在高中物理中,电容器是电磁学的基本概念之一,它用于储存电能。在这些题目中,我们看到多个关于电容器的问题,涉及电容器的电容、电场强度、电势能、电荷量以及它们如何随外部条件变化而变化的情况。
1. 电容器的电容与介质有关。当在电容器两板间放入陶瓷片,由于陶瓷是良好的电介质,其介电常数较高,所以电容会增加。同样,如果放入与极板等大的金属片,由于金属的介电常数通常为1,相当于空气,但金属片会屏蔽电场,减小电容器的有效电容,使得静电计指针张角变小。
2. 当电容器下极板移动时,电容器的几何尺寸发生变化,电容也会随之变化。如果下极板向下移动,电容减小,导致极板间电压上升,带电油滴受到的电场力增强,可能会向下运动。同时,电势能的变化取决于电场力做的功,可能增加也可能减少,取决于具体情况。
3. 如果微粒静止不动,说明它处于平衡状态。电源电动势等于微粒所受的电场力与重力平衡时的电压差,即。断开开关并增大两极板距离,电荷量不变,电容减小,电压增大,微粒受到的电场力大于重力,将向下加速运动。
4. 对于带电小球,如果从高处落下后在下极板处速度为零,说明电场力与重力在整个过程中达到平衡。若下极板向下移动,平衡条件破坏,小球无法到达下极板。而如果下极板向右平移,只要保持电场强度不变,小球仍能到达下极板,因为电场力的方向不变。
5. 改变电容器两板间距、介电常数或电介质厚度都会影响电容和电场强度。要使悬线偏角α增大,需要增大电场强度,这可以通过减小两板间距、更换介电常数更大的电介质来实现。
6. 平行板电容器两板间距离增大,电容减小,而电容器与电池相连时电压保持不变,根据,电场强度E反比于电容,所以电场强度增大。
7. 甲图所示可变电容器动片旋出,距离增大,电容减小;乙图所示的平行板电容器可以储存电荷;丙图中电容器与电源连接,如果没有放电过程,电流表读数应为零;丁图所示电解电容器的标称电压是指其额定工作电压,而非击穿电压。
8. 静电计的指针偏角反映了电容器两极板间的电压。增大两板间的距离会减小电容,如果电荷量不变,电压会增大,指针偏角增大。减小正对面积也会减小电容,若电压不变,指针偏角同样增大。将有机玻璃插入会增大电容,若电压不变,指针偏角会减小。
9. 云母介质移出后,电容器的电容减小,但充电电压不变,因此极板上的电荷量减小。由于电容器两端电压不变,由,电场强度E与电荷量Q成正比,与电容C成反比,所以电场强度也不变。
10. 闭合开关时,A板下移,电容减小,电压U降低,但由于电荷量Q不变,电场强度E不变。断开开关后,A板下移,Q不变,但没有电源维持电压,U减小,电场强度E也随之减小。
11. 心脏除颤器放电时,电容器的电荷量在放电过程中减少,电势差从9.0kV减为0。若充电电压减半,电容器的电荷量也会减半,但电容不变。
这些题目展示了电容器在不同条件下的电学性质,包括电容与电荷、电压、电场强度、介电常数的关系,以及电容器在实际应用中的工作原理。理解这些知识点对于解决类似问题至关重要。