、D 错,C 对. 3、(2012·海南·9)将平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小和极板所带的电荷分别用d 、U 、E 和Q 表示.下列说法正确的是( )A .保持U 不变,将d 变为原来的两倍,则E 变为原来的一半B .保持E 不变,将d 变为原来的一半,则U 变为原来的两倍C .保持d 不变,将Q 变为原来的两倍,则U 变为原来的一半D .保持d 不变,将Q 变为原来的一半,则E 变为原来的一半答案 AD解析 E =U d,保持U 不变,将d 变为原来的两倍,E 变为原来的一半,A 对;保持E 不变,则d 变为原来的一半,则U 变为原来的一半,B 错;C =Q U ,C =εr S 4πkd,保持d 不变,C 不变,Q 加倍,U 加倍,C 错;E =U d =Q Cd =Q εr S 4πkd·d =4πkQ εr S ,Q 变为原来的一半,则E 变为原来的一半,D 对.4、如图所示,两块较大的金属板A 、B 平行放置并与一电源相连,S 闭合后,两板间有一质量为m 、电荷量为q 的油滴恰好处于静止状态.以下说法中正确的是( )A .若将A 板向上平移一小段位移,则油滴向下加速运动,G 中有b →a 的电流B .若将A 板向左平移一小段位移,则油滴仍然静止,G 中有b →a 的电流C .若将S 断开,则油滴立即做自由落体运动,G 中无电流D .若将S 断开,再将A 板向下平移一小段位移,则油滴向上加速运动,G 中有b →a 的电流 答案 AB解析 根据电路图可知,A 板带负电,B 板带正电,原来油滴恰好处于静止状态,说明油滴受到的竖直向上的电场力刚好与重力平衡;当S 闭合,若将A 板向上平移一小段位移,则板间间距d 变大,而两板间电压U 此时不变,故板间场强E =U d变小,油滴所受合力方向向下,所以油滴向下加速运动,而根据C =εr S 4πkd可知,电容C 减小,故两板所带电荷量Q 也减小,因此电容器放电,所以G 中有b →a 的电流,选项A 正确;在S 闭合的情况下,若将A 板向左平移一小段位移,两板间电压U 和板间间距d 都不变,所以板间场强E 不变,油滴受力平衡,仍然静止,但是两板的正对面积S 减小了,根据C =εr S 4πkd可知,电容C 减小,两板所带电荷量Q 也减小,电容器放电,所以G 中有b →a 的电流,选项B 正确;若将S 断开,两板所带电荷量保持不变,板间场强E 也不变,油滴仍然静止,选项C 错误;若将S 断开,再将A 板向下平移一小段位移,两板所带电荷量Q 仍保持不变,两板间间距d 变小,根据C =εr S 4πkd ,U =Q C 和E =U d,可得E =4πkQ εr S,显然,两板间场强E 不变,所以油滴仍然静止,G 中无电流,选项D 错误. 5、在如图所示的实验装置中,平行板电容器的极板B 与一灵敏静电计相接,极板A 接地.下列操作中可以观察到静电计指针张角变大的是( )A .极板A 上移B .极板A 右移C .极板间插入一定厚度的金属片D .极板间插入一云母片答案 A解析 静电计测量的是平行板电容器两极板之间的电压,电容器两极板上的电荷量保持不变,由C =Q U 可得电压U =Q C ,根据平行板电容器的电容C =εr S 4πkd可知,通过减小极板正对面积S 、增大板间距d 和减小板间电介质的介电常数εr 可以减小电容器的电容,从而增大板间电压U ,故只有选项A 是正确的.6、如图所示,两个相同的平行板电容器C 1、C 2用导线相连,开始都不带电.现将开关S闭合给两个电容器充电,待充电完毕后,电容器C1两板间有一带电微粒恰好处于平衡状态.再将开关S断开,把电容器C2两板稍错开一些(两板间距离保持不变),重新平衡后,下列判断正确的是()A.电容器C1两板间电压减小B.电容器C2两板间电压增大C.带电微粒将加速上升D.电容器C1所带电荷量增大答案BCD解析充电完毕后电容器C1、C2并联,两端电压相等,都等于电源电压U,断开S后,电容器C2两板稍错开一些,即两板正对面积S减小,根据C=εr S4πkd知电容减小,又由C=QU′可知,两板间电压U′增大,此时U′>U,则电容器C2又开始给C1充电,直到两电容器电压再次相等,此时两者两端的电压比原来的电压都增大,故A错误,B 正确;电容器C1所带电荷量增大,故D正确;电容器C1两端的电压增大,根据E=U/d可知,C1两板间电场强度增大,则带电微粒受到的电场力增大,带电微粒将加速向上运动,故C正确.。
