平行板电容器电容公式的推导
万方数据
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平行板电容器电容公式的推导
作者：曹铁岭， 鲁建全
作者单位：郑州外国语学校,河南,郑州,450001
刊名：
中学物理（高中版）
英文刊名：ZHONGXUE WULI(GAOZHONG BAN)
年，卷(期)：2011,29(2)
本文链接：https://www.360docs.net/doc/308201056.html,/Periodical_zxwl-gzb201102013.aspx
平行板电容器的动态分析问题
平行板电容器的动态分析问题 平行板电容器是最常见的一种电容器，其结构可以发生变化，因此电容也跟着随之变化。当我们改变电容器的某个结构时，电容器的电容也随之变化。从而导致电容器中间的电场强度也会发生变化。这就引出一种问题，电容器的动态分析问题。 电容器的动态分析问题总体上来说大概分为两类：电压不变的问题和电荷量不变的问题。一般情况下，题目中的说法是：电压不变（电容器始终接在电源上）电荷量不变（电容器充电完成后，断开电源） 如果根据问题的难度再细分： 层次1：仅仅分析电容和电荷量（电压）的变化 层次2：分析电容和电荷量（电压）的变化，再加上电场强度的变化，而电场强度的变化有两个方法进行比较（U不变的问题中：E=U/d，Q不变的问题中，Q与E成正比(前提是S 不变)） 层次3：E的变化会导致容器中某点电势的变化（或者电荷在某点电势能的变化） 层次4：E的变化会导致容器中液滴所受电场力的变化，进而会产生加速度，根据牛顿第二定律计算加速度；或者容器中国液滴的平衡状态发生变化，从而分析细线角度的变化。【此题问题本质上只重在分析电场强度的变化问题，因为所需要分析的是力的问题】 动态分析问题的处理方法： 1.先分析清楚题目给出的是U不变还是Q不变的类型 2.找出题目中发生变化的参量，然后分析C的变化（注意正反比关系），Q的变化（U的变 化）Q的变化会产生瞬间的充电和放电电流（会判断电流方向） 3.再分析E的变化 4.如果是平衡问题或者动力学问题需要进行受力分析，写平衡方程或者牛顿第二定律。 典型例题剖析 例1：★★【2016 新课标I】一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上。若将云母介质移出，则电容器（） A.极板上的电荷量变大，极板间电场强度变大
专题：电磁感应现象中有关电容器类问题 及答案
专题：电磁感应现象中有关电容器类问题 1、电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁轨道炮示意如图，图中直流电源电动势为E，电容器的电容为C。两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为L，电阻不计。炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触。首先开关S接1，使电容器完全充电。然后将S接至2，导轨间存在垂直于导轨平面、磁感应强度大小为B的匀强磁场（图中未画出），MN 开始向右加速运动。当MN上的感应电动势与电容器两极板间的电压相等时，回路中电流为零，MN达到最大速度，之后离开导轨。 问： （1）磁场的方向； （2）MN刚开始运动时加速度a的大小； （3）MN离开导轨后的最大速度v m的大小。 试题分析：（1）根据通过MN电流的方向，结合左手定则得出磁场的方向．（2）根据欧姆定律得出MN刚开始运动时的电流，结合安培力公式，根据牛顿第二定律得出MN刚开始运动时加速度a的大小．（3）开关S接2后，MN开始向右加速运动，速度达到最大值时，根据电动势和电荷量的关系，以及动量定理求出MN 离开导轨后最大速度. 解：（1）电容器上端带正电，通过MN的电流方向向下，由于MN向右运动，根据左手定则知，磁场方向垂直于导轨平面向下． 2、一对无限长平行导轨位于竖直平面内，轨道上串联一电容器C （开始未充电）.另一根质量为m的金属棒ab可沿导轨下滑，导 轨宽度为L，在讨论的空间范围内有磁感应强度为B、方向垂直 整个导轨平面的匀强磁场，整个系统的电阻可以忽略，ab棒由静 止开始下滑，求它下滑h高度时的速度v.
