7.如图1-7-5所示的电路中,电容器的两极板始终和电源相连,若将两极板间的距离增大,电路中将出现的情况是( )
A.有电流流动,方向从a顺时针流向b
B.有电流流动,方向从b逆时针流向a
C.无电流流动
D.无法判断
6.上题中,如果电容器充电平衡后与电源断开.将两板间距离减小,引起变化情况是( )
A.Q变大 B.C变大 C.E不变 D.U变小
5.平行板电容器保持与直流电源两极连接,充电平衡后,两极板间的电压是U,充电荷量为Q,两极板间场强为E,电容为C,现将两极板间距离减小,则引起变化的情况是( )
A.Q变大 B.C变大 C.E不变 D.U变小
4.某电解电容器上标有“25v、470μF”的字样,对此,下述说法中正确的是( )
A.此电容器只能在直流25v以下电压才能正常工作
B.此电容器必须在直流25v的电压时才能正常工作
C.当工作电压是直流25v时,电容才是470μF
D.这种电容器使用时,必须考虑电容器的两根引线的极性
3.对于一给定的电容器,在如图1-7-4所示中,描述电容C、带电荷量Q、电压U之间的相互关系的图线中正确的是( )
2.对于水平放置的平行板电容器,下列说法正确的是( )
A.将两极板的间距加大,电容将增大
B.将两极板平行错开,使正对面积减小,电容将减小
C.在下板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的陶瓷板,电容将增大
D.在下板的内表面上放置一面积和极板相等、厚度小于极板间距的铝板,电容将增大
1.下列关于电容器的说法中,正确的是( )
A.电容越大的电容器,带电荷量也一定越多
B.电容器不带电时,其电容为零
C.两个电容器的带电荷量相等时,两板间电势差较大的电容器的电容较大
D.电容器的电容与电容器是否带电无关
4.加在电容器两极间的电压不能超过某一限度,超过这个限度,电介质将被击穿,电容器损坏,这个极限电压叫 。电容器上一般都标明电容器的 和额定电压的数值,额定电压是指电容器长期工作时所能承受的电压,额定电压比击穿电压要 。
[范例精析]
例1 两平行金属板正对放置,充电后两板间的电势差为2V,两极板带电量分别为+6×10-6C和-6×10-6C,求(1)电容C;(2)若电势差升高1V,电容Cˊ和电容器所带电量Qˊ分别为多少?
解析 (1)根椐电容的定义式得:C=Q/U=6×10-6/2=3×10-6(F);(2)若电势差升高1V,电容器的电容仍不变,但电容器所带电量Qˊ=C Uˊ=3×10-6×3=9×10-6(C)。
拓展 电容的大小等于电容器所带的电量跟电容器两极间电势差的比值。可以证明:电容的大小也等于电容器带电量的改变量ΔQ跟对应的两极间电势差的改变量ΔU的比值。即。
例2 连接在电池两极上的平行板电容器在两板间的距离减小时( )
A.电容器的电容C变大
B.电容器的带电量Q变大
C. 电容器两板间的电势差U变大
D.电容器两板间的电场强度E变大
解析 平行板电容器的电容C=εS/4πkd。当两板间距离d减小时,电容C变大;因为电容器连接在电池的两极上,所以电容器两板间的电压为定值。根据电容的定义C=Q/U知:U不变C变大时,Q将变大;平行板电容器两板间的电场是匀强电场,由E=U/d知:U不变d变小时,E将变大。综上所述,本题的正确答案是ABD。
拓展 求解平行板电容器动态变化问题时,首先要分清什么量在变、什么量不在变。这里有两点必须注意:(1)保持电容器和电源连接时,U不变;(2)电容器充电后跟电源脱开时,Q不变。请思考:连接在电池两极上的平行板电容器充电后跟电源脱开,在两板间的距离减小时,电容器的电容C、电容器的带电量Q、电容器两板间的电势差U、电容器两板间的电场强度E将怎样改变?