平行板电容器的两类动态问题分析
得E= 4πkQ ,当电容器下极板竖直向上移动一小段距离时,场强不变,带电油滴的受力情况不 εrS
变,故油滴静止不动。由带电油滴的受力情况可以判断油滴带负电,由U=Ed知P与下极板电势差
变小,P点电势降低,由Ep=qφ可知带电油滴的电势能增加。
巩固练习
1(. 多选)平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小和极板所带的电荷量分别用
强增大,带电油滴受到向上的电场力增大,将向上运动,A正确,B错误。由于场强增大,由U=Ed可
知,P与下极板电势差变大,P点电势升高,C错误。
答案 A
拓展延伸
(1)在例3中,试分析带电油滴运动过程中电势能和重力势能之和如何变化。
(2)在例3中,若电容器充电完毕后断开电源,试分析当电容器下极板竖直向上移动一小段
E= U ∝ 1 dd
例1 一平行板电容器两极板之间充满云母介质, 接在恒压直流电源上。 若将云母介质移
出,则电容器( )。
A.极板上的电荷量变大,极板间电场强度变大
B.极板上的电荷量变小,极板间电场强度变大
C.极板上的电荷量变大,极板间电场强度不变
D.极板上的电荷量变小,极板间电场强度不变
解析
由C=
d、U、E和Q表示。下列说法正确的是( )。
A.保持U不变,将d变为原来的两倍,则E变为原来的一半
B.保持E不变,将d变为原来的一半,则U变为原来的两倍
C.保持d不变,将Q变为原来的两倍,则U变为原来的一半
D.保持d不变,将Q变为原来的一半,则E变为原来的一半
答案
2.板间距为d的平行板电容器所带电荷量为Q时,两极板间电势差为U1,板间场强为E1。现将
小段距离,则( )。
A.带电油滴将沿竖直方向向上运动 B.带电油滴将沿竖直方向向下运动
高中物理电容器的动态分析 专题辅导
高中物理电容器的动态分析 对于电容器的动态分析问题,我们一定要注意两个关系式,即定义式U Q C =和决定式kd4S C πε=(此式虽然不要求定量计算,但有助于我们理解一些物理量的变化对电容器电容大小的影响),在分析解决问题时可同时应用。
在综合应用电容和电场的知识时,应注意电容器充电后切断电源(Q 不变)和不切断电源(U 不变)两种不同情况。
一、保持电容器两极板电压不变的情况例1. 两块大小、形状完全相同的金属板平行放置,构成一平行板电容器,与它相连的电路如图1所示。
接通开关S ,电源即给电容器充电:( )A. 保持S 接通,减小两极板间的距离,则两极板间的电场强度减小;B. 保持S 接通,在两极板间插入一块介质,则极板上的电量增大;C. 断开S ,减小两极板间的距离,则两极板间的电势差减小;D. 断开S ,在两极板间插入一块介质,则两极板间的电势差增大。
解析:S 接通保持U 不变,由场强dU E =得d 减小,E 增大,故A 错误;插入介质后,C 增大,根据CU Q =可知极板上的电量增大,故B 正确;当S 断开时,极板上的电量不变,减小板间距离,则C 增大,据U Q C =可知U 减小,故C 正确;在两极板间插入介质,则C 增大,据UQ C =可知U 减小,故D 错误,故答案应为BC 。
点评:解答本题关键是S 接通时,两极板间电压不变;断开S 时,两极板间所带电量不变,同时我们能够看出利用kd 4S C πε=这一电容的决定式定性的分析电容器的变化很方便。
二、保持电容器两极板电量不变的情况例2. 如图2所示,一平行板电容器经开关S 与电池相连,闭合S 后又断开,电容器的负极板接地,在两极板间a 点有一电量非常小的正电荷,以E 表示两极板间的电场强度,U 表示电容器的电压,ε表示正电荷在a 点的电势能,现将电容器的A 板稍微下移,使两板间的距离减小,则:( )A. U 变小,E 不变;B. U 变大,ε变大;C. U 变小,ε不变;D. U 不变,ε不变。
2020年高考物理专题复习:平行板电容器的动态剖析
一、电容器、电容1. 电容器:两个彼此绝缘又互相靠近的导体可构成一个电容器。
2. 电容(1)定义:电容器所带的电荷量Q (一个极板所带电荷量的绝对值)与两个极板间电势差U 的比值,叫做电容器的电容。
(2)定义式:C =UQU Q ∆∆=。
(3)单位:国际单位制中为法拉,简称法,国际符号为F 。
1F =106μF =1012 pF 。