Maxwell平行板电容器2D仿真实例
实验要求： 综合训练项目一：平板电容器电场仿真计算2D仿真 目的和要求：加强对静电场场强、电容、电场能量的理解，应用静电场的边界条件建立模拟的静态电场，解决电容等计算问题；提升学生抽象思维能力、提高利用数学工具解决实际问题的能力。 成果形式：仿真过程分析及结果报告。用Ansoft Maxwell软件计算电场强度，并画出电压分布图，计算出单位长度电容，和电场能量，并对仿真结果进行分析、总结。将所做步骤详细写出，并配有相应图片说明。 一、平行板电容器描述 上下两极板尺寸：20*2（mm） 材料：pec（理想导体） 介质尺寸：20*6（mm） 材料：mica（云母） 激励：电压源 上极板电压：5V 下极板电压：0V 二、仿真步骤 1、建模 Project > Insert Maxwell 2D Design File>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic（静电的） 创建下极板六面体Draw > Rectangle（创建下极板长方形） 将六面体重命名为DownPlate 大小：20*2（mm） Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor） 创建上极板六面体Draw > Rectangle（创建上极板六面体） 大小：20*2（mm） 将六面体重命名为UpPlate Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor） 创建中间的介质六面体Draw > Rectangle（创建中间介质六面体）
平行板电容器中介质的受力分析
平行板电容器中介质的受力分析 引言: 对于平行板电容器的受力问题，前人大多研究理想情况下平行板电容器的受力，即通过改变电容的大小研究其受力情况。本文的设想是把电介质放入平行板电容器中电介质在电场的作用下一定会发生变化，必然产生电偶极子，电偶极子在电场中必定会受力，一旦电偶极子受力就会发生位移变化，那么必然存在做功问题，那么就可以从能量角度去分析它的受力，进而得出的两个结果一定是相等的，本文通过例题去检验其确性。 1 介质受力公式的推导（从宏观上理论推导） 介质在进入平行板电容器的过程中（假设电量Q 不变），纵向电场使介质极化所做之功转化为介质的极化能，这仍是电容器储能的一部分，根据能量守恒定律，插入介质后电容的静电能应不变，但是由电容器的能量公式W=Q*Q/2C ，当C 增大时，能量却是减少的，矛盾的出现说明我们一定忽略了某些相互作用的存在，为了避开繁琐的力分析，下面，我们将从能量的角度出发，通过数学方法导出平行板电容器中介质的受力的计算公式。 一个平行板电容器，其中部分地充入介质常数为E(p(m),r)(介质常数一般不仅是空间r 的函数，而且还是介质的质量密度p(m)的函数)并且无自由电荷的介质，假设介质沿X 方向作一个无限小位移X ，则电容器的储能变化为 22111 222W V V v V D EDdV dV EDdV E dV δδδδεε===-???? 式(1-1) 而 E 0D ρ=-?Φ?== 则 ()221 2V v V V Ddv E dV D D E dV δφδδεδδδε=-?- =-?Φ+Φ?-???????? =22 12S v V V Dd s dV E dV E dV δδρδεδε-Φ+Φ- -???? 式(1-2) 其中在无穷大界面的值为零，而介质中已设自由电荷密度为零。 对于介质给定的一个无限小位移0X ，相对于空间的一个固定体积来说，必有： 0()m m X v S v dV d s X dV δρρ ρ=-=-????? 式(1-3)
平行板电容器的动态分析问题
平行板电容器的动态分析问题 一、涉及概念： 1、充电、放电。 2、电容U Q C = （表示电容器容纳电荷本领的物理量） 单位：法拉；简称：法，符号F 。F F μ6101= , F F p 1019= 3、平行板电容器电容kd S C πξ4r = （决定式） 二、平行板电容器的两类动态分析 （一）电荷量Q 不变；（电容器充电后与电源断开，Q 不变） 分析步骤：1、确定Q 不变后，寻找变量； 2、利用决定式kd S C πξ4r = ，定义式U Q C =去确定其他物理量的变化； 3、需要分析电场时，利用d U E = 确定电场强度的变化； （二）电压U 不变；（电容器保持与电源连接，U 不变） 分析步骤：1、确定U 不变后，寻找变量； 2、利用决定式kd S C πξ4r = ，定义式U Q C =去确定其他物理量的变化； 3、需要分析电场时，利用d U E =确定电场强度的变化； 三、两类动态变化问题的比较：
四、例题讲解 例1、如图所示，水平放置的平行金属板（电容为C）与电源相连，板间距离为d，当开关K闭合时，板间有一质量为m、电量为q的微粒恰好处于静止状态，求： ①该微粒的电性。 ②此时平行板电容器内空间电场强度的大小。 ③此时平行板电容器两极板的电势差为多少。 ④此时平行板电容器两极板的电荷量为多少。 举一反三： 1、如图所示，水平放置的平行金属板（电容为C）与电源相连，板间距离为d，当开关K闭合时，板间有一质量为m的微粒恰好处于静止状态，求： ①判断该微粒的电性。 ②此时平行板电容器内空间电场强度的大小。 ③该微粒的电荷量为多少。 ④此时电容器金属板电荷量为多少。
最新平行板电容器两类问题
