高二物理人教版選修31 18平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析

1、平行板電容器的動(dòng)態(tài)分析重/難點(diǎn)重點(diǎn)：分析電容器動(dòng)態(tài)過(guò)程的方法。難點(diǎn)：分析電容器動(dòng)態(tài)過(guò)程的方法。重/難點(diǎn)分析重點(diǎn)分析：對(duì)平行板電容器的有關(guān)物理量Q、E、U、C進(jìn)行討論時(shí)，關(guān)鍵在于弄清哪些是變量，哪些是不變量，在變量中哪些是自變量，哪些是因變量，只有過(guò)程清晰，結(jié)果才會(huì)明朗準(zhǔn)確。我們可根據(jù)不變量，把這類(lèi)問(wèn)題分為兩種情況來(lái)分析。難點(diǎn)分析：電容器充電后斷開(kāi)電源，則電容器所帶電量Q保持不變，當(dāng)極板距離d，正對(duì)面積S變化時(shí)，有電容器充電后與電源相連，電容器兩極板的電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)且始終保持不變。當(dāng)極板距離減小時(shí)，電容器電容C增大，帶電量Q增加，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度增大，反之亦然。當(dāng)極板的相對(duì)面積減小時(shí)，電容C減

2、小，所帶電量Q減小，但因極板間距離不變，極板間場(chǎng)強(qiáng)不變。突破策略對(duì)平行板電容器的有關(guān)物理量Q、E、U、C進(jìn)行討論時(shí)，關(guān)鍵在于弄清哪些是變量，哪些是不變量，在變量中哪些是自變量，哪些是因變量，只有過(guò)程清晰，結(jié)果才會(huì)明朗準(zhǔn)確。我們可根據(jù)不變量，把這類(lèi)問(wèn)題分為兩種情況來(lái)分析：一、電容器充電后斷開(kāi)電源電容器充電后斷開(kāi)電源，則電容器所帶電量Q保持不變，當(dāng)極板距離d，正對(duì)面積S變化時(shí)，有對(duì)于電場(chǎng)強(qiáng)度變化，我們還可以認(rèn)為一定量的電荷對(duì)應(yīng)著一定數(shù)目的電場(chǎng)線(xiàn)，若電量不變，則電場(chǎng)線(xiàn)數(shù)目不變，當(dāng)兩板間距離變化時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)不變；當(dāng)兩板正對(duì)面積變化時(shí)，引起電場(chǎng)線(xiàn)的疏密程度發(fā)生了變化，如圖1所示，電容器的電量不變，正對(duì)面積減

3、小時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)增大。圖1這樣，越大，電場(chǎng)線(xiàn)就越密，E就越大，反之就越??；不變時(shí)，不管極板間距離如何變化，電場(chǎng)線(xiàn)的疏密程度不變，則E不變。則此式可知，在電量保持不變的情況下，電場(chǎng)強(qiáng)度與板間的距離無(wú)關(guān)。例1. 一平行板電容器充電后與電源斷開(kāi)，負(fù)極接地，在兩極板間有一正電荷（電量很?。┕潭ㄔ赑點(diǎn)，如圖2所示，E表示兩板間的場(chǎng)強(qiáng)，U表示電容器的電壓，W表示正電荷在P點(diǎn)的電勢(shì)能，若保持負(fù)極板不動(dòng)，將正極板移到虛線(xiàn)所示的位置，則（ ）A. U變小，E不變； B. E變大，W變大；C. U變小，W不變； D. U不變，W不變；解析：電容器充電后與電源斷開(kāi)，說(shuō)明電容器帶電量不變。正極板向負(fù)極板移近，由可知電容增大

4、，由可知，U變小，而，由此可看出，場(chǎng)強(qiáng)E不變。因E不變，P點(diǎn)與負(fù)極板間的距離不變，可知P點(diǎn)的電勢(shì)不變，那么正電荷的電勢(shì)能就不變，綜上所述，A、C選項(xiàng)正確。例2. 平行板電容器兩極板與靜電計(jì)的連接如圖3所示，對(duì)電容器充電，使靜電計(jì)張開(kāi)某一角度，撤去電源后以下說(shuō)法正確的是（ ）圖3A. 增大兩板間距離，靜電計(jì)指針張角變大；B. 減小兩板間距離，靜電計(jì)指針張角變大；C. 將兩板錯(cuò)開(kāi)一些，靜電計(jì)指針張角變大；D. 將某電介質(zhì)插入極板間，靜電計(jì)指針張開(kāi)角度變大。解析：靜電計(jì)指針的張角反映的是兩板之間的電勢(shì)差的大小。由題意可知，撤去電源后電容器所帶電量不變。由電容器的電容決定因素知：若增大板間距離，則C變

