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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 S
C kd ε=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。
再由U
E d =,由于U 与d 都不变,故电场强度
E 不变,答案为D
例2:★★【2011 天津】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12
d ,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 1
B .U 2=2U 1,E 2=4E 1
C .U 2=U 1,E 2=2E 1
D .U 2=2U 1,
E 2=2E 1 答案:C 解析 由公式C =εS 4k πd 、C =Q U 和E =U d 得U =4k πdQ εS ,E =4k πQ εS
,。