平行板电容器动态分析问题 【知识归纳】 题型1：电容器的两类动态变化过程分析 一、主要的理论论据 (1)平行板电容器的电容C与板距d、正对面积S、介质介电常数ε间的关系C=εS/4kπd ， (2)平行板电容器内部是匀强电场,所以场强 E=U/d， (3)电容器所带电荷量Q=CU， (4)由以上三式得E=4kπQ/εS ,该式常用于Q保持不变的情况中。 二、电容器的动态分析的两种情况 (1)定电压问题：平行板电容器充电后,继续与电源的两极相连,因此两极板间的电压不变,当电容器的d、S、ε变化时,将引起电容器的C、Q、E的变化。(U不变) C= Q= E= (2)定电量问题：平行板电容器充电后,切断与电源的连接,因此电容器带电荷量Q不变,当电容器的d、S、ε变化时,将引起电容器的C、U、E变化。(Q不变) C= U= E= 【典例分析】 【例1】一平行板电容器，证明两极板间电场强度E只与极板所带的电荷量Q、极板间电介质的介电常数为ε及极板面积S有关，与两极板间的距离d无关。 【例2】平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连，在这种情况下，如增大两板间距d，则板间电势差U、电容器所带电量Q，板间场强E各如何改变？（可以认为稳定时电源两极间电压不变，电容器两极板与电源两极相连接，电容器两极板电势差U也不变）。 【例3】平行板电容器充电后，断开电容器的两极板与电源连接，在这种情况下，如增大两板间距d，则板间电势差U、电容器所带电量Q，板间场强E各如何改变？ （开关断开，电容器下面极板电量不能移动到其他地方，下极板电量不会变化，电容器两极板带等量异种电荷，上面极板电量也不会变化，电容器电量Q不会变化）。 归纳总结： （1）在分析电容器动态平衡问题时，先弄清楚不变量，再讨论其他量的变化。 若电容器与电源相连，则不变；
平行板电容器两类问题
1 平行板电容器动态分析问题 【知识归纳】 题型1：电容器的两类动态变化过程分析 一、主要的理论论据 (1)平行板电容器的电容C 与板距d 、正对面积S 、介质介电常数ε间的关系C=εS/4k πd ， (2)平行板电容器内部是匀强电场,所以场强 E=U/d ， (3)电容器所带电荷量Q=CU ， (4)由以上三式得E=4k πQ/εS ,该式常用于Q 保持不变的情况中。 二、电容器的动态分析的两种情况 (1)定电压问题：平行板电容器充电后,继续与电源的两极相连,因此两极板间的电压不变,当电容器的d 、S 、ε变化时,将引起电容器的C 、Q 、E 的变化。(U 不变) C= Q= E= (2)定电量问题：平行板电容器充电后,切断与电源的连接,因此电容器带电荷量Q 不变,当电容器的d 、S 、ε变化时,将引起电容器的C 、U 、E 变化。(Q 不变) C= U= E= 【典例分析】 【例1】一平行板电容器，证明两极板间电场强度E 只与极板所带的电荷量Q 、极板间电介质的介电常数为ε及极板面积S 有关，与两极板间的距离d 无关。 【例2】平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连，在这种情况下，如增大两板间距d ，则板间电势差U 、电容器所带电量Q ，板间场强E 各如何改变？（可以认为稳定时电源两极间电压不变，电容器两极板与电源两极相连接，电容器两极板电势差U 也不变）。 【例3】平行板电容器充电后，断开电容器的两极板与电源连接，在这种情况下，如增大两板间距d ，则板间电势差U 、电容器所带电量Q ，板间场强E 各如何改变？ （开关断开，电容器下面极板电量不能移动到其他地方，下极板电量不会变化，电容器两极板带等量异种电荷，上面极板电量也不会变化，电容器电量Q 不会变化）。 归纳总结： （1）在分析电容器动态平衡问题时，先弄清楚不变量，再讨论其他量的变化。 若电容器与电源相连，则 不变；
电容计算公式
教你两条不变应万变得原理： 1.电容器的计算依据是高斯通量定理和电压环流定律； 2.电感的计算依据是诺伊曼公式。要一两个答案查书就够了，要成高手只能靠你自己！慢慢学，慢慢练。 容量是电容的大小与电压没有关系。电压是电容的耐压范围。可变电容一般用在低压电路中电容的计算公式： 平板C=Q/U=Q/Ed=εS/4πkd 1. 所以E=4πkQ/εS即场强E与两板间距离d无关。2.当电容器两端接电时，即电压U一定时，U=Ed，所以U和d成正比。 容抗用XC表示，电容用C（F）表示，频率用f（Hz)表示，那么Xc=1/2πfc 容抗的单位是欧。知道了交流电的频率f和电容C，就可以用上式把容抗计算出来。 感抗用XL表示，电感用L（H）表示，频率用f（Hz)表示，那么XL=2πfL感抗的单位是欧。知道了交流电的频率f和线圈的电感L，就可以用上式把感抗计算出来。 已知容抗与感抗，则对应的电压与电流可以用欧姆定律算出，如果电容与电阻和电感一起使用，就要考虑相位关系了。 2、电容器的计算公式： C=Q\U =S\4*3.1415KD Q为电荷量 U为电势差 S为相对面积 D为距离 3.1415实际是圆周率 K为静电力常数 并联：C=C1+C2 电路中各电容电压相等；总电荷量等于各电容电荷量之和。串联：1/C=1/C1+1/C2 电路中各电容电荷量相等；总电压等于各电容电压之和。 电容并联的等效电容等于各电容之和!电容的并联使总电容值增大。当电容的耐压值符合要求，但容量不够时，可将几个电容并联。 3、Q=UI=I2Xc=U2/Xc 这是单相电容的 Xc=1/2*3.14fc 为什么我看到一个三相电容上面标的额定容量是30Kvar，而额定容量是472微法。额定电压是450伏。额定电流是38.5安三角接法？ 答：C＝KVar/(U×U×2×π×f×0.000000001) ＝30/(450×450×2×3.14×50×0.000000001)≈472(μF) 4、我知道电容公式有C=εS/D和C=Q/U,那么他们与电容"C"的关系，我特别想知道：我知道"U"与电容成反比，但是我在听老师讲时，没听到为什么成反比，就像知道"Q"与电容的关系时，就明白，一个电容放得的电荷越多就越大？