例3 (1996年全国高考题)如图l-7-1平行板电容器的极板A与一灵敏静电计相接,静电计指针如图。极板B和静电计外壳接地.若极板B稍向上移动一点,观察到静电计指针张角变大,作出平行极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.极板的电量几乎不变,两极板间的电压变小.
D.极板的电量几乎不变,两极板间的电压变大.
解析 本实验平行板电容器和静电计所带总电量应不变,由于静电计所带电量极少,故忽略静电计带电量的变化,平行板电容器极板带电量应视为几乎不变.再根据静电计指针张角变大,知两板间的电压变大,所以电容变小。正确的选项是D。
拓展 此实验要求电容器的电荷量远大于静电计所带的电荷量,所以A、B两板的正对面积应该较大,两板间的距离应该小一些。
例4 相距为d的两块平行金属板M、N,分别与电源的正、负极相连.电键闭合后M、N间产生匀强电场,一电子垂直于电场方向,从M边的边缘射入电场,经电场偏转恰好打在N板的中央,如图1-7-2所示。设电子总是从M板的边缘射入电场,并且两板的正对面积不变,问:
(1)为使电子能飞出电场,M板在图示平面内应如何移动?
(2)若先把电键断开,为使电子能飞出电场,M板在图示平面内又应如何移动?
解析 电子在两板间的匀强电场中作类似于平抛的曲线运动。要让电子飞出电场,必须延长飞行时间。
(1)如果电键闭合,则两板间的电压不变,把M板向上移动,可以使电场强度E变小,电子在垂直于极板方向的加速度减小,延长了飞行时间,就可以飞出电场。
(2)如果电键断开,则两极板上的电荷量不变。只要两板的正对面积不变,两板间的电场强度就不变。()此时把M板向上移动,由于板间距离的增加,使飞行时间延长,可以让电子飞出电场。
拓展 虽然两种情况下都是把M板向上移动,但是移动M板的效果是不同的。如果只要求电子恰好离开电场,后者移动M的距离应该是前者移动距离的两倍。
例5 电容器的放电的I-t曲线如图1-7-3所示,试根据此图估算电容器释放的电荷量。
解析 在电容器的放电曲线I-t图中,电流随时间的变化是不均匀的,但是我们可以根据电流的定义I=得出,在很小的情况下,我们可以认为电流是不变的,在不同的时刻释放的电荷量分别为,,……,电容器释放的电荷总量等于Q=()。而在图象中就是高为的、长为Ii的小矩形面积,这些小矩形的面积之和等于I-t图象与横坐标轴之间的面积。我们可以用油膜法测分子直径时计算油膜面积的方法来计算I-t图象与横轴包围的面积(数小方格的格数)。我们从左向右以竖排的小格数来求和,N=(16+10+8+6+5+4+3+3+2+2+2+2+2+1+1+5)=72。根据图象纵横坐标的单位可知,每小格代表的电荷量是4×10-8C,所以电容器释放的总电量Q=2.88×10-6C。
拓展 如果我们知道给电容器充电的电流的电压U,那么就可以根据C=Q/U求出这个电容器的电容。
[能力训练]
3.从构造上看,常用的电容器分两类: 和 ,前者的电容是固定不变的,后者一般是通过改变两极的正对面积来改变其电容的,当然也可以通过改变两极间的距离或改变电容器所充的 来改变其电容。
2.电容是用比值的方法定义的: 跟 的比值叫电容,即C= 。此式与电阻的定义式R=U/I有对称美。电容的单位是法,符号是F,且1F=1C/V、1F=106μF=1012pF。值得注意的是:电容是描述电容器 本领大小的物理量,它由电容器本身的构造因数决定,对于平行板电容器:C=。此式与电阻的计算式R=具有对称美,后式中的与前式中的都是由材料性质决定的量。
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