電容器作為儲能器件,在生產(chǎn)生活中有廣泛的應(yīng)用。實(shí)際中的電容器在外形結(jié)構(gòu)上有多種不同的形式,但均可以用電容描述它的特性。
(1)在兩個(gè)相距很近的平行金屬板中間夾上一層絕緣物質(zhì)就組成一個(gè)最簡單的電容器,叫做平行板電容器。圖1為一平行板電容器的充電電路,在充電過程中兩極板間電勢差u隨電荷量q的變化圖像如圖2所示。類比直線運(yùn)動中由v-t圖像求位移的方法,在圖中畫網(wǎng)格線表示當(dāng)電荷量由Q1增加到Q2的過程中電容器增加的電勢能。
(2)同平行板電容器一樣,一個(gè)金屬球和一個(gè)與它同心的金屬球殼也可以組成一個(gè)電容器,叫做球形電容器。如圖3所示,兩極間為真空的球形電容器,其內(nèi)球半徑為R1,外球內(nèi)半徑為R2,電容為C=R1R2k(R2-R1),其中k為靜電力常量。請結(jié)合(1)中的方法推導(dǎo)該球形電容器充電后電荷量達(dá)到Q時(shí)所具有的電勢能Ep的表達(dá)式。
(3)孤立導(dǎo)體也能儲存電荷,也具有電容。
a.導(dǎo)體球看作另一極在無窮遠(yuǎn)的球形電容器,根據(jù)球形電容器電容的表達(dá)式推導(dǎo)半徑為R的孤立導(dǎo)體球的電容C′的表達(dá)式。
b.金屬小球用導(dǎo)線與大地相連,我們就會認(rèn)為小球的電荷量減小為0。請結(jié)合題目信息及所學(xué)知識解釋這一現(xiàn)象。
c.我們知道,金屬導(dǎo)體帶電后,尖端特別容易放電,其原因是導(dǎo)體表面突出部分越尖銳的地方電荷的密度(即單位面積的電荷量)越大。請結(jié)合(b)問中的結(jié)論,分析為何在尖端部分電荷密度較大?以下公式可能會用到:球體表面積公式為S=4πr2。
C
=
R
1
R
2
k
(
R
2
-
R
1
)
【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評】
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發(fā)布:2024/11/30 8:0:1組卷:49引用:3難度:0.4
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1.關(guān)于電場線、電勢以及電勢能,下列說法中正確的是( ?。?/h2>
A.電場線是英國物理學(xué)家法拉第最先引入的,電勢降落的方向就是電場線的方向 B.不管是否存在其他力對電荷做功,電場力對電荷做多少正功,電荷的電勢能就減少多少 C.帶正電的粒子只受電場力作用,則它在任意一段時(shí)間內(nèi)不一定沿著電場線運(yùn)動,但一定向低電勢方向運(yùn)動 D.在正點(diǎn)電荷形成的電場中的任意一點(diǎn)處,正電荷具有的電勢能可能小于負(fù)電荷具有的電勢能 發(fā)布:2024/12/21 8:0:2組卷:5引用:1難度:0.9 -
2.如圖所示,某條電場線上有a、b、c三點(diǎn),其中ab=bc=10cm,已知a、c兩點(diǎn)的電勢分別為φa=6V,φc=4V。將一點(diǎn)電荷從c點(diǎn)由靜止釋放,僅在電場力作用下沿著電場線向a點(diǎn)做加速度不斷增大的加速運(yùn)動,則下列判斷正確的是( ?。?/h2>
A.該點(diǎn)電荷帶正電 B.b點(diǎn)電勢一定等于5V C.該電場一定是勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)為E=10N/C D.電場中a點(diǎn)的電場強(qiáng)度大于c點(diǎn)的電場強(qiáng)度 發(fā)布:2024/12/19 16:30:1組卷:209引用:3難度:0.7 -
3.在某靜電場中建立Ox軸,x軸上各點(diǎn)的電勢φ隨坐標(biāo)x變化的關(guān)系圖像如圖所示?,F(xiàn)將一電荷從x1處沿x軸負(fù)方向以一定速度射出,恰好到達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn)O,不計(jì)電荷重力。下列說法正確的是( ?。?/h2>
A.從x1到原點(diǎn)O過程中電荷的電勢能逐漸減小 B.從x1到原點(diǎn)O過程中電荷的加速度先增大后減小 C.從x1到原點(diǎn)O過程中電荷做勻減速直線運(yùn)動 D.電荷的電性為正電荷 發(fā)布:2024/12/20 20:30:1組卷:142引用:2難度:0.5
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