还有"ε"是什么，与电容有什么关系？再请问在计算中应注意什么？电容是如何阻直通交的呢？ 五一长假除了旅游还能做什么？辅导补习美容养颜家庭家务加班须知 第 2 页共 3 页 答：电容c是常数，只跟自身性质有关，即使没有电压，电荷它也是存在的，ε是介电，跟电介质的性质有关，交流能不停的对电容充电放电（因为交流的方向是变化的），二直流无此性质，所以通交流阻直流，更专业的话，大学物理里面会讲，如果你要求不高的话就不用深究了 5、电容降压 在常用的低压电源中，用电容器降压（实际是电容限流）与用变压器相比，电容降压的电源体积小、经济、可靠、效率高，缺点是不如变压器变压的电源安全。通过电容器把交流电引入负载中，对地有220V电压，人易触电，但若用在不需人体接触的电路内部电路电源中，
带电粒子在平行板电容器中的运动
带电粒子在平行板电容器中的运动 满分: 班级：_________ 姓名：_________ 考号：_________ 一、单选题（共1小题） 1．如图所示，电子在电势差为的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为 的两块平行极板间的偏转电场中，在满足电子能射出平行极板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是（） A．变大，变大B．变小，变大 C．变大，变小D．变小，变小 二、多选题（共1小题） 2．如图所示，平行金属板A、B水平正对放置，分别带等量异号电荷，一带电微粒水平射 入板间，在重力和电场力共同作用下运动，轨迹如图中虚线所示，那么（） A．微粒从M点运动到N点动能一定增加 B．微粒从M点运动到N点电势能一定增加 C．微粒从M点运动到N点机械能可能增加 D．若微粒带正电荷，则A板一定带正电荷
三、计算题（共3小题） 3.如图甲所示，水平放置的平行金属板A和B的距离为d，它们的右端放着垂直于金属板的 靶MN，现在A．B板上加上如图乙所示的方波形电压，电压的正向值为，反向电压值为，且每隔变向1次。现将质量为m的带正电，且电荷量为q的粒子束从AB的中点 O以平行于金属板的方向射入，设粒子能全部打在靶上而且所有粒子在A．B间的飞行 时间均为T。不计重力的影响，试问： （1）定性分析在时刻从O点进入的粒子，在垂直于金属板的方向上的运动情况。（2）在距靶MN的中心点多远的范围内有粒子击中？ （3）要使粒子能全部打在靶MN上，电压的数值应满足什么条件？（写出、、、、的关系即可） 4.如图所示，四分之一光滑绝缘圆弧轨道AP和水平绝缘传送带PC固定在同一竖直平面内，圆弧轨道的圆心为O，半径为R；P点离地高度也为R，传送带PC之间的距离为L，沿逆时 针方向的传动，传送带速度V=，在PO的左侧空间存在方向竖直向下的匀强电 场．一质量为m、电荷量为+q的小物体从圆弧顶点A由静止开始沿轨道下滑，恰好运动到 C端后返回．物体与传送带间的动摩擦因数为μ，不计物体经过轨道与传送带连接处P时的 机械能损失，重力加速度为g．求： （1）物体由P点运动到C点过程，克服摩擦力做功； （2）匀强电场的场强E为多大； （3）物体返回到圆弧轨道P点，物体对圆弧轨道的压力大小．
影响平行板电容器电容的因素易错点
影响平行板电容器电容的因素问题易错点 主标题：影响平行板电容器电容的因素问题易错点 副标题：剖析考点规律，明确高考考查重点，为学生备考提供简洁有效的备考策略。 [来源:学科网] 关键词：电容器、电容 难度：3 重要程度：5 内容：熟记易混易错点。 易错类型：不清楚电容器的电容与哪些因素有关 电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量，它并不代表电容器能容纳多少电荷。电容的定义式Q C U =，由于电容器本身构造决定，则C 与Q 、U 无关。平行板电容器电容的决定式为r 4πS C kd ε=，电容C 的大小与S 、r ε、d 有关；该决定式只适用于平行板电容器电容的计算，而适用于其他的电容器，但是可以用来做定性的分析。在解有关平行板电容器电容的题目时，需要将定义式和决定式综合起来考虑。 例 一平行板电容器两极板间距为d 、极板面积为S ，电容为0S C d ε=，其中0ε是常量。对 此电容器充电后断开电源。当增加两板间距时，电容器极板间 （ ） A ．电场强度不变，电势差变大 B ．电场强度不变，电势差不变 C ．电场强度减小，电势差不变 D ．电场强度较小，电势差减小 【易错】断开电源后，对平行板电容器两极板所带电荷量判断错误，反而认为电容器极板间的电势差U 不变，根据公式U E d =可知，d 增大，电场强度E 减小，从而错选C ；或者认为电容器极板间的电势差不变，再根据电场强度与电势差无关，判断出电场强度不变，从而错选B 。 [来源:学科网ZXXK] 【解析】根据题意可知，对电容器充电后断开电源，平行板电容器两极板所带电荷量Q 不 变，根据电容的定义式Q C U = 可知，CU Q =为一定值；当增加两板间距d 时，根据公式0 S C d ε=可知，平行板电容器的电容C 变小，故电容器极板间的电势差变大。又U E d =，联立以上三式可得0Q E S ε= ，由于Q 、0ε、S 都是不变的，故电场强度不变。由以上分析可知，正确答案为A 。[来源:学科网] 【点评】在判断某一物理量的变化情况时，一定做到要有理有据，而不能根据自己的主观想象来判断。
影响平行板电容器电容的因素知识点
