电容和电容器知识点精解
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大学物理基础知识电容与电容器的基本原理电容与电容器的基本原理电容与电容器是大学物理基础知识中的重要内容,它们在电路中起着至关重要的作用。
本文将从电容的概念、电容器的基本原理以及应用方面进行论述。
一、电容的概念电容是指导体存储电荷的能力,它是电容器的重要参数之一。
电容的单位为法拉(F),表示存储1库仑电荷时所需要的电势差为1伏特。
电容可以用以下公式表示:C = Q/V其中,C表示电容,Q表示电容器存储的电荷量,V表示电容器的电压。
这个公式告诉我们,电容器的电容与电荷量成正比,与电压成反比。
二、电容器的基本原理电容器是由两块导体板和两块介质组成的。
常见的电容器类型有平行板电容器、球形电容器等。
平行板电容器由两块平行的导体板和介质层组成。
当两块导体板上有一定的电荷后,它们之间会产生电场,电场的强度与电压成正比。
1. 平行板电容器平行板电容器的电容可以通过以下公式计算:C = ε₀S/d其中,C表示电容,ε₀表示真空介电常数,S表示两块导体板的面积,d表示两块导体板的距离。
由此可见,电容器的电容与板的面积成正比,与板的距离成反比。
2. 球形电容器球形电容器由一个带电的金属球和一个接地的金属壳组成。
球形电容器的电容可以通过以下公式计算:C = 4πε₀r其中,C表示电容,ε₀表示真空介电常数,r表示球的半径。
从这个公式可以看出,球形电容器的电容与球的半径成正比。
三、电容器的应用电容器在电路中有广泛的应用,可以用于存储和释放能量、实现信号的滤波等功能。
1. 电容器的能量存储电容器可以将电能转化为电荷储存起来,当需要释放能量时,电容器会将储存的电荷释放出来。
这在电子设备中非常常见,比如闪光灯、电子闹钟等。
2. 电容器在滤波电路中的应用电容器在滤波电路中可以实现信号的滤波,去除掉高频噪声或低频干扰。
这在电源供电和音频放大器等电子设备中非常重要。
3. 电容器在振荡电路中的应用电容器在振荡电路中起着重要的作用,可以实现信号的稳定振荡。
《电容器与电容》讲义一、电容器在我们的日常生活和电子电路中,经常会听到“电容器”这个名词。
那么,究竟什么是电容器呢?电容器是一种能够储存电荷的电子元件。
它就像一个小小的电荷仓库,能够在需要的时候释放储存的电荷,为电路提供能量支持。
从结构上来看,电容器通常由两个彼此靠近但又相互绝缘的导体极板组成。
这两个极板可以是金属片、金属箔或者镀在绝缘材料上的金属层。
常见的电容器有平行板电容器、圆柱形电容器和球形电容器等。
平行板电容器是我们比较常见的一种类型。
它由两块平行放置的金属板组成,中间隔着一层绝缘介质,比如空气、塑料薄膜或者陶瓷等。
当在这两块金属板上分别加上正、负电荷时,它们之间就会形成电场,从而储存电荷。
圆柱形电容器则是由两个同轴的圆柱形导体组成,中间同样填充着绝缘介质。
球形电容器则是由两个同心的球形导体构成。
电容器在电路中的作用非常重要。
它可以用于滤波,将交流信号中的杂波滤除,使输出的信号更加平滑;可以用于耦合,将交流信号从一个电路传递到另一个电路,同时阻止直流信号通过;还可以用于定时,通过电容器的充放电特性来控制电路的工作时间。
二、电容既然提到了电容器,就不得不说“电容”这个概念。
电容是电容器储存电荷能力的量度。
电容的定义是:电容器所带电荷量 Q 与电容器两极板间的电势差 U 的比值,叫做电容器的电容,用字母 C 表示。
即 C = Q / U 。
从这个定义可以看出,电容越大,电容器在给定的电势差下能够储存的电荷量就越多。