3. 常见电容器有纸质电容器、电解电容器、可变电容器、平行板电容器等。
电解电容器接入电路时,应注意其极性。
4. 平行板电容器的决定公式:C =kdSr πε4。
二、平行板电容器的动态分析1. 对公式C =U Q的理解电容C =UQ,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C =kd Sr πε4分析平行板电容器电容的变化。
(3)用定义式C =UQ分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化。
(4)用E =dU分析电容器两极板间电场强度的变化。
例题1 如图所示,两块较大的金属板A 、B 平行放置并与一电源相连,S 闭合后,两板间有一质量为m 、电荷量为q 的油滴恰好处于静止状态。
以下说法中正确的是( )A. 若将A 板向上平移一小段位移,则油滴向下加速运动,表G 中有b→a 的电流B. 若将A 板向左平移一小段位移,则油滴仍然静止,表G 中有b→a 的电流C. 若将S 断开,则油滴立即做自由落体运动,表G 中无电流D. 若将S 断开,再将A 板向下平移一小段位移,则油滴向上加速运动,表G 中有b→a 的电流【考点】电容器的动态分析【思路分析】根据电路图可知,A 板带负电,B 板带正电,原来油滴恰好处于静止状态,说明油滴受到的竖直向上的电场力刚好与竖直向下的重力平衡;当S 闭合,若将A 板向上平移一小段位移,则板间间距d 变大,而两板间电压U 此时不变,故板间场强E =dU变小,油滴所受合力方向向下,所以油滴向下加速运动,而根据C =kdSr πε4可知,电容C 减小,故两板所带电荷量Q 也减小,因此电容器放电,所以G 中有b→a 的电流,选项A 正确;在S 闭合的情况下,若将A 板向左平移一小段位移,两板间电压U 和板间间距d 都不变,所以板间场强E 不变,油滴受力平衡,仍然静止,但是两板的正对面积S 减小了,根据C =kdSr πε4可知,电容C 减小,两板所带电荷量Q 也减小,电容器放电,所以G 中有b→a 的电流,选项B 正确;若将S 断开,两板所带电荷量保持不变,板间场强E 也不变,油滴仍然静止,选项C 错误;若将S 断开,再将A 板向下平移一小段位移,两板所带电荷量Q 仍保持不变,两板间间距d 变小,根据C =kdS r πε4,U =C Q和E =d U ,可得E =S kQ r επ4,显然,两板间场强E 不变,所以油滴仍然静止,G 中无电流,选项D 错误。
电容器的动态分析、带电粒子在电场中的直线和抛体运动-2025版高三物理一轮复习多维度导学与分层专练
2025届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练专题46电容器的动态分析、带电粒子在电场中的直线和抛体运动导练目标导练内容目标1电容器的动态分析目标2带电粒子在电场中的直线运动目标3带电粒子在电场中的抛体运动【知识导学与典例导练】一、电容器的动态分析1.平行板电容器动态的分析思路2.平行板电容器的动态分析问题的两种情况(1)平行板电容器充电后,保持电容器的两极板与电池的两极相连接:(2)平行板电容器充电后,切断与电池的连接:【例1】如图所示,一平行板电容器充电后与电源断开,负极板(M 板)接地,在两板间的P 点固定一个带负电的检验电荷。
若正极板N 保持不动,将负极板M 缓慢向右平移一小段距离,下列说法正确的是()A .P 点电势升高B .两板间电压增大C .检验电荷的电势能增大D .检验电荷受到的电场力增大【答案】C 【详解】由Q C U =;4r S C kdεπ=;U E d =可得4r kdQ U S πε=;4r k S E Q πε=BD .因为电容器与电源断开,电荷量保持不变,两板间的距离d 减小,所以两板间电压减小,两板间电场强度不变,检验电荷受到的电场力不变,故BD 错误;AC .因Ed ϕ'=,d '为P 到负极板之间的距离,d '减小,所以P 点电势降低;因沿电场线方向电势降低,M 板电势为零,所以P 点电势为正,P 点固定电荷为负,电势降低,电势能增加,C 正确,A 错误。
故选C 。
【例2】如图所示是由电源E 、灵敏电流计G 、滑动变阻器R 和平行板电容器C 组成的电路,开关S 闭合。