四、影响平行板电容器电容的因素 影响平行板电容器电容的因素主要考查的内容 主标题：影响平行板电容器电容的因素副标题：剖析考点规律，明确高考考查重点，为学生备考提供简洁有效的备考策略。关键词：平行板电容器、电容 难度：3 重要程度：5 内容： 考点剖析： 电容器在实际生产、生活中有广泛的应用，是出应用型题目的热点，复习时应注意。电容器的电压、电荷量和电容的关系，是高考考查的知识点，应理解、弄懂。 电容器的电容C =Q /U =ΔQ /ΔU ，此式为定义式，适用于任何电容器。平行板电容器的电容的决定式为C =4πS kd ε。有关平行板电容器的Q 、E 、U 、C 的讨论要熟记两种情况：1.若两极保持与电源相连，则两极板间电压U 不变； 2.若充电后断开电源，则带电量Q 不变。 典型例题 例1．（2014秋?乐陵市校级期中）如图所示为“探究影响平行板电容器电容的因素”的实验 装置，以下说法正确的是（） A．A 板与静电计的指针带的是异种电荷 B．甲图中将B 板上移，静电计的指针偏角增大 C．乙图中将B 板左移，静电计的指针偏角不变 D．丙图中将电介质插入两板之间，静电计的指针偏角减小 【解析】BD .A 板与静电计的指针带的是同种电荷，A 错误；将B 板向上平移，正对面积减小，根据电容的决定式C =4πS kd ε得知，电容C 减小，而电容器的电量Q 不变，由电容的定义式C =Q U 分析得到，板间电势差U 增大，则静电计指针张角增大,故B 正确；乙图中将B 板左移，板间距增大，根据电容的决定式C = 4πS kd ε得知，电容C 减小，而电容器的电量Q 不变，由电容的
平行板电容器 计算题
1. 如图所示，一平行板电容器水平放置，板间距离为d，上极板开有一小孔，质量均为m、带电荷量均为＋q的两个带电小球(视为质点)，其间用长为l的绝缘轻杆相连，处于竖直状态，已知d＝2l，今使下端小球恰好位于小孔正上方距离为d处，由静止释放，让两球竖直下落。当下端的小球到达下极板时，速度刚好为零。（已知静电 常数为k）试 求： (1)两极板间 匀强电场的 电场强度； (2)两球运动 过程中的最 大速度大 小； (3) 下球刚 进入电场时 杆中弹力。 【解析】：(1)两球由静止开始下落到下端的小球到达下极板的过程中，由动能定理得 4mgd－Eqd－Eq(d－l)＝0（2分） 解得E ＝方向竖直向上（1分） (2)两球由静止开始下落至下端小球恰好进入小孔时两球达到最大速度，此过程利用动能定理得 2mgd ＝（1分）解得v ＝（1 分） (3) 下球刚进入电场时整体加速度为 a==方向竖直向上，（2分） 取上球为研究对象，杆对小球的作用力为F F+=ma（2分） 杆中弹力 =—（若>表示杆中为压力，若<0表示杆中为拉力。）（2分）2. 如图所示， 水平放置的平 行板电容器，两 板间距为 d=8cm，板长为 L=25cm，接在 直流电源上，有 一带电液滴以 v0=0.5m/s的初速度从板间的正中央水平射入，恰好做匀速直线运动，当它运动到P处时迅速 将下板向上提起cm，液滴刚好从金属板末端飞出，求： （1）将下板向上提起后，液滴的加速度大小；（2）液滴从射入电场开始计时，匀速运动到P 点所用时间为多少？（g取10m/s2） 【解析】：（1）带电液滴在板间受重力和竖直向上的电场力，因为液滴匀速运动，所以有： 当下板向上提后，d减小，E增大，电场力增大，故液滴向上偏转，在电场中做类平抛运动. 此时液滴所受电场力 . （2）因为液滴刚好从金属末端飞出，所以液滴 在竖直方向上的位移是 设液滴从P点开始在匀强电场中飞行的时间为 ， 而液滴从刚进入电场到出电场的时 间所以液滴从射入开始匀速运动到P 点时间为【答案】（1）（2）0.3s
平行板电容器的动态分析
平行板电容器的动态分析 对平行板电容器的有关物理量Q、E、U、C进行讨论时，关键在于弄清哪些是变量，哪些是不变量，在变量中哪些是自变量，哪些是因变量，只有过程清晰，结果才会明朗准确。我们可根据不变量，把这类问题分为两种情况来分析： 一. 电容器充电后断开电源 电容器充电后断开电源，则电容器所带电量Q保持不变，当极板距离d，正对面积S 变化时，有 对于电场强度变化，我们还可以认为一定量的电荷对应着一定数目的电场线，若电量不变，则电场线数目不变，当两板间距离变化时，场强不变；当两板正对面积变化时，引起电场线的疏密程度发生了变化，如图1所示，电容器的电量不变，正对面积减小时，场强增大。 图1 这样，越大，电场线就越密，E就越大，反之就越小；不变时，不管极板间距离 如何变化，电场线的疏密程度不变，则E不变。则此式可知，在电量保持不变的情况下，电场强度与板间的距离无关。 例1. 一平行板电容器充电后与电源断开，负极接地，在两极板间有一正电荷（电量很小）固定在P点，如图2所示，E表示两板间的场强，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，将正极板移到虚线所示的位置，则（）
图2 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：电容器充电后与电源断开，说明电容器带电量不变。正极板向负极板移近，由 可知电容增大，由可知，U变小，而，由此可看出，场强E 不变。因E不变，P点与负极板间的距离不变，可知P点的电势U P不变，那么正电荷的电势能就不变，综上所述，A、C选项正确。 例2. 平行板电容器两极板与静电计的连接如图3所示，对电容器充电，使静电计张开某一角度，撤去电源后以下说法正确的是（） 图3 A. 增大两板间距离，静电计指针张角变大； B. 减小两板间距离，静电计指针张角变大； C. 将两板错开一些，静电计指针张角变大； D. 将某电介质插入极板间，静电计指针张开角度变大。