电容的单位是法拉(F),但在实际应用中,常用的单位还有微法(μF)和皮法(pF)。
电容的大小取决于电容器的结构和所使用的绝缘介质。
对于平行板电容器,其电容大小与极板的正对面积成正比,与极板间的距离成反比,还与绝缘介质的介电常数有关。
可以用公式 C =εS /(4πkd) 来表示,其中ε 是绝缘介质的介电常数,S 是极板的正对面积,d 是极板间的距离,k 是静电力常量。
不同的绝缘介质具有不同的介电常数,介电常数越大,电容器的电容就越大。
第一节电容器和电容1、任何两个彼此而又相互的导体,都可以看成是一个电容器。
最简单的电容器是电容器,它由两块互相平行,靠得很近而彼此绝缘的金属板组成。
当电容器的两极板接入电池两端时,电容器一个极板带上电荷,另一个极板上带电荷,且电荷数量。
这时电容器两极板之间就有了,就储存了。
这个过程叫做电容器的。
在电路图中,通常用字母表示电容器元件。
电容器在电路中还有、、、等重要作用。
2、电容是用来衡量电容器储存电能的能力,用符号表示,其大小等于电容器所带的与两极板间的的比值,即公式,这个比值是一个量。
它表示电容器本身的储能特性,其大小由本身决定,与其两端是否有电压及电压的大小(有、无)关。
电容的单位是,常见的电容的单位还有、、、以及。
3、4.7×10-6μF= PF= F,0.1 nF= mF= F= PF,2.2×105 PF= nF= μF,0.3μF= mF= F= nF4、某电容器两极板间加上100V电压时,每个μF极板上所储存的电荷是4.7×10-4C,则该电容器的电容为 F= mF= nF= PF5、平行板电容器的电容与、和有关,即公式,说明平行板电容器的电容,跟电介质的介电常数成比,跟正对面积成比,跟极板间的距离成比。
6、0.001m= mm,0.0001m2= cm2= mm2,如果一个平行板电容器,两极板间是空气,极板的正对面积为50cm2,两极板间距是1mm。
电容器的电容是。
7、一个电容为C的平行板电容器,两极板间的电压为U,极板上的电荷量为q。
在不断开电源的条件下,把两极板间的距离拉大一倍,则电压为,电量为,电容为。
8、电介质的介电常数由介质的性质决定。
真空中的介电常数等于,用字母表示;某介质的介电常数与真空中的介电常数之比叫做,用表示。
9、一个电容为C的平行板电容器,两极板间的电压为U,极板上的电荷量为q。
断开电源并把两极板间的距离拉大一倍,则电压为,电量为,电容为。
电容器与电容的概念电容器和电容是电路中重要的概念,它们在电子设备、通信系统、电源管理等领域中扮演着重要的角色。
本文将介绍电容器和电容的基本概念,并探讨它们在电路中的应用。
一、电容器的定义与原理电容器是一种能够储存电荷的被动电子元件。
它由两个导体板之间的绝缘介质隔开,形成一个储存电荷的空间。
当在电容器的两端施加电压时,电荷会在导体板之间积累,形成电场。
电容器的电容值(简称电容)用C表示,单位是法拉(F)。
电容的大小取决于电容器的结构和特性。
常见的电容器有固定电容器和可调电容器两种。
固定电容器根据介质的不同可分为陶瓷电容器、铝电解电容器等。
陶瓷电容器适用于高频电路和小容量要求的场合,而铝电解电容器则适用于大容量要求和低频电路。
可调电容器通常采用可旋转的机械结构,通过改变电容器的结构尺寸或改变两个导体板之间的距离,来调整电容的大小。
可调电容器常用于射频电路、调谐电路和滤波电路等。
二、电容的作用与应用电容器的主要作用是储存电荷和释放电能。
电容器能够吸收和储存电荷,当外部电压施加到电容器上时,电荷会在电容器的两端积累,形成电场能量。
当电容器释放电能时,电荷会从一个导体板转移到另一个导体板,电场能量会被转化为其他形式的能量。