在下列四个过程中,灵敏电流计中有方向由a 到b 电流的是()A .在平行板电容器中插入电介质B .减小平行板电容器两极板间的距离C .减小平行板电容器两极板的正对面积D .增大平行板电容器两极板的正对面积【答案】C【详解】A .电容器保持和电源连接,电压U 一定,在平行板电容器中插入电介质,由4r S C kd επ=可知电容增大,由Q C U=可知极板电荷量增加,电容器充电,电路中有b 到a 方向的电流通过电流计。
平行板电容器两类问题
平行板电容器动态分析问题【知识归纳】题型1:电容器的两类动态变化过程分析一、主要的理论论据(1)平行板电容器的电容C与板距d、正对面积S、介质介电常数ε间的关系C=εS/4k?d ,(2)平行板电容器内部是匀强电场,所以场强 E=U/d,(3)电容器所带电荷量Q=CU,(4)由以上三式得E=4k?Q/εS ,该式常用于Q保持不变的情况中。
二、电容器的动态分析的两种情况(1)定电压问题:平行板电容器充电后,继续与电源的两极相连,因此两极板间的电压不变,当电容器的d、S、ε变化时,将引起电容器的C、Q、E的变化。
(U不变) C= Q= E=(2)定电量问题:平行板电容器充电后,切断与电源的连接,因此电容器带电荷量Q不变,当电容器的d、S、ε变化时,将引起电容器的C、U、E变化。
(Q不变) C= U= E=【典例分析】【例1】一平行板电容器,证明两极板间电场强度E只与极板所带的电荷量Q、极板间电介质的介电常数为ε及极板面积S有关,与两极板间的距离d无关。
【例2】平行板电容器充电后,继续保持电容器的两极板与电源相连,在这种情况下,如增大两板间距d,则板间电势差U、电容器所带电量Q,板间场强E各如何改变?(可以认为稳定时电源两极间电压不变,电容器两极板与电源两极相连接,电容器两极板电势差U也不变)。
【例3】平行板电容器充电后,断开电容器的两极板与电源连接,在这种情况下,如增大两板间距d,则板间电势差U、电容器所带电量Q,板间场强E各如何改变?(开关断开,电容器下面极板电量不能移动到其他地方,下极板电量不会变化,电容器两极板带等量异种电荷,上面极板电量也不会变化,电容器电量Q不会变化)。
归纳总结:(1)在分析电容器动态平衡问题时,先弄清楚不变量,再讨论其他量的变化。
若电容器与电源相连,则不变;若电容器与电源断开,则不变。
(2)讨论平行板电容器问题,用到的公式有:①;②;③;④。
【针对训练1】如图所示,要使静电计的指针偏角变小,可采用的方法是( )A.使两极板靠近 B.减小正对面积C.插入电介质 D.用手碰一下负极板【针对训练2】如图所示,平行板电容器竖直放置,A 板上用绝缘线悬挂一带电小球,静止时绝缘线与固定的A 板成θ角,移动B 板,下列说法正确的是:( )A .S 闭合,B 板向上平移一小段距离,θ角变大B .S 闭合,B 板向左平移一小段距离,θ角变大C .S 断开,B 板向上平移一小段距离,θ角变大D .S 断开,B 板向左平移一小段距离,θ角不变【针对训练3】如图所示,一平行板电容器充电后与电源断开,负极 板接地,在两极板间有一正电荷(电荷量很小)固定在P 点。
高考物理专题集锦(二)平行板电容器的动态问题考点归纳
【解析】由第(1)问可知,电容器电荷量理应减小,对外放电,但是二极管具有单向导电性,不允许电流自右向左流过。所以电容器带电量不变,根据 可知,电场强度不变,液滴受力不受影响,保持不动。
二、电容器充好电后与电源断开
【例2】如图1所示为一个由电源、电流计、平行板电容器、开关S和导线等组成的电路。平行板电容器水平放置,下极板接地。开关S闭合,待电路稳定后,板间P点有个液滴刚好处于静止状态.此后将开关S断开,当上极板向上移动一小段距离时,请回答下列问题:
【解析】电容器存储的电能的变化情况可以从移动极板而产生的电场力做功问题来研究。由于两极板带异种电荷,极板间相互吸引,所以将上极板向上移动一小段距时,电场力做负功,电势能增大,电容器存储的电能增大。
尊敬的读者:
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(2)液滴动不动,动的话将向哪个方向运动?
【解析】电容器两端电压U不变,两极板距离d增大,根据
可知电场强度减小,液滴受到的电场力F减小,所以向下运动。
(3)P点的电势将发生什么变化?
【解析】因为下极板接地,所以电势为0,则 ,假设PO’的距离为h,所以 ,第(2)问已经得出电场强度E减小,所以 减小.
