(完整)高中物理电容器和电容典型例题解析

电容器和电容典型例题

【例1】平行板电容器所带的电荷量为Q＝4×10-8C，电容器两板间的电压为U＝2V，则该电容器的电容为；如果将其放电，使其所带电荷量为原来的一半，则两板间的电压为，两板间电场强度变为原来的倍，此时平行板电容器的电容为。

【例2】如图电路中，A、B为两块竖直放置的金属板，G是一只静电计，开关S合上时，静电计张开一个角度，下述情况中可使指针张角增大的是

A、合上S，使A、B两板靠近一些

B、合上S，使A、B正对面积错开一些

C、断开S，使A、B间距增大一些

D、断开S，使A、B正对面积错开一些

【例3】一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地。两板间有一个正电荷固定在P点，如图所示，以E表示两板间的场强，U表示电容器两板间的电压，W表示正电荷在P点的电势能，若保持负极板不动，将正极板向下移到图示的虚线位置则：（）A、U变小，E不变B、E变小，W不变

C、U变小，W不变

D、U不变，W不变

【例4】置于真空中的两块带电的金属板，相距1cm，面积均为10cm2，带电量分别为Q1=2×10-8C，

Q2=-2×10-8C，若在两板之间的中点放一个电量q=5×10-9C的点电荷，求金属板对点电荷的作用力是多大？

【例5】A，B两块平行带电金属板，A板带负电，B板带正电，并与大地相连接，P为两板间一点。若将一块玻璃板插入A，B两板间，则P点电势将怎样变化。

【例6】一个平行板电容器，使它每板电量从Q1=30×10-6C增加到Q2=36×10-6C时，两板间的电势差从U1=10V增加到U2=12V，这个电容器的电容量多大？如要使两极电势差从10V降为U2'=6V，则每板需减少多少电量．

【例7】一平行板电容器的电容量为C，充电后与电源断开，此时板上带电量为Q，两板间电势差为U，板间场强为E．现保持间距不变使两板错开一半（图1），则下列各量的变化是：电容量C′=______，带电量Q′=______，电势差U′=______，板间场强E′______．

【例8】如图1所示，把一个平行板电容器接在电压U=10V的电源上．现进行下列四步动作：

金属板；（3）打开S；（4）抽出金属板．则此时电容

器两板间电势差为 [ ]

A．0V B．10V C．5V D．20V

【例9】三块相同的金属平板A、B、D自上而下水平放置，间距分别为h和d，如图所示．A、B两板中心开孔，在A板的开孔上搁有一金属容器P，与A板接触良好，其内盛有导电液体．A板通过闭合的电键S与电动势为U0的电池的正极相连，B板与电池的负极相连并接地．容器P内的液体在底部小孔O处形成质量为m，带电量为q的液滴后自由下落，穿过B板的开孔O'落在D板上，其电荷被D板吸附，液体随即蒸发，接着容器底部又形成相同的液滴自由下落，如此继续．设整个装置放在真空中．

（1）第1个液滴到达D板时的速度为多少？（2）D板最终可达到多高的电势？

（3）设液滴的电量是A板所带电量的a倍（a=0.02），A板与 B板构成的电容器的电容为C0=5×10-12F，

U0=1000V，m=0.02g，h=d=5cm．试计算D板最终的电势值．（g=10m／s2）

（4）如果电键S不是始终闭合，而只是在第一个液滴形成前闭合一下，随即打开，其他条件与（3）相同．在

这种情况下，D板最终可达到电势值为多少？说明理由．

【例1】【解析】由电容器电容的定义式得：()F F U Q C 88

1022104--⨯=⨯==，电容的大小取决于电容器本身的构造，与电容器的带电量无关，故所带电荷量为原来一半时，电容不变。而此时两极板间的电压为：V U C Q C Q U 12