电容器在电子电路中有广泛的应用。
其中一个重要的应用是平滑电源电压。
通过将电容器连接在电源电路的输出端,电容器可以吸收电源中的脉动电压,使输出电压更稳定,并提供更稳定的电力给其他电路。
此外,电容器还可以用于射频天线匹配电路,用于过滤高频噪声和防止干扰。
电容器还常用于振荡电路、调谐电路、滤波电路等功能模块,对电路的性能起到重要的影响。
三、电容器与电路中的注意事项在使用电容器时,需要注意以下几个问题:1. 极性:如果使用的是铝电解电容器或其他有极性的电容器,必须注意正确的极性连接,否则会损坏电容器或引起电路故障。
2. 电容器的选型:根据电路设计和要求,选择合适的电容器型号、电容值和工作电压等参数。
电容器与电容电容是电学的一个重要概念,而电容器则是应用电容概念的常见装置。
本文将介绍电容器的原理、分类、应用以及相关的公式等内容。
一、电容器的原理电容器是一种能够储存电荷的装置。
它由两个导体板和之间的绝缘材料组成。
当电容器处于电场中时,两个导体板分别带上相反的电荷,产生电场。
绝缘材料的存在使得导体板之间不能直接接触,从而阻止了电荷的流动。
这种电场储存电荷的能力就是电容的体现。
二、电容器的分类根据电容器的结构和原理,可以将其分为以下几类:1. 平行板电容器:由两块平行的导体板和之间的绝缘材料组成。
平行板电容器具有简单、结构紧凑的特点,广泛应用于电路中。
2. 圆柱电容器:由一个中心的导体柱和外部的导体壳组成。
圆柱电容器相对于平行板电容器来说,具有更大的电容量。
3. 球形电容器:由一个球形的导体和外部的导体壳组成。
球形电容器在一些特殊场合中应用较多,例如电力系统的绝缘子。
4. 变压电容器:利用压电效应,将电场转换为机械形变的装置。
变压电容器在一些灵敏器件和精密仪器中发挥着关键作用。
三、电容的计算公式电容的大小与电容器的几何参数以及绝缘材料的介电常数相关。
在常见的平行板电容器中,电容可以根据以下公式计算:C = ε·A/d其中,C为电容,ε为绝缘材料的介电常数,A为导体板的面积,d为导体板之间的距离。
这个公式说明了电容与导体板面积的正相关关系,与导体板之间的距离的负相关关系。
四、电容器的应用电容器在电子电路中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景:1. 能量储存:电容器可以储存电能,并在需要时释放。
这在一些需要脉冲电流的设备中十分常见,例如相机的闪光灯。
2. 信号滤波:通过调整电容器的容值,可以实现对不同频率信号的滤波作用。
这在无线通信和音频系统中得到广泛应用。
3. 相位补偿:电容器与电感器的组合可以实现对交流电路的相位补偿,用于电力系统中的无功功率补偿。
4. 传感器:利用电容器的特性,可以设计出各种传感器,例如接触式开关、液位传感器等。
电容和电容器电容和电容器是电路中常见的元件,其主要作用是存储电荷和能量。
在电子领域中,它们扮演着重要的角色。
本文将介绍电容和电容器的基本原理、分类以及应用。
一、电容的基本原理电容是由两个导体之间的绝缘介质隔离形成的。
当电源施加电压时,正电荷将聚集在一个极板上,而负电荷将聚集在另一个极板上。
这种聚集的电荷会在极板之间产生电场。
随着电荷的积累,电容器的电场强度增加。
电容的大小和电荷量以及电压之间的比例有关,可以用以下公式表示:C = Q / V其中,C表示电容,单位是法拉(F);Q表示电荷量,单位是库仑(C);V表示电压,单位是伏特(V)。
二、电容器的分类根据电容器的结构和性质,可以将电容器分为极板电容器、电介质电容器和变压器电容器。
1. 极板电容器极板电容器是最基本的电容器类型,由两个导电极板之间的绝缘材料组成。
