高中物理 演示实验1：电容器的电容的决定因素素材 新人教版选修3-1

演示演示 1 1 电容器电容器 关于电容器 有两个重要公式 U Q C 和 kd S C r 4 这两个公式的 区别是 1 意义不同 前者是定义式 后者是决定式 2 2 数学关系不同 在 式中 不能说 电容 C 与带电量 Q 成正比 与两板间的 电压成反比 而是量度的方法 在 式中 电容 C 与两板正对面积 S 成正比 与两板间的距离 d 成反比 3 使用条件不同 式适用于一切电容器 式只适用于平行板电容器 本文重点谈谈 式导出过程与应用过程在逻辑顺序上的不同 如教科书所说 用实验导出 式的过程分为 3 步 第 1 步 保持极板上的电量 Q 不变 两极板的距离 d 也不变 改变两极板的 正对面积 S 通过静电计指针的变化得知两极板间电势差 U 的变化 根据 式 由电势差 U 的变化判断电容 C 的变化 得到 当 S 增大 1 倍时 U 减小 2 1 倍 C 增大 1 倍 从而得出电容 C 与两板正对面积 S 成正比这个关系 第 2 步 保持极板上的电量 Q 不变 改变两极板的正对面积 S 也不变 改变 两极板的距离 d 通过静电计指针的变化得知两极板间电势差 U 的变化 根据 式 由电势差 U 的变化判断电容 C 的变化 得到 当 d 增大 1 倍时 U 增大 1 倍 C 减小 2 1 倍 从而得出电容 C 与两板间距离 d 成反比这个关系 第 3 步 保持 Q S d 都不变 在两极板间插入电解质 例如有机玻璃板 通过静电计指针的变化得知两极板间电势差 U 的变化 根据 式 由电势差 U 的 变化判断电容 C 的变化得出两极板间插入电解质后对电容器 C 的影响 通过大量的实验结合理论的分析 才得出 式 在我们用 式做题时 其思维程序则与导出时不同 举例如下 例例 1 1 水平放置的平行板电容器与一电池相连 在电容器的两板间有一带正电的 质点处于静止状态 现将电容器两板间的距离增大 则 D 电容变大 质点向上运动 电容变大 质点向下运动 电容变小 质点保持静止 电容变小 质点向下运动 解析 根据电容器的电容公式 kd S C 4 当电容器两板间的距离 d 增大时 电容 C 变小 根据 d U E 电池电压 U 不变 则电场 E 变小 根据电场力公式EqF 电场力 F 变小 原来质点受电场力与重力平衡 现质点受电场力小于重力 合力向下 所以质点线下运动 选 D 例例 2 2 两块大小 形状完全相同的金属平板平行放置 构成一平行板电容器 与它相连接 的电路如图所示 接通开关 K 电源即给电容器充电 A 保持 K 接通 减小两极板间的距离 则两极板间电场的电场强度减小 B 保持 K 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 K 减小两极板间的距离 则两极板间的电势差减小 D 断开 K 在两极板间插入一块介质 同时减小两极板间的距离 则两极板间电场的 电场强度减小 解析 本题要逐个选择项判断 A 保持 K 接通 则两极板间的电压 U 不变 减小两极板间的距离 根据 d U E 则两极 板间电场的电场强度 E 增大 所以 A 错误 B 因为 增大 根据 kd S C 4 电容 C 增大 根据 U Q C 得CUQ 又 U 不变 所 以 Q 增大 B 正确 C 断开 K 则电容器的电量 Q 不变 减小两极板间的距离 根据公式 kd S C 4 则电容 器的电容 C 增大 根据 U Q C 得 C Q U 则两极板间的电压 U 减小 C 正确 D 断开 K 电容器的电量 Q 不变 在两极板间插入一块介质 同时减小两极板间的距离 根据公式 kd S C 4 则电容器的电容 C 增大 根据 U Q C 得 C Q U 则两极板间的 电压 U 减小 再根据 d U E 则两极板间电场的电场强度 E 是减小还是增大 不好判断 了 为什么 因为分子和分母都减小 有的同学到此遇到困难 怎么办 把几个公式 综合一下 S kQ d kd S Q Cd Q d U E 4 4 中间把d约去了 E 与d无关了 因 为 Q 不变 所以 E 不变 所以 D 错误 综上所述 本题选 BC 例例 3 3 在下图所示的实验装置中 平行板电容器的极板 A 与一灵敏的静电计相接 极板 B 接 地 若极板 B 稍向上移动一点 由观察到的静电计指针变化作出平行板电容器电容变小 的结论的依据是 A 两极板间的电压不变 极板上的电量变小 B 两极板间的电压不变 极板上的电量变大 C 极板上的电量几乎不变 两极板间的电压变小 D 极板上的电量几乎不变 两极板间的电压变大 例例 4 4 如图所示实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素 其中电容器左侧极板 和静电计外壳接地 电容器右侧极板与静电计金属球相连 1 用摩擦过的玻璃棒或橡胶棒接触 极板 选填左侧 或右侧 使电容器带电 上移其中一极板 可观察到静电计指针偏转角 选填 变大 变小或不变 将极板间距离减小时 可观察到静电计指针偏转角 选填变大 变小或不变 两板间插入电介质时 可观察到静电计指针偏转角 选填变大 变小或不变 2 下列关于实验中使用