2018-12-22 点击:

作者:叶建新
  【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2018)37-0147-01
  电容器是中学物理中的一个重要的电学仪器,高考中有关电容器的题目也经常出现,如2016年湖北省理综的第14题。学生在刚接触电容器的时候,认识上会有一些误区,本文特就此类认识加以说明。
  一、电容器的电容大,可以储存的电荷就一定多
  在教学中,我们常把电容器与水容器进行比较,从而引入电容器的电容,如图1:
  图1
  电容器的电容是描述电容器储存电荷本领的物理量,定义式C= 或C= ,它对应的是水容器的横截面积,而不是容积,所以电容器的电容所对应的也不是容纳电荷的多少,而是每升高或降低单位电压需要改变的电量。即電容器的电容对应于水容器的横截面积,电容器的额定电压对应于水容器的高,所以电容器所能储存电荷Qm=CU额。
  例1.电容器A的电容比电容器B的电容大,这表明( D )
  A.A所带的电荷量比B多
  B.A比B能容纳更多的电荷量
  C.A的体积比B的体积大
  D.两电容器的电压都改变1 V时,A的电荷量改变比B的大
  结论:电容器的电容大,并不表示电容器可以储存的电荷就一定多。
  二、静电计就是验电器
  验电器和静电计是研究静电场特性的两种重要实验仪器,但对这两种仪器在结构和作用方面的异同,多数学生存在一些误解。
  1.构造上的差异。
  验电器是检验物体是否带电的仪器,构造如图2所示。
  验电器的球形金属外壳与带有金属小球的金属杆是绝缘的,金属杆的下端有很薄的金属箔片。
  静电计是测量电势差的仪器,是在验电器的基础上改造而成的。
  静电计也是主要由相互绝缘的两部分构造而成。除金属外壳外,中间的金属杆下端有一个可转动的指针,指针转动的角度可由固定在外壳上的表盘读出。结构如图3所示。
  2.工作原理不同。
  验电器的工作原理:同种电荷相互排斥。电荷量越大、排斥力越大、张角越大。
  静电计的原理是:静电计本身是一个电容很小的电容器。因为指针的偏转角变化对静电计的电容的影响很小,故在指针转动过程中可近似认为静电计的电容值不变。现以测电容器电压为例说明其原理。将一个已充电电量为Q的平板电容器与静电计相连,此时指针和金属杆带正电,外壳的内表面将出现负的感应电荷,从而在金属杆与外壳间形成电场,指针表面的电荷受到电场力的作用,或者说受到来自杆上同种电荷的排斥力及金属盒内壁的异种电荷的吸引力,使得指针偏转,带电量越多,场强越强,则指针的偏角也越大。
  3.用途不同。
  验电器的主要用途:检验物体是否带电,比较带电的种类以及所带电荷量的多少等。
  静电计的主要用途:(1)定性测量两导体的电势差(或者定性测量某导体的电势);(2)可以测量直流电路中的电势差。
  例2.如图4所示,用静电计可以测量已充电的平行板电容器两极板之间的电势差U,现使B板带电,则下列判断正确的是(AB )
  A.增大两极之间的距离,指针张角变大
  B.将A板稍微上移,静电计指针张角将变大
  C.若将玻璃板插入两板之间,则静电计指针张角变大
  D.若将A板拿走,则静电计指针张角变为零
  结论:验电器与静电计从原理和用途上看都不能说是一回事,它们只是在结构上相似而已。
  三、在平行板电容器中插入导体与插入电介质,引起电容器的电容变化相同
  1.电介质是能够被电极化的绝缘体,电介质的带电粒子是被原子、分子的内力或分子间的力紧密束缚着,因此这些粒子的电荷为束缚电荷。在外电场作用下,这些电荷也只能在微观范围内移动,产生极化。在静电场中,电介质内部可以存在电场,这是电介质与导体的基本区别。
  2.在平行板电容器中插入电介质,引起电容器的电容变化。
  例3.(2016年湖北高考理综14)一平行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,极板间的电场强度变大
  B.极板上的电荷量变小,极板间的电场强度变大
  C.极板上的电荷量变大,极板间的电场强度不变
  D.极板上的电荷量变小,极板间的电场强度不变
  解析:这是一道关于电容器动态平衡问题的题目,首先确定的是不变量U,根据平行板电容器的决定式C=εrS/4πkd可知,当云母介质移出时,εr变小,C变小,又因为C= ,得Q=CU,所以Q减小,即极板上的电荷量变小,而E= ,得E不变,故选D。
  3.在平行板电容器中插入导体,引起电容器的电容变化。
  当平行板电容器中插入导体后,导体最终会处于静电平衡状态,内部场强处处为零,如果电容器两极板电压不变,则两极板之间的电场线变短了,场强增大,根据E= 等效极板间距减小,电容增大了。如图5所示。
  结论:在平行板电容器中插入电介质,改变的是εr,在平行板电容器中插入导体,等效于减小了极板间的距离。
  《电容器、电容》是高考的热点,是电场一章的重点和难点,在教材中占有重要地位。它是学完匀强电场后的一个重要应用,也是后面学习交流电路(电感和电容对交流电的影响)和电子线路(电磁振荡)的预备知识,在教材中起承上启下的作用。所以,我们有必要对以上几个认识加以判别,澄清,掌握,以便更好的学习后面的物理知识。