12///====

板间为匀强电场，由场强与电压关系可得：E d U d U E 2

121//===答案：2×10-8C 、1V 、1/2 、2×10-8C 【例2】【解析】图中静电计的金属杆接A 板，外壳与B 板均接地，静电计显示的是A 、B 两板间的电压，指针的张角越大，表示两板间的电压越高。当闭合S 时，A 、B 两板间的电压等于电源两端电压不变。故静电计的张角保持不变。当断开S 时，A 、B 两板构成的电容器的带电量保持不变，如果板间的间距增大，或正对面积减小，由平板电容器电容的决定式kd S C

πε4=可知，电容都将减小，再由C

Q U =可知，板间电压都将增大，即静电计的张角应当变大。答案：C 、D 【例3】【解析】题意：一平行板电容器充电后与电源断开，负极板接地，说明电容器的带电量将保持不变，负极板为零电势。当正极板向下移到图示位置时，板间距变小，由E=S kQ d kd

S Q cd Q d U εππε44=⋅==可知板间的场强E 不变，然而板间的电势差U=Ed ，U 变小；由于P 与下板间的距离不变，所以P 与下板间的电势差不变，P 点的电势不变，故在P 点的正电荷的电势能不变，即W 不变。答案：AC

【例4】【错解】点电荷受到两板带电荷的作用力，此二

力大小相等，方向相同，由

【错解原因】库仑定律只适用于点电荷间相互作用，本题中两个带电金属板面积较大，相距较近，不能再看作是点电荷，应用库仑定律求解就错了。【正确解答】两个平行带电板相距很近，其间形成匀强电场，电场中的点电荷受到电场力的作用。

【例5】【错解】U pB =U p -U B =E d 电常数ε增大，电场强度减小，导致U p 下降。

【错解原因】没有按照题意画出示意图，对题意的理解有误。没有按照电势差的定义来判断PB 两点间电势差的正负。

【分析解答】按照题意作出示意图，画出电场线，图8－19所示。

我们知道电场线与等势面间的关系：“电势沿着电场线的方向降落”所以UpB=Up-UB＜0，B板接地

U B=0，UBp=UB-Up=0-Up，Up=-Ed

常数ε增大，电场强度减小，导致U p上升。【评析】

如何理解PB间的电势差减小，P点的电势反倒升高呢？请注意，B板接地U p＜0，PB间的电势差减小意味着U p比零电势降落得少了。其电势反倒升高了。

【例6】[解] 电量的增加量和电势差的增加量分别为△Q=Q2—Q1=36×10-6C—30×10-6C=6×10-6C，

△U=U2－U1=12V－10V=2V．根据电容的定义，它等于每增加 1V电势差所需增加的电量，即

要求两极板间电势差降为6V，则每板应减少的电量为△Q′=C△U′=3×10-6×（10—6）C=12×10-6C．

[说明] （1）电势差降为 6V时，每板的带电量为Q′2=Q1－△Q′= 30×10-6C－12×10-6C=18×10-6C．

（2）由题中数据可知，电容器每板带电量与两板间电势差的比恒定，即

【例7】[分析] 电容器的电容量由板间介质特性及几何尺寸决定．介质与间距不变，正对面积减为原来的一半，电容量也减为原来的一半，即

切断电源后，板上电量不变，Q′=Q．由电容定义得两板间电势差

根据电势差与场强的关系，得板间场强

[说明] 板上电量不变，错开后的正对面积变小，板上相对部分电荷的密度增加，即板间电场线变密，如图2所示，分析平行板电容器的问题中，借助电场线，可得到形象化的启发．

【例8】[分析]每一步动作造成的影响如下：（1）合上S，电源对电容器充电，至电压为U．设电容量为C，则带电量Q1=CU．板间形成一个匀强电场，场强为（2）插入金属板，板的两侧出现等量异号的感应电荷，上下形成

为等势体，则A板与金属板之间、金属板与B板之间的电势差均为

显然，在插入过程中，电源必须对A、B两板继续充电，板上电量增为原来的2倍，即Q2=2Q1．

（3）打开 S， A、 B两板的电量保持不变，即Q3=Q2=2Q1．

（4）抽出板，电容器的电容仍为C，而电量为2Q1，所以两板间

[答] D．