电容计算公式
教你两条不变应万变得原理：?? 1.电容器的计算依据是高斯通量定理和电压环流定律；? 2.电感的计算依据是诺伊曼公式。? 要一两个答案查书就够了，要成高手只能靠你自己！慢慢学，慢慢练。? 容量是电容的大小与电压没有关系。电压是电容的耐压范围。可变电容一般用在低压电路中?电容的计算公式：? 平板C=Q/U=Q/Ed=εS/4πkd?1.?所以E=4πkQ/εS即场强E与两板间距离d无关。2.当电容器两端接电时，即电压U一定时，U=Ed，所以U和d成正比。??? 容抗用XC表示，电容用C（F）表示，频率用f（Hz)表示，那么Xc=1/2πfc?容抗的单位是欧。知道了交流电的频率f和电容C，就可以用上式把容抗计算出来。??? 感抗用XL表示，电感用L（H）表示，频率用f（Hz)表示，那么XL=2πfL感抗的单位是欧。知道了交流电的频率f和线圈的电感L，就可以用上式把感抗计算出来。?? 已知容抗与感抗，则对应的电压与电流可以用欧姆定律算出，如果电容与电阻和电感一起使用，就要考虑相位关系了。?2、电容器的计算公式：?C=Q\U? ?=S\4*? Q为电荷量?U为电势差?S为相对面积?D为距离?实际是圆周率?K为静电力常数??? 并联：C=C1+C2? ?????电路中各电容电压相等；总电荷量等于各电容电荷量之和。?串联：1/C=1/C1+1/C2? ?????电路中各电容电荷量相等；总电压等于各电容电压之和。? 电容并联的等效电容等于各电容之和!电容的并联使总电容值增大。当电容的耐压值符合要求，但容量不够时，可将几个电容并联。??? 3、Q=UI=I2Xc=U2/Xc????这是单相电容的???????Xc=1/2*? 为什么我看到一个三相电容上面标的额定容量是30Kvar，而额定容量是472微法。额定电压是450伏。额定电流是安??三角接法？? 答：C＝KVar/(U×U×2×π×f×? ?＝30/(450×450×2××50×≈472(μF)? 4、我知道电容公式有C=εS/D和C=Q/U,那么他们与电容"C"的关系，我特别想知道：我知道"U"与电容成反比，但是我在听老师讲时，没听到为什么成反比，就像知道"Q"与电容的关系时，就明白，一个电容放得的电荷越多就越大？还有"ε"是什么，与电容有什么关系？?再请问在计算中应注意什么？电容是如何阻直通交的呢？? 五一长假除了旅游还能做什么？辅导补习美容养颜家庭家务加班须知 第?2?页?共?3?页? 答：电容c是常数，只跟自身性质有关，即使没有电压，电荷?它也是存在的，ε是介电，跟电介质的性质有关，交流能不停的对电容充电放电（因为交流的方向是变化的），二直流无此性质，所以通交流阻直流，更专业的话，大学物理里面会讲，如果你要求不高的话就不用深究了?5、电容降压? 在常用的低压电源中，用电容器降压（实际是电容限流）与用变压器相比，电容降压的电源体积小、经济、可靠、效率高，缺点是不如变压器变压的电源安全。通过电容器把交流电引入负载中，对地有220V电压，人易触电，但若用在不需人体接触的电路内部电路电源中，本弱点也可克服。如冰箱电子温控器或遥控电源的开/关等电源都是用电容器降压而制作的。?? ?相对于电阻降压，对于频率较低的50Hz交流电而言，在电容器上产生的热能损耗很小，所以电容器降压更优于电阻降压。?? ?????电容降压的工作原理并不复杂。他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70mA。虽然流过电
平行板电容器两类问题
平行板电容器动态分析问题【知识归纳】 题型1：电容器的两类动态变化过程分析 一、主要的理论论据 (1)平行板电容器的电容C与板距d、正对面积S、介质介电常数ε间的关系C=εS/4k?d ， (2)平行板电容器内部是匀强电场,所以场强 E=U/d， (3)电容器所带电荷量Q=CU， (4)由以上三式得E=4k?Q/εS ,该式常用于Q保持不变的情况中。 二、电容器的动态分析的两种情况 (1)定电压问题：平行板电容器充电后,继续与电源的两极相连,因此两极板间的电压不变,当电容器的d、S、ε变化时,将引起电容器的C、Q、E的变化。(U不变) C= Q= E= (2)定电量问题：平行板电容器充电后,切断与电源的连接,因此电容器带电荷量Q不变,当电容器的d、S、ε变化时,将引起电容器的C、U、E变化。(Q不变) C= U= E= 【典例分析】 【例1】一平行板电容器，证明两极板间电场强度E只与极板所带的电荷量Q、极板间电介质的介电常数为ε及极板面积S有关，与两极板间的距离d无关。 【例2】平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连，在这种情况下，如增大两板间距d，则板间电势差U、电容器所带电量Q，板间场强E各如何改变？（可以认为稳定时电源两极间电压不变，电容器两极板与电源两极相连接，电容器两极板电势差U也不变）。 【例3】平行板电容器充电后，断开电容器的两极板与电源连接， 在这种情况下，如增大两板间距d，则板间电势差U、电容器所带 电量Q，板间场强E各如何改变？ （开关断开，电容器下面极板电量不能移动到其他地方，下极板电量不会变化，电容器两极板带等量异种电荷，上面极板电量也 不会变化，电容器电量Q不会变化）。 归纳总结： （1）在分析电容器动态平衡问题时，先弄清楚不变量，再讨论其他量的变化。 若电容器与电源相连，则不变； 若电容器与电源断开，则不变。 （2）讨论平行板电容器问题，用到的公式有：①；②； ③；④。
静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真
