關於平行板電容器的動態平衡問題,我們先來簡單回顧下知識點,之後會詳細講講其中乙個難點:關於某點的電勢能與電勢的變化。
平行板電容器動態平衡的兩類模型:
①若電容器與電源相連,則整個動態平衡過程中電容器的電勢差u不變
②若電容器與電源斷開,則整個動態平衡過程中電容器的電荷量q不變
所涉及到的幾個公式:
通常來說判斷某物理量的變化,首先先確定模型(u不變還是q不變),再根據公式各物理量的正反比判斷即可。
但是若某板接地,當某個物理量發生變化,求平行板電場中某固定點電荷的電勢能與該點電勢變化,該怎麼解決呢?
這裡涉及到幾個知識點:
①w,ep,φ三個物理量均為標量,且有正負號,但是w比較大小只看絕對值,ep與φ比較大小需帶正負號
解決方法:
①電勢能變化
若將該點的點電荷移動到接地板(接地即電勢為0,即參考面)時,判斷
電場力做功的大小變化(通常用w=qed或w=uq來判斷)
及電場力做功正負(電荷與接地板電性相同w<0,相反w>0)
由於ep定義,則此時w的數值變化即ep的數值變化,又由於w大小變化只看絕對值,ep大小變化帶正負,則:
(1)若w>0,則w增大ep增大,w減小ep減小
(2)若w<0,則w增大ep減小,w減小ep增大
②電勢變化
由於公式
又由於ep與φ的大小變化需帶正負號,則:
(1)若q>0,則ep增大φ增大,ep減小φ減小
(2)若q<0,則ep增大φ減小,ep減小φ增大
理解並熟記上述規律,平行板電容器動態平衡也是小case啦!
例1.如圖所示,平行板電容器與電動勢為e的直流電源(內阻不計)連線,電容器下極板接地.一帶電油滴位於電容器中的p點且恰好處於靜止狀態,現將平行板電容器的上極板豎直向下移動一小段距離,下列說法正確的是( )
a.帶電油滴將豎直向下運動
b.p點的電勢將降低
c.電容器的電容增大,極板所帶電荷量減小
d.在上極板下移過程中,若將乙個帶負電的點電荷一直放在p點,該電荷的電勢能將減小
【解析】
判斷型別:與電源相連u不變
判斷變化:上板下移d變小
由得u不變d變小,則c變大,q變大,e變大
對油滴受力分析,向上的電場力eq與向下重力mg,且上板為正則油滴帶負電
當e變大,向上電場力大於重力,則油滴向上運動
若將乙個帶負電的點電荷一直放在p點,如果將其移動至接地板
由w=qed,q不變e變大d(p點與接地板距離)不變,則w變大
又由於點電荷為負下板也為負,則w<0
w<0且w變大,則ep減小
又由於q<0,ep減小,則φ增大
答案【d】
好啦,該類問題今天就講到這裡啦!
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