常见的极板电容器包括平行板电容器、圆柱电容器和球型电容器。
极板电容器的电容值取决于极板的面积、极板间的距离以及绝缘材料的特性。
2. 电介质电容器电介质电容器是在极板电容器的基础上加入了电介质材料。
电介质可以增加电容器的电容量,并提高其绝缘性能。
常见的电介质电容器有聚乙烯电容器、陶瓷电容器和铝电解电容器。
3. 变压器电容器变压器电容器主要用于电力系统中,用于调整电压的大小和相位。
变压器电容器具有高电压和大电容量的特点,可以稳定电力系统的运行。
三、电容器的应用电容器在电子电路中有广泛的应用,以下是一些常见的应用领域:1. 平滑直流电源电容器可以在电源电路中起到平滑电压信号的作用。
通过存储电能并在需要时释放,电容器可以减少电路中的电压波动,确保电源供应的稳定性。
2. 耦合和绕组选择电容器在放大电路中用于耦合和绕组选择。
通过选择适当的电容值,可以实现信号的传输和频率的调节。
3. 滤波器电容器与电感器和电阻器组成滤波器电路,可以滤除信号中的高频成分或低频成分,使得信号更加纯净。
4. 时序电路在时序电路中,电容器可以控制电路元件的启动和停止时间。
电容器与电容电容器是一种能够存储电荷的电子元件。
当电容器接收到电荷时,电荷就会被存储在它的两个极板上。
电容器的大小可以影响它的存储能力,而存储能力的大小则决定了电容器的容量。
因此,电容的单位是法拉(Farad)。
电容的概念最初是由英国物理学家、化学家迈克尔·法拉第于19世纪提出的。
随着电学理论的不断发展,电容器已经被广泛应用于各种各样的电子设备中。
下面我们就来探讨一下电容器与电容的一些基本知识。
一、电容的基础知识1、电荷的概念电荷是物质固有的属性,是物体所带电量的大小,通常用Q 表示。
正电荷和负电荷分别表示物体所带的正电荷和负电荷。
2、电场的概念电场是指带电粒子周围空间出现的力场,通常用E表示。
带电粒子在电场中会受到电场力的作用,力的大小与电荷量和电场强度的乘积成正比。
3、电势的概念电势是指某一点处的电场能量,通常用V表示。
电势的大小与点电荷和离子间的距离成反比。
4、电容的概念电容是指存储电荷的能力,通常用C表示。
电容器是一种元器件,用于储存电能。
它可以将电荷存储在两个相对极性的极板之间,并通过电势差来储存。
5、电容的单位电容通常用法拉(farad)作为单位。
一法拉等于一库仑电荷通过电势差一伏特所能存储的电能。
二、电容器的基本结构电容器是一种由导体和绝缘体组成的装置。
它由两个金属板或箔片组成。
这个金属极板之间夹着一层非导体绝缘体,通常是聚乙烯或氧化铝。
电容器的大小和容量是由它的结构和材料来决定的。
金属极板的面积越大,电容器所储存的电荷就越多。
相反,金属极板之间的距离越近,电容器所储存的电荷就越小。
电容器的容量通常用标准单位法拉来表示。
一法拉的电容意味着当通过一个电荷量为一库仑的电容器时,它的电势差将增加一伏特。
三、电容器的能量存储电容器是一种能够存储电能的电子元件。
当电容器接收电荷时,电荷将被存储在它的极板上,电势差将增加。
这个过程中,电荷和电势的变化会导致电容器储存电能。
所存储的电能是与电容器的容量和电势差的平方成正比的。
《电容器电容》讲义一、电容器的基本概念在电学的世界里,电容器是一个非常重要的元件。
它就像是一个小小的“电能仓库”,能够储存电荷和电能。
电容器通常由两个彼此靠近但又相互绝缘的导体极板组成。
这两个极板可以是金属片、金属箔,或者是在绝缘材料表面镀上的金属层。
当在电容器的两个极板上加上电压时,极板上就会积累电荷,从而实现电能的储存。
为了更好地理解电容器的工作原理,我们可以想象一个简单的场景。