电磁场与电磁波实验报告 实验一 班级：通信2班 姓名：闫振宇 学号：1306030222 日期：
实验一静电场问题实例，平板电容电容计算仿真 1. 实验目的和任务 a.学习软件maxwell软件的使用方法； b.复习电磁学相关的基本理论； c.通过软件的学习掌握运用maxwell进行电磁场仿真的流程； d.通过对平行班电容器电容计算仿真实验进一步熟悉maxwell软件的应用。 2. 实验内容 1)学习maxwell有限元分析步骤； 2)会用maxwell后处理器和计算器对仿真结果分析； 3)对平板电容器电容仿真计算结果与理论计算值进行比较。 3. 实验原理 平行板电容器原理： 两板上可带等量异号电荷，使板间形成匀强电场。当和用电器构成回路时放电，造成板上电荷、板间电压、场强减弱。如再次充电发生和上述情况相反的过程。 4. 实验步骤 Project>insert maxwell 3D design 选择求解器类型：maxwell>solution type>electric>electrostatic（静电） 4.1 创建下极板六面体 Draw>box 设置起点：(X，Y，Z)>(0,0,0) 坐标偏置(dx，dy，dz)>(25,25,2) Assign maxwell>pec(设置材料为理想导体perfect conductor) 4.2 创建上极板六面体 Draw>box 设置起点：(X，Y，Z)>(0,0,3) 坐标偏置(dx，dy，dz)>(25,25,2) Assign maxwell>pec(设置材料为理想导体perfect conductor) 4.3 创建中间的介质六面体 Draw>box 设置起点：(X，Y，Z)>(0,0,2) 坐标偏置(dx，dy，dz)>(25,25,1) Assign maxwell>mica(设置材料为云母mica)
电容器两类典型问题
电容器两类典型问题的讨论 应用平行板电容器电容的决定式、定义式以用及场强与电势差的关系进行有关电容器的讨论，经常穿插在带电体在电场中的运动，结合平衡、运动学、牛顿定律等基本规律构成综合性试题，是高考考查的一个重点，现把涉及的两类典型问题略做讨论． 一、知识预备： 1．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，电容器的d 、S 、ε变化，将引起电容器的C 、Q 、U 、E 如何变化？ 这类问题由于电容器始终连在电源上，因此两极板间的电压U 保持不变，可根据下列几式计论C 、Q 、E 的变化情况： kd S C πε4=∝d S ε kd SU CU Q πε4==∝d S ε E=d U ∝d 1 2．平行板电容器充电后，切断与电源的连接，使电容器的d 、S 、ε变化，将引起电容器的C 、Q 、U 、E 如何变化？ 这类问题由于电容器切断与电池的连接，使电容器的带电量Q 保持不变，可根据以下几式讨论C 、U 、E 的变化情况： kd S C πε4=∝d S ε S kdQ kd S Q C Q U εππε44===∝S d ε S kQ kd Sd Q Cd Q d U E εππε44====∝S ε1 二、方法技巧提升： 例1．如右图中平行板电容器电容连接在电路中并水平放置，闭合开关S ，使电容器充电后，有一带电液滴恰好静止在两板间．关于液滴的运动情况，下列说法正确 的是： A ． 不断电源，当两极板错开使正对面积减小时，液滴向下运动 B ． 不断电源，当两极板间距增大时，液滴向下运动 C ． 断开电源，当两极板错开使正对面积减小时，液滴向下运动 D ． 断开电源，当两极板间距离减小时，液滴向下运动 解析：液滴静止在极板间，说明它受重力和电场力平衡，电场力向上．不断电源，电容器极板间的电势差不变．因极板的距离不变，故极板间场强E 不变，则液滴在其间受的电场力不变，液滴仍静止不动，A 错；不断电源而使两极板间距离增大，由d U E =知场强E 减小，液滴受到的电场力减小，故液滴向下运动，B 对；当充电后断开电源时，平行板电容器两极板所带电荷量Q 不变，当正对面积减小时，单位面积上的电荷量增大，则极板间场强增大，液滴受到的电场力增大，将向上运动，C 错；断开电源，保持S 不变，只减小极板距离时，因极板上单位面积的电荷量不发生改变，则极板间场强不变，液滴受到的电场力不变，故液滴仍静止不动，D 错． 点评： 本题的关键是判断场强E 的变化，在断开电源时，电容器极板所带电量保持不变；由公式 图1
考题二 与平行板电容器有关的电场问题
例1 在直角坐标系xOy 中，M 、N 两点位于x 轴上，G 、H 两点坐标如图1，M 、N 两点各固定一负点电荷，一电量为Q 的正点电荷置于O 点时，G 点处的电场强度恰好为零.静电力常量用k 表示.若将该正点电荷移到G 点，则H 点处场强的大小和方向分别为( ) 图1 A.3kQ 4a 2，沿y 轴正向 B.3kQ 4a 2，沿y 轴负向 C.5kQ 4a 2，沿y 轴正向 D.5kQ 4a 2，沿y 轴负向 变式训练 1.在光滑的绝缘水平面上，有一个正三角形abc ，顶点a 、b 处分别固定一个正点电荷，c 处固定一个负点电荷，它们的电荷量都相等，如图2所示，D 点为正三角形外接圆的圆心，E 、G 、H 分别为ab 、ac 、bc 的中点，E 、F 两点关于c 点对称.下列说法中正确的是( ) 图2 A.D 点的场强为零，电势也为零 B.E 、F 两点的电场强度大小相等、方向相反 C.G 、H 两点的场强相同 D.将一带正电的试探电荷由E 点移动到D 点的过程中，该电荷的电势能减小 2.(2016·重庆三模)在x 轴上有两个点电荷q 1和q 2，x 轴上电势φ随x 而变化的关系如图3所示，则( )
