以下是一高一物理电容例题讲解:
题目:一个电容器C充电后与电源断开,在电容器的一个极板A接地后,将另一个极板B靠近A极板,但不接触,在此过程中,关于电容器的能量,下列说法正确的是( )
A. 电容器的能量不变
B. 电容器的能量减小
C. 电容器的能量增加
D. 无法判断电容器的能量变化
分析:
1. 电容器充电后与电源断开,电量Q不变。
2. 将B极板靠近A极板,电容器之间的电场强度E增大。
3. 电容器的能量是由电容器极板储存的电场能,极板储存的电场能E=εS(Q/2),其中ε为极板间介电常数,S为极板正对面积。
4. A极板接地,其电势为零,B极板的电势等于电源电压。
解答:
1. 由于B极板靠近A极板,两极板间的距离减小,介电常数不变,所以两极板间的电场强度E增大。
2. 由于电量Q不变,而电场强度E增大,所以两极板间的电势差U增大。
3. 电容器充电后与电源断开,电量Q不变,而两极板间的电势差U增大,所以电容器的能量增加。
答案:C。
这道题目主要考察了电容器的储能原理,通过介电常数、极板正对面积和两极板间距离的变化来分析电容器的能量变化。通过这个例题,我们可以了解到如何运用物理知识来解决实际问题。
题目:一个平行板电容器,电容为C,充电后断开电源。然后在两极板间平行插入一块金属板,这块金属板与两极板构成一个电容器C1。求此时两电容器C和C1的电容值。
讲解:
首先,我们需要明确电容器的定义。电容器是一种储存电荷的器件,其电容值表示了其储存电荷的能力。对于平行板电容器,其电容值的大小取决于极板面积、极板间距、介质等因素。
题目中给出了两个电容器C和C1,它们都是由相同的电容元件构成,因此它们的电容值应该相同。我们可以根据电容器的定义,结合题目中的条件,列出方程求解。
已知条件:
平行板电容器的电容为C
充电后断开电源
插入一块金属板,构成新的电容器C1
根据电容器的定义,可列出两个电容器的电容值相等的关系式:
C = 电荷量 / 电压 (公式1)
由于充电后断开电源,所以电荷量不变。而新的电容器C1是由原来的平行板电容器和金属板构成的,因此它的电压等于原来的电压。
由于金属板与原来的极板构成一个新的电容器,所以它的电容值C1可以通过平行板电容器的电容值C和金属板的面积S、两极板间的距离d来计算。根据平行板电容器的电容公式,可得到:
C1 = 介电常数 × S / (4πkd) (公式2)
其中介电常数是空气的介电常数。将公式2代入公式1中,得到:
C = 电荷量 / (电压 × 介电常数 × S / (4πkd)) (公式3)
由于电荷量不变,所以两个电容器的电容值相等,即:
C = C1 (公式4)
将公式4代入公式3中,得到:
C = 电荷量 / (电压 × 介电常数 × S) (公式5)
由于题目中已经给出了平行板电容器的电容值C和电荷量,所以只需要再根据题目中的条件求出电压即可。题目中已经说明充电后断开电源,所以电压为零。因此,最终的电容值为零。
总结:通过上述分析,我们可以得出结论:两个电容器C和C1的电容值均为零。这是因为插入金属板后,原来的平行板电容器被分成两部分,导致总电荷量不变,但电压降为零,从而使得两个电容器的电容值都变为零。