0  274302  274310  274316  274320  274326  274328  274332  274338  274340  274346  274352  274356  274358  274362  274368  274370  274376  274380  274382  274386  274388  274392  274394  274396  274397  274398  274400  274401  274402  274404  274406  274410  274412  274416  274418  274422  274428  274430  274436  274440  274442  274446  274452  274458  274460  274466  274470  274472  274478  274482  274488  274496  447090 

6、电容器力学综合

电容器通过电学与力学知识联系起来时,解答这一类题目的关键还是在力学上,只要在对物体进行受力分析时,注意对带电体所受的电场力分析,再应用力学相关知识即可求解。必须注意的是:当带电体运动过程中与其它导体有接触时,有可能所带电量要发生变化。

[例9]如图所示,四个定值电阻的阻值相同都为R,开关K闭合时,有一质量为m带电量为q的小球静止于平行板电容器板间的中点O。现在把开关K断开,此小球向一个极板运动,并与此极板相碰,碰撞时无机械能损失,碰撞后小球恰能运动到另一极板处,设两极板间的距离为d,电源内阻不计,试计算:⑴电源电动势ε。⑵小球和电容器一个极板碰撞后所带的电量

解析:⑴开关闭合时,电容器两极板间电场方向竖直向上,由小球在O点处静止可知,小球带正电。设两极板间电压为U,则,即;由于无电流,电容器两极板间电压U等于电阻的端电压,则,所以

⑵开关断开后,两极板间电压为,设此时两极板间场强为;因小球所受的向上的电场力小于重力,小球向下加速运动与下极板碰撞,碰后小球上升至上极板时速度恰好为零。设小球与下极板碰撞后的电量变为,对小球从运动过程应用动能定理有,所以

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5. 电容器与恒定电流相联系

在直流电路中,电容器的充电过程非常短暂,除充电瞬间以外,电容器都可以视为断路。应该理解的是:电容器与哪部分电路并联,电容器两端的电压就必然与那部分电路两端电压相等。

[例8] 如图所示电路中,,忽略电源电阻,下列说法中正确的是( )

①开关K处于断开状态,电容的电量大于的电量;②开关处于断开状态,电容的电量大于的电量;③开关处于接通状态,电容的电量大于的电量;④开关处于接通状态,电容的电量大于的电量。

A.①  B.④   C.①③   D.②④

解析:开关断开时,电容两端电压相等,均为E,因为,由,即,所以①正确;当开关K接通时,串联,通过R1R2的电流相等,并联,并联,故的电压为的电压为,所以即两电容的电量相等;所以正确选项应为A。

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4.两种不同变化

电容器和电源连接如图,改变板间距离、改变正对面积或改变板间电解质材料,都会改变其电容,从而可能引起电容器两板间电场的变化。这里一定要分清两种常见的变化:  

(1)电键K保持闭合,则电容器两端的电压恒定(等于电源电动势),这种情况下带电量

(2)充电后断开K,保持电容器带电量Q恒定,这种情况下

[例5] 如图所示,在平行板电容器正中有一个带电微粒。K闭合时,该微粒恰好能保持静止。在①保持K闭合;②充电后将K断开;两种情况下,各用什么方法能使该带电微粒向上运动打到上极板?

A.上移上极板M       B.上移下极板N 

C.左移上极板M       D.把下极板N接地 

解:由上面的分析可知①选B,②选C。

[例6] 计算机键盘上的每一个按键下面都有一个电容传感器。电容的计算公式是,其中常量ε=9.0×10-12Fžm-1S表示两金属片的正对面积,d表示两金属片间的距离。当某一键被按下时,d发生改变,引起电容器的电容发生改变,从而给电子线路发出相应的信号。已知两金属片的正对面积为50mm2,键未被按下时,两金属片间的距离为0.60mm。只要电容变化达0.25pF,电子线路就能发出相应的信号。那么为使按键得到反应,至少需要按下多大距离?

解:先求得未按下时的电容C1=0.75pF,再由C2=1.00pF,得Δd=0.15mm。

[例7]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(电量很小)固定在P点,如图所示,以E表示两极板间的场强,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,将正极板移到图中虚线所示的位置,则( )

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:当平行板电容器充电后与电源断开时,对有关物理量变化的讨论,要注意板间场强的一个特点: ,即对于介质介电常数为ε的平行板电容器而言,两极间场强只与极板上单位面积的带电量成正比。

带电量Q不变,两极间场强E保持不变,由于板间d距离减小,据可知,电容器的电压变小。由于场强E保持不变,因此,P点与接地的负极板即与地的电势差保持不变,即点P的电势保持不变,因此电荷在P点的电势能W保持不变。所以本题应选AC。

电容式传感器在测量中有着重要的应用,因此在学复习中不可忽视。关键在于抓住所测物理量与电容器中电容的联系,问题就迎刃而解了。

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3.平行板电容器的电容

平行板电容器的电容的决定式是:

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2.电容器的电容

电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量,是由电容器本身的性质(导体大小、形状、相对位置及电介质)决定的。

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1.电容器

两个彼此绝缘又相隔很近的导体都可以看成一个电容器。

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