图3 A.x＝x1处电场强度为0 B.x＝x2处电场强度不为0 C.q1、q2为不等量异种电荷，且正电荷在x＝0处，负电荷在x＜0的某处 D.q1、q2为等量异种电荷，且正电荷在x＜0处，负电荷在x＞0的某处 考题二与平行板电容器有关的电场问题 1.必须记住的三个公式 2.必须明确的两个关键点 例2(2016·天津理综·4)如图5所示，平行板电容器带有等量异种电荷，与静电计相连，静电计金属外壳和电容器下极板都接地，在两极板间有一固定在P点的点电荷，以E表示两板间的电场强度，E p表示点电荷在P点的电势能，θ表示静电计指针的偏角.若保持下极板不动，将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置，则() 图5 A.θ增大，E增大 B.θ增大，E p不变 C.θ减小，E p增大 D.θ减小，E不变 变式训练 3.如图6所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内 阻不计)连接，下极板接地，静电计所带电荷量很少，可 被忽略.一带负电油滴被固定于电容器中的P点.现将平行
电容器的两类动态变化
第8讲 电容器的两类动态变化 【技巧点拨】 电容器两类动态变化问题分析技巧 1.分析电容器的动态变化问题，要抓住不变量，分析变化量．其理论依据是： (1)电容器电容的定义式C ＝Q U ； (2)平行板电容器内部是匀强电场，E ＝U d ； (3)平行板电容器电容的决定式C ＝εr S 4πkd . 2.电容器的动态变化问题分为两类： （1）平行板电容器始终连接在电源两端：电势差U 不变 此时，电容器的极板距离d 、极板的正对面积S 、电介质的相对介电常数εr 的变化，将引起电容C 的变化，从而引起电量Q 和极板间的场强E 的变化． 由C ＝εr S 4πkd ∝εr S d 可知C 随d 、S 、εr 的变化而变化． 由Q ＝CU ＝εr S 4πkd ·U ，当U 不变时，Q ∝εr S d 可知，当U 不变时，Q 也随d 、S 、εr 的变化而 变化． 由E ＝U d ∝1 d 可知，当U 不变时，E 随d 的变化而变化． （2）平行板电容器充电后，切断与电源的连接：电量Q 保持不变 如果两极板切断与电源的连接，并保持两极板绝缘，电容器既不会充电也不会放电，所以电荷量Q 就保持不变．极板距离d 、正对面积S 、电介质的相对介电常数εr 发生变化，将引起电容C 的变化，从而引起电压U 及板间场强E 的变化． 由C ＝εr S 4πkd ∝εr S d 可知C 随d 、S 、εr 的变化而变化． 由U ＝Q C ＝4πkdQ εr S ∝d εr S 可知，当Q 不变时，U 也随d 、S 、εr 的变化而变化． 由E ＝U d ＝Q Cd ＝ 4πkQ εr S ∝1 εr S 可知，E 随S 、εr 变化而变化． 【对点题组】 1．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
平行板电容器动态问题的最佳处理思路
平行板电容器动态问题的最佳处理思路 对于平行板电容器动态问题，一般依据的是电容的定义式Q C U = 、决定式r 4πS C kd ε=和匀强电场的基本关系式U E d =，不过这一思路不是直线型思路，使教师讲解和学生分析都显得比较绕，对新授课和快速答题，这一思路都是较为困难的。笔者通过教学实践和理论分析，得出了一种实际思路是直线型、理论上讲更符合逻辑的处理方式，在此与大家分享，也请各位不吝赐教。 铺垫一：平行板电容决定式的导出过程及高中阶段教学的设计 高中物理教材简单的交代了该表达式的来源——“理论分析表明”，然而并没有对这理论分析的思路提示零星半点。电容决定式导出的理论思路是： 1、真空中点电荷的场强决定式：2q E k r =，其中014πk ε=，ε0为真空介电常量。 2、基于电场强度的矢量叠加原理（高斯定理），导出真空中无限大带电平板的场强决定式：e 02E σε=，其中σe 为电荷面密度，有e Q S σ=；用静电力常量k 表示，即为：2πkQ E S =。 3、平行板电容器是两块相互靠近的金属板形成，每块板电荷量和大小相同，即电荷面密度e Q S σ= 相同，板间电场为两板电场的叠加，有：4π2kQ E E S ==0。 4、电介质的极化形成的极化电荷电场e E E χ'=合，其中χe 为电介质的极化率，仅与介质有关；则两板间合电场场强为：00e e 4π=++E kQ E E E S χχ'-=合=1（1）。 5、由电容的定义式Q C U =和匀强电场关系式U E d =，有：e e +4π4π+S Q Q C kQ E d kd d S χχ===合（1）（1）， 定义r e +εχ=1为介质的相对介电常数，则r 4πS C kd ε=。 为了把一些定性的结论告诉学生，高中阶段的教学可简单设计如下： 1、设问面电荷电场强度与电荷面密度的关系，引导分析得出定性结论：电荷面密度越大，电场强度越大；顺便介绍尖端放电原理——尖端电荷面密度极大，附近场强极大…… 2、介绍理论分析结果r 2πkQ E S ε=，然后由电场的叠加原理得r 4π2kQ E E S ε==合，进而由电容的定义式Q C U =得到r 4πS C kd ε=。 铺垫二、电容器充放电的具体机制 1、充电机制：如图1所示，开关闭合前，电容器不带电荷，则由r 4πkQ E S ε=和U Ed =可知，电容器两极板电势差为零；取电源负极与电容器下极板为零电 势，则有电源正极电势高于电容器上极板电势，开关闭合，就必然在导线中形成 顺时针方向充电电流，直到电容器上极板与电源正极等势。 E C 图1