电容的动态分析

电容器问题的动态分析一、对电容器电容的两个公式的理解任意电容器电容的定义式(度量式).平行板电容器电容的决定式(函数式).对一个确定的电容器,其电容已确定,不会随其带电量和两板电压的改变而改变.平行板电容器电容的大小由ε、s和d共同决定.构建和谐社会比值法定义物理量一览表物理量的定义式即度量式（普适）物理量的决定式即函数式（特殊）例1．如图是描述对给定的电容器的带电量Q、电压U、电容C之间相互关系的图象，其中正确的有（）QCQOACUOBQUOCCOD启示1：对物理公式的理解及表达式的物理意义不能从数学的角度来推理，应深刻的理解其内涵和外延。启示2：了解电容器电容的决定因素时要区别电容的量度式和决定式。电容器电容是反映电容器自身性质，当然决定于电容器自身的极板距离、正对面积极板间介电材料等自身因素，与电容器带电量、板间电压等外界因素无关。BCD变式1．（2010，北京高考）用控制变量法，可以研究影响平行板电容器电容的因素如图所示。设两极板正对面积为S，极板间的距离为d,静电计指针偏角为θ。实验中，极板所带电荷量不变，若（）A.保持S不变，增大d,则θ变大B.保持S不变，增大d,则θ变小C.保持d不变，减小S,则θ变小D.保持d不变，减小S,则θ不变启示：通过静电计指针偏角大小来反映金属球与外壳之间电压大小，也就反映电容器两极板之间电压大小。若用电压表替代静电计，则即使电容器带电，两极板间异种电荷也会通过电压表形成一个回路而放电。A二、平行板电容器的动态分析物理依据任意电容器电容的度量式平行板电容器电容的决定式匀强电场场强的度量式匀强电场场强的决定式1、动态分析平行板电容器中因为两板距离d或正对面积s或介电质常数导致电容C、电量Q、电压U、电场强度E的变化。2、各物理量间的推理关系如下：第一类问题:平行板电容器充电后，切断与电源的连接，电容器的带电量Q保持不变。第二类问题:平行板电容器充电后，继续保持电容器两极板与电池两极相连接，两板间的电压U保持不变。例2．给平行板电容器充电后断开开关，当两极板间的距离减小时：（）A.电容器的电容C变大B.电容器极板的带电量Q变大C.电容器两极间的电势差U变大D.电容器两极板间的电场强度E不变ADε、S不变d减小C变大Q不变U变小与d无关E不变第一类问题:Q不变KRE讨论平行板电容器的Q、U、C、E的动态变化,应该先看常量,后看变量,并且注意度量式和决定式物理意义的不同.变式2.平行板电容器和电源、电阻、电键串联，组成如图所示的电路．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，则极板上的带电量不变C.充电结束后断开K，减小两极板间的距离，则两极板间的电势差减小D.充电结束后断开K，在两极板间插入一块介质，则极板上的电势差增大KRECD图5例3．如图5所示，两块平行正对的金属板与电源相连，N板接地，在两板中的P点固定一带正电的检验电荷，现保持下板不动，将上板平行向下缓慢移动，则在M板下移的过程中，该试探电荷的电势能变化情况是（）A、不变B、变大

C、变小D、无法确定三、电容中的电势和电势能的变化问题。启示：分析电容器中某点电势与电势能的变化时，先分析电场强度的变化，从而确定该点与零电势的电势差变化，来判断电势的变化；再结合所放电荷的正负确定电势能的变化。B变式3．一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，用E表示两极板间场强，U表示电容器的电压，EP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，EP不变C.U变小，EP不变D.U不变，EP不变+P·AC

电容器充电后与电源断开，电量不变，根据匀强电场场强的决定式可知，场强E不变。场强E不变，P点到下极板间的距离不变，P点与零势面的电势差不变,把点电荷从P点移到零势面电场力所做的功不变,故点电荷在P点的电势能EP不变．d减小ε、S不变C变大Q不变U减小解析：第一类问题:Q不变，E与d无关。四、电容的充电和放电：

接电源正极的极板带正电；充电时电流流向电容的正极板。（2）放电：（1）充电：使电容器带电叫充电放电时，电流从电容的正极板流出。左右CSE例4．（2011，五羊原创）如图所示，电源电压恒定，在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下。平行板电容器C、灵敏电流计G、电源及开关组成闭合回路。现减小电容器两极板间距离，则灵敏电流计偏转方向是（）

A。向右偏转

B。向左偏转

C。若将电容器极板正对面积减小，则向右偏转

D。若将电容器极板正对面积减小，则向左偏转四、电容的充电和放电：启示：1、确定电容的正负极板。

2、关键在于分析前后两个状态的电容器上的电量变化，确定是放电还是充电。BC图7-4-4RAB变式4．如图7-4-4所示,是由一个电池、电阻R与平行板电容器组成的串联电路，在增大电容器两极板间距离的过程中（）A.电阻R中没有电流B.电容器的电容变小C.电阻R中由从A流向B的电流D.电阻R中由从B流向A的电流BD五、电容传感器传感器是将所感受到的一种非电学物理量转换成便于检测的电学物理量的器件。常用于检测和自动控制.测角度测夜面高度测压力测位移例5．传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。如图所示是一种测定液面高度的电容式传感器的示意，金属芯线与导电液体形成一个电容器，从电容C大小的变化就能反映液面的升降情况，两者的关系是：（）A.C增大表示h增大B.C增大表示h减小C.C减小表示h减小