假设我们有两个平行的金属板,它们之间隔着一层绝缘的空气。
当我们把电池的正负极分别连接到这两个金属板上时,电子就会从电池的负极流向一个金属板,使这个金属板带负电;同时,电池的正极会从另一个金属板上吸引电子,使这个金属板带正电。
这样,两个金属板之间就形成了电场,也就储存了电能。
二、电容器的种类电容器的种类繁多,常见的有以下几种:1、纸质电容器这是一种比较古老的电容器,它的极板是由两片金属箔夹着一层浸过绝缘油的纸组成。
纸质电容器的容量较大,但稳定性较差,容易受到温度和湿度的影响。
2、陶瓷电容器陶瓷电容器是用陶瓷材料作为介质的电容器。
它具有体积小、稳定性好、耐高温等优点,常用于高频电路中。
3、电解电容器电解电容器的容量通常比较大,它有正负极之分。
在使用时,一定要注意不能接反,否则会损坏电容器。
4、钽电容器钽电容器具有体积小、容量大、性能稳定等优点,但价格相对较高。
三、电容的定义和单位电容是用来描述电容器储存电荷能力的物理量。
它的定义是:电容器所带电荷量 Q 与电容器两极板间的电压 U 的比值,叫做电容器的电容,用字母 C 表示。
即:C = Q / U 。
电容的单位是法拉(F),但在实际应用中,法拉这个单位太大了,常用的单位还有微法(μF)和皮法(pF)。
1 法拉= 10^6 微法=10^12 皮法。
比如说,一个电容器两极板间的电压为 10 伏,所带电荷量为 50 库仑,那么它的电容就是 5 法拉。
但在实际电路中,我们很少见到这么大容量的电容器。
电容和电容器1.电容的定义(1)电容器①作用:电容器是电气设备中常用的一种重要元件,可以用来容纳电荷。
②构成:两金属板间夹上一层绝缘物质(电介质)就是一个最简单的电容器。
两个金属板就是电容器的两个电极。
③充电与放电:使电容器带电叫充电;使充电后的电容器失去电荷叫放电。
④电容器所带电量:电容器的一个极板上所带电量的绝对值。
⑤击穿电压与额定电压:加在电容器两极上的电压如果超过某一极限,电介质将被击穿从而损坏电容器,这个极限电压叫击穿电压;电容器长期工作所能承受的电压叫做额定电压,它比击穿电压要低。
(2)电容的定义电容器所带电量与两板间电势差之比叫电容。
定义式为①单位:在国际单位制中,电容单位是法(F)。
常用单位有:微法(μF)和皮法(pF)。
它们的换算关系是1F=106uF=1012pF②物理意义:表示电容器容纳电荷本领大小的物理量。
2.平行板电容器电容的决定因素平行板电容器的电容,跟介电常量ε成正比,跟正对面积S成正比,跟极板间的距离d成反比。
用公式表达为下面表中为几种电介质的介电常量的值。
3.常用电容器常用的电容器可分为固定电容器和可变电容器。
(1)固定电容器固定电容器的电容是固定不变的,常用的有纸质电容器及电解电容器。
①纸质电容器:在两层锡箔或铅箔中间夹以在石蜡中浸过的纸,一起卷成圆柱体而制成的电容器(图1-49(a))。
②电解电容器:这种电容器是用铝箔作阳极,用铝箔上很薄的一层氧化膜作电介质,用浸渍过电解液的纸作阴极制成的(图1-49(b))。
由于氧化膜很薄,这种电容器的电容较大。
电解电容器的极性是固定的,使用时正负极不能接错,不能接交流电。
(2)可变电容器①特点:电容可以改变。
②构成:由两组铝片组成(图1-49(c)),固定的一组铝片叫定片,可以转动的一组铝片叫动片。
使用时可以转动动片使两组铝片正对面积发生变化从而改变电容的大小。
(3)电路中常用的几种电容器的符号如图1-49(d)所示。
【例1】图1-50中平行放置的金属板A、B组成一只平行板电容器。
电容器与电容全面知识点
电容器:
任何两个彼此绝缘而又互相靠近的导体,都可以看作是电容器,这两个导体就是电容器的两个级。
