电容器中的电场强度与电介质关系的探讨

电容器中的电场强度电介质关系的探讨低乳糖
摘  要:由电容器中电介质的相对介电常数可知,电容器中的电场强度大小与电介质密切相关,公式只有在电容器中充满相同的均匀介质才成立,若电容器中有两种不同介质,则是两个电场的平均值。
关键词:电容器  电场强度 相对介电常数 高考试题
电容器是重要的电器元件,也是高中物理重要的知识内容。平行板电容器中的电场强度也是高考中的重要知识点,大多只考查电场强度E与正对面积S和极板间距d的变化关系,极少涉及到电场强度与电介质之间的关系。但是2016年全国Ⅰ卷出现了:
陈gc【2016·全国卷Ⅰ】 一平行板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;
这是大多数参考书上的解析:
【解析】由平行板电容器电容的决定式自控,将云母介质移出,电容C减小,而两极板的电压U恒定,由Q广东商学院论坛CU,极板上的电荷量Q变小,又由可得板间电场强度与介质无关,大小不变,选项D正确.
极板间的电场强度真的与电介质无关吗?
电介质是电容器最重要的组成部分,通常电容器的命名就是以电介质分类来的,如:空气电容器、云母电容器、纸质电容器、陶瓷电容器、涤纶电容器等。
电介质到底是什么,又是如何影响电容?最新2020年版高中物理必修第三册教材中(鲁科版)是这样介绍电容器的电介质的:
当两板间充满同一种电介质(在电场作用下能产生极化的物质)时,对应的电容是真空时的εr倍,即式中,k为静电力常量,εr为这种电介质的相对介电常数。
这应该是中学教材首次提到电介质的“极化”,让我们简单地了解电介质对电容器的影响过程:
电介质在空气中的外电场E1的作用下产生极化现象,并在表面产生极化电荷,极化电荷会激发一个与外电场反向的极化电场,使得电介质中的合场强减小,如图1设电介质中的合场强为E2,则电介质的相对介电常数相对介电常数越大,极化强度越大,电介质的合场强越小。
如图2,若在平行板电容器相距为d,面积为S,其中放有一层厚度为d0,相对介电常数εr的均匀电介质,电介质两边都是空气,两极板间的电势差U保持不变,略去边缘效应。
设电容器中空气部分的场强为E1 ,电介质部分的场强为E2
两极板间的电压等于空气部分的电压和电介质部分的电压之和,
即:
因为 
所以:
【分析】:①当d0=0时,即电容器中充满空气
②当00, 
因为εr>1 则      
③当d0=d 时,即电容器充满均匀的电介质
综上,电容器中的电场强度大小与电介质密切相关,公式只有在电容器中充满相同的均匀介质才成立,若电容器中有两种不同介质,则是两个电场的平均值。上面提到的2016高考中该题只是上述中的两个特例,很容易让人错误地得出电场强度大小与电介质无关的结论。
这是近年来某些名校的相关试题:
题1:如图所示,两块正对平行金属板与一电压恒定的电源相连,下板接地,下板上叠放有玻璃板,一带电油滴恰好静止于两板间的P点,当把玻璃板从两板间快速抽出,下列说法正确的是(  )
A、带电油滴带负电;
B、P点的电势保持不变;
C、2010福建高考数学带电油滴将加速向下运动;
D、会有瞬间电流从a向b流经电阻R;
【解析】该题的原参考答案为ABD,对BC选项是基于“电场强度大小与电介质无关”的认知。当电容器有玻璃板时,空气部分的电场强度  ,   ;抽出玻璃板后  , ,则P点的电势升高,带电油滴向下加速运动,正确的选项应是ACD。                               
题2:如图甲所示,两个间距为d的平行板电容器,在B板上方某位置有一个带电微粒P静止不动,图乙是在图甲中插入某物体(不影响P点,且厚度小于板间距d),那么(    )
A、保持开关K闭合,如插入云母片,电容器所带电荷量增加,微粒向上运动;
B、保持开关K闭合,如插入云母片,电容器所带电荷量增加,微粒保持不动;
  C、开关K先闭合再断开,如插入金属板,则微粒向上运动;
  D、开关K先闭合再断开,如插入金属板,则微粒保持不动;
【解析】该题的原参考答案BD。同样道理,插入云母片之前,;插入云母片之后, ,微粒向上加速运动,正确的选项应是AD。京东商城淘宝网
参考文献:<大学物理学.电磁学]>张三慧编著
作者简介:
孙传勇 福建泉州外国语学校高中物理教研组组长,高级教师。:159****1660。
另说明:如果版面太长,可以将文中后边2个例题删去

本文发布于:2024-09-21 05:45:07,感谢您对本站的认可!

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