5、小，由知U變大，故A正確，B錯(cuò)誤。若減小極板正對(duì)面積S，則C變小，由知U變大，C正確。若插入電介質(zhì)，則電容C變大，故由知U變小，故D錯(cuò)，答案為A、C。例3. 如圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，平行板電容器的極板B與一靈敏靜電計(jì)相接，極板A接地。若極板A稍向上移動(dòng)一點(diǎn)，由觀(guān)察到的靜電計(jì)指針變化作出平行板電容器電容變小的結(jié)論的依據(jù)是（ ）圖4A. 兩極板間的電壓不變，極板上的電量變??；B. 兩極板間的電壓不變，極板上的電量變大；C. 極板上的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變?。籇. 極板上的電量幾乎不變，兩極板間的電壓變大。解析：當(dāng)電容器A板上移時(shí)，兩板正對(duì)面積減小，由知，電容器電容減小，此時(shí)有少量電荷轉(zhuǎn)移到

6、靈敏靜電計(jì)，極板上的電量事實(shí)上要發(fā)生變化，但由于靜電計(jì)得到的電量遠(yuǎn)小于極板上的電量，因此可忽略不計(jì)。靜電計(jì)指針張角變大，表明A、B極板間電壓變大而極板上的電量幾乎不變，則由可以判定電容器變小，故正確選項(xiàng)為D。二、電容器始終和電源相連這類(lèi)問(wèn)題由于電容器始終連接在電源上，因此兩板間的電壓保持不變，根據(jù)下列幾式討論C、Q、E的變化情況。可理解為電容器充電后與電源相連，電容器兩極板的電壓等于電源電動(dòng)勢(shì)且始終保持不變。當(dāng)極板距離減小時(shí)，電容器電容C增大，帶電量Q增加，極板間電場(chǎng)強(qiáng)度增大，反之亦然。當(dāng)極板的相對(duì)面積減小時(shí)，電容C減小，所帶電量Q減小，但因極板間距離不變，極板間場(chǎng)強(qiáng)不變。例4. 如圖5平行板

7、電容器經(jīng)開(kāi)關(guān)K與電池連接，a處有一帶電量非常小的點(diǎn)電荷，K是閉合的，表示a點(diǎn)的電勢(shì)，F(xiàn)表示點(diǎn)電荷受到的電場(chǎng)力。現(xiàn)將電容器的B板向下稍微移動(dòng)，使兩極板間的距離增大，則（ ）圖5A. 變大，F(xiàn)變大； B. 變大，F(xiàn)變小；C. 不變，F(xiàn)不變； D. 不變，F(xiàn)變小分析：平行板電容器充電后與電源兩極相連接，則兩極板間的電勢(shì)差UAB保持不變，B板向下移動(dòng)，極板間距離d增大，根據(jù)公式知，場(chǎng)強(qiáng)E變小，則a處的點(diǎn)電荷受的電場(chǎng)力變小。B板接地，電勢(shì)，a點(diǎn)與B板間電勢(shì)差，又因，而a點(diǎn)距A極板間距d1不變，則變小，可分析出變大，即變大。故選項(xiàng)B正確。例5. 平行板電容器的兩極板A、B接于電池兩極，一帶正電小球懸掛在電容器內(nèi)部，閉合電鍵K，電容器充電，這時(shí)懸線(xiàn)偏離豎直方向的夾角為，如圖6所示，則（ ）圖6A. 保持開(kāi)關(guān)S閉合，帶正電的A板向B板靠近，則角增大；B. 保持開(kāi)關(guān)S閉合，帶正電的A板向B板靠近，則角不變；C. 開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，帶正電的A板向B板靠近，則角增大；D. 開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，帶正電的A板向B板靠近，則角不變。解析：球在電場(chǎng)中平衡，則所受電場(chǎng)力、重力及繩的拉力的合力為零。由平衡條件得，故要判斷的變化，只需判斷電場(chǎng)強(qiáng)度E的變化即可。K閉合時(shí)，U不變，A向B靠近，d減小，由，可知E增大，角增大，故A正確。K斷開(kāi)，則Q不變，A向B靠近，E不變，則角不變，故D選項(xiàng)正確。答案為A、D。突破反思