电容带电的过程叫做充电,这时候两个级板一个带正电,另一个带等量的负电,充了电的电容器两极板间有电场。
充电后失去电荷叫做放电,当两级接通它就开始放电了,放电后两极板之间不再存在电场。
电容;
电容器带电时,它两级板之间产生电压,所以电容器所带的电荷量与它的两极板之间的电压比值,这个比值叫做电容器的电容。
用q表示电容电荷量,u表示电压,c表示电容那么公式就是C=q/U
国际单位制电容单位是F(法)。
较小的单位有uF(微法),pF(皮法),它们的换算关系是1F=10的6次方微法=10的12次方皮法。
常见电容器种类有以下三类;
固定电容器,它的电容量是固定不变的,按介质分有电解电容,陶瓷电容,云母电容,金属膜电容等等。
可变电容器;
它的容量可在一定范围内随意变动,它是有两组相对的金属片组成的,一组是不动的,叫定片。
另一组可以转动,叫动片。
只要改变两组金属片相对面积大小就可以改变电容量。
半可变电容器;
它是有两组小型金属弹簧片中间夹有介质组成,用螺钉调节金属片可以在小范围内改变它的电容量。
注意:电容器有的有极性不可接错,否则会损坏。
下面是电容器图像符号及部分电容图片;
另外,电容器电容值允许误差按精密度分为正负1%,正负2%,正负5%,正负10%,正负20%。
一般电容器都标有电容量,允许误差,额定电压,要注意。
电容和电容器·知识点精解
1.电容的定义
(1)电容器
①作用:电容器是电气设备中常用的一种重要元件,可以用来容纳电荷。
②构成:两金属板间夹上一层绝缘物质(电介质)就是一个最简单的电容器。
两个金属板就是电容器的两个电极。
③充电与放电:使电容器带电叫充电;使充电后的电容器失去电荷叫放电。
④电容器所带电量:电容器的一个极板上所带电量的绝对值。
⑤击穿电压与额定电压:加在电容器两极上的电压如果超过某一极限,电介质将被击穿从而损坏电容器,这个极限电压叫击穿电压;电容器长期工作所能承受的电压叫做额定电压,它比击穿电压要低。
(2)电容的定义
电容器所带电量与两板间电势差之比叫电容。
定义式为
①单位:在国际单位制中,电容单位是法(F)。
常用单位有:微法(μF)和皮法(pF)。
它们的换算关系是1F=106uF=1012pF
②物理意义:表示电容器容纳电荷本领大小的物理量。
2.平行板电容器电容的决定因素
平行板电容器的电容,跟介电常量ε成正比,跟正对面积S成正比,跟极板间的距离d成反比。
用公式表达为
下面表中为几种电介质的介电常量的值。
3.常用电容器
常用的电容器可分为固定电容器和可变电容器。
(1)固定电容器
固定电容器的电容是固定不变的,常用的有纸质电容器及电解电容器。
①纸质电容器:在两层锡箔或铅箔中间夹以在石蜡中浸过的纸,一起卷成圆柱体而制成的电容器(图1-49(a))。
②电解电容器:这种电容器是用铝箔作阳极,用铝箔上很薄的一层氧化膜作电介质,用浸渍过电解液的纸作阴极制成的(图1-49(b))。
由于氧化膜很薄,这种电容器的电容较大。
电解电容器的极性是固定的,使用时正负极不能接错,不能接交流电。
(2)可变电容器
①特点:电容可以改变。
②构成:由两组铝片组成(图1-49(c)),固定的一组铝片叫定片,可以转动的一组铝片叫动片。
使用时可以转动动片使两组铝片正对面积发生变化从而改变电容的大小。
(3)电路中常用的几种电容器的符号如图1-49(d)所示。
【例1】图1-50中平行放置的金属板A、B组成一只平行板电
容器。
在不断开电键K时,①使A板向上平移拉开一些;②使A板向
右平移错开一些;③往A、B间充入介电常量ε>1的电介质。
试讨论
电容器两板电势差U、电量Q、板间场强E的变化情况。
若断开电键K,
情况又如何?