平行板电容器的动态问题考点归纳
在两个相距很近的平行金属板中间夹上一层绝缘物质——电介质(空气也是一种电介质),就组成了一个最简单的电容器,叫作平行板电容器。我们知道平行板电容器的表达式有定义式 和决定式 电容器间的电场强度的表达式为对于平行板电容器,如果一个物理量发生了变化,往往会引起其他物理量发生变化,即发生动态变化。平行板电容器的动态变化问题主要包括电容器始终与电源相连接和电容器充好电后与电源断开两种情况。两种动态问题的部分情况和所涉考点如下表所示。
平行板电容器的动态分析与带电体在电容器中的运动问题(解析版)
平行板电容器的动态分析与带电体在电容器中的运动问题一:电容器的动态变化问题 1 两个公式的比较U Q C =kd S C r πε4=公式的特点 定义式,适用于一切电容器 决定式,适合平行板电容器 意义反映容纳电荷的本领反映了影响电容大小的因素2 两类典型的动态变化分析在解题中运用到的公式:C =Q U ; C =εrS 4πkd ;E =Ud3. 解决电容器问题的两个常用技巧(1)在电荷量保持不变的情况下,由E =U d =Q Cd =4πkQεr S知,电场强度与板间距离无关。
(2)针对两极板带电荷量保持不变的情况,还可以认为一定量的电荷对应着一定数目的电场线,如图甲所示;当两极板间距离变化时,如图乙中电场线疏密不变,场强不变;当两极板正对面积变化时,如图丙中电场线变密,场强增大。
【典例1】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,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. 变大,f 不变B. 变大,f 变小C.不变,f 不变 D.不变,f 变小【答案】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U AB 保持不变。
随B极板下移两极板之间的距离增大,根据E=U/d可知两极板之间的电场强度E减小,由于U Aa=Eh Aa,由于电场强度E减小,故U Aa减小,由于U AB=U Aa+U aB,所以U aB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U B=0,又U aB=U a-U B,所以U a=U aB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。
点睛:本题难度较大,涉及知识面大,需要认真分析.方法是:先找不变量(U AB),再找容易确定的物理量(E和U Aa),最后求出难以确定的量(确定U aB不能用U aB=Eh aB,因为E和h aB一个变大另一个变小).【典例2】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。
例析平行板电容器的两类问题
例析平行板电容器的两类问题例析平行板电容器的两类问题重庆市(408300) 张雄平行板电容器的分析是高考物理的重要内容。
主要有两大类:一类是由于平行板电容器自身因素(如正对面积、两板间距离、两板间的介质等)变化而引起的电容、电势差U 、电量Q 和场强E 等物理量的变化;另一类是由于平行板电容器外部因素(如电路中滑片的滑动、电键的通断、电路的故障等)变化而引起电量Q 、电压U 和场强E 等物理量的变化。
一、自身因素引起的变化——平行板电容器的动态分析1、动态分析时的两种情况㈠两板与直流电源始终相接,抓住两板间电压U 保持不变。
在此基础上进行的分析判断。
㈡电容器充电后再与电源断开,抓住电容器带电量Q 不变(忽略电容器对外放电)。
在此基础上进行的分析判断。
2、动态分析时的思路1、确定不变量:到底是电压不变还是电量不变2、用决定式C =3、用定义式C =εS εS ∝分析平行板电容器的电容变化情况。
4πkd d Q ∆Q =及变形式Q =CU 分析电容器带电量或两板间电压变化情况。
U ∆UU 4πkQ Q ∝4、由于平行板电容器两板间为匀强电场,用匀强电场的E =或E =分析电d εS εS容器极板间场强变化情况。
例1:平行板电容器接入电路中,接通电源稳定后,两板间的微粒恰能静止。
图1所示。
则A 、保持S 接通,只减小两板间的距离时,该微粒向上运动。
B 、保持S 接通,只插入一块电介质时,极板上电荷量增大。
C 、断开S ,只将A 板向右平移小段距离时,该微粒向上运动。
D 、断开S ,只将A 板向上平移小段距离时,该微粒向上运动。
答案:ABC解析:微粒平衡时,其电场力等于重力。
保持S 接通时两板间电压不变,只减小两板间的距离,由E =微粒受向上的电场力增大,微粒向上运动。
保持S 接通时两板间电压不变,只插入一块电介质,则电容增大,由Q =CU 得:两极板上的电荷量增大。
U 得:两板间场强变大,d 图1断开S 时电容器带电量不变,只将A 板右移小段距离,两板正对面积减小,电容减小,由Q =CU 的变形式U =Q U 可知:两板间电压变大,结合E =得:两板间场强变大,粒子受C d4πkQ Q ∝εS εS 电场力变大,粒子向上运动。