【分析思路】解决本题的关键在于明确电容器所涉及的不变量。
不断开电键时,意味着电容器两板间的电压U保持不变;断开电键后,意味着电容器所带电量是不变的。
明确以上两点,即可再根据电容的定义式及平行板电容器电容的决定因素来讨论本题。
【解题】电键K不断开时,电容器两极板间电压U不变。
小。
由于Q=CU,U不变,所以Q变小;平行板电客器内部电场为身强
②两板错开意味着正对面积S变小。
由C∝S可知C变小,由Q=CU
电键K断开后,意味着电容器所带电量Q不变。
②两板错开时S变小,由C∝S可知,C变小,所以U变大,而
【例2】如图1-51所示,两块水平放置的平行金属板M、N,相距为d,组成一个电容为C的平行板电容器,M板接地,M板的正中央有一小孔B。
从B孔正上方h处的A点,由静止一滴一滴地滴下质量为m、电量为
q的带电油滴,油滴穿过B孔后落到N板,把全部电量传给N板,若不计空气阻力及板外电场:问:(1)第几滴油滴将在M、N板间作匀速直线运动?(2)能达到N板的液滴不会超过多少滴?
【分析思路】带电油滴将所带的电量传给N板,因静电感应使M板带上等量异种电荷,这就使电容器带电,M、N板间存在匀强电场。
当电场力等于重力时,油滴作匀速直线运动,此时油滴从A 点落到N板时重力做的功等于克服电场力做的功。
油滴至N板速度为零,即为最后一滴落至N板的油滴,其余以后落下的油滴来达N板即反方向向上运动。
【解题方法】静电感应原理、平行板电容器两板间的电场为匀强电场、电容的定义式、受力平衡条件及动能定理。
【解题】 (1)设第n滴油滴将在两板间作匀速直线运动。
所以,当第n滴油滴作匀速直线运动下落时,两板间的场强
由平衡条件可知,此时有
(2)设能到达N板的液滴不会超过n′滴,即第n′滴在两板间作匀减速直线运动,到达N板时的速度刚好为零。
由动能定理得
mg(h+d)-qU′=0
其中U′为第n′油滴运动时两板间的电压,则
由以上两式联立解得
【例3】在静电复印机里,常用图1-52所示的电路来调节A、C两板间电场强度的大小,从而来控制复印件的颜色深浅。
在操作时,首先对金属平板A、B组成的平行板电容器充电。
该电容器的B板接地,A、B间充有介电常量为ε的电介质,充电后两板间的电势差为U。
而后,断开该充电电源,将连接金属平板C和可调电源ε的开关K闭合。
这样,A、C两板间的电场强度将随可调电源ε的电压变化而得以调节。
已知C板与A板很近,相互平行,且各板面积相等。
A、B板间距离为d1,A、C板间的距离为d2,A、C板间的空气介电常量取为1。
试求:当电源ε的电压为U0时,A、C两板间某点P处的电场强度。
【分析思路】首先对平行金属板A、B组成的电容器充电时,A板带上的电荷设为Q,则Q=C1U。
开关K闭合后等效电路如图1-53所示,由于金属板B和电源负极都接地,所以它们电势均为零。
设此时金属板A、B间的电势差为U1,金属板A、C间的电势差为U2,则由于电源电压为U0,所以有
U1+U2=U0。
可见,开关K闭合后,金属板A、B间的电势差将变小,故金属板A、B上的电荷将发生变化。
孤立导体A的电荷将重新分布,设其上表面带负电荷为-Q2,下表面带正电荷为+Q1,则有
Q1+(-Q2)=Q。
于是金属板B上的电荷将由-Q减少为-Q1,金属板C的电荷为+Q2。
下面的任务就是用尽量多的已知量表示出Q2,则
B的电荷要减少,孤立导体A上的电荷尊重新分布,充电稳定后,孤立导体A处于静电平衡状态,是等势体,才能列出U1+U2=U0的关系式。
当然,熟练运用所学公式以及运算技巧也是解答该题的必要条件。
【解题方法】处于静电平衡状态的导体的性质、电容的定义、匀
【解题】 K闭合后的等效电路如图1-53所示。
设A、B板间的电容为C1,电势差为U1。
A、C 板间的电容为C2,电势差为U2。
金属板的面积为S,则
而各板表面上的电量分别为如图所示1-53的±Q1和±Q2,于是有
另外,A板两表面上电量的代数和应该等于K闭合前该板上所带的电量,设为Q,即
而Q又可以从K闭合前A、B板间的电势差求得:、
将式⑧代入式⑦,得
将式⑨与式⑥联立消去Q1,得
由于A、C两板间电场可近似认为匀强电场,所以P点的电场强度EP为。