鐘其春 袁小林
摘 要:近年來,高考物理當中每年都會對電容器這一知識進行考查,其是高考考查的熱點問題,而且在每年的高考中,電容器通常會以計算題和選擇題的形式出現(xiàn),而其中選擇題主要以電容器的電量和電壓不變兩種為主,而往往對于電量不變的試題,高中生常在解題時會出現(xiàn)誤區(qū)。通過例題分析的形式展開研究,對高中生解這類題型常出現(xiàn)的錯誤進行分析,并且分析正確的解題方法。
關鍵詞:電容器;帶電量;平行極板
我們在做物理題的時候,常常會犯這樣一類錯誤,就是用錯誤的觀點得出了正確的結論。而高中物理試題當中的電容器的帶電量就是其中一種常出現(xiàn)的錯誤解法。有關電容器的帶電量的試題,高中生使用“電容器的帶電量不變”這一錯誤觀點依然能夠得到正確答案,久而久之就使得這種錯誤思想一直存在于高中生的腦海之中,在做這種類型的習題時,常會選擇借助這種錯誤的方法進行解題。例如,2008年高考寧夏卷的一道選擇題就是這樣,市面上幾乎所有的參考資料都是用了“電容器的帶電量不變”這一錯誤觀點得出了正確答案。下面我們來針對一道典型的試題進行具體的分析。
如圖1所示,C為中間插有電介質的電容器,a和b為其兩極板;a板接地;P和M為兩豎直放置的平行金屬板,在兩板間用絕緣線懸掛一帶電小球;P板與b板用導線相連,M板接地。開始時懸線靜止在豎直方向,在板帶電后,懸線偏轉了角度α。在以下方法中,能使懸線的偏角α變大的是( )
A.縮小a、b間的距離
B.加大a、b間的距離
C.取出a、b兩極板間的電介質
D.換一塊形狀大小相同、介電常數(shù)更大的電介質
錯誤解答:根據(jù)題意可知,偏角變大,電場力變大,場強變大,P、M兩板間電勢差必變大。由U=Uba,U= = Q可知,在電容器的電量帶Q不變的情況下,增大兩極板間的距離、減小極板正對面積、取出極板間的電介質,都可以滿足題意。故A、D錯誤,B、C正確。
然而,“電容器C的帶電量不變”這一說法是不科學的。圖1中,P和M兩豎直放置的平行金屬板也是電容器,設其電容為C′。由分析可知,這是兩個電容器并聯(lián)連接使用的電路設置,如圖2所示。由電容器并聯(lián)的原理知,當在b板上所帶電量為Q時,與b板導線連接的P板也將帶相同電性的電量Q′。兩電容器并聯(lián)電壓相等,即Uba=UPM,所以:
= (1)
而按題目中所述的各種操作,兩個電容器的電量之和是不變的,即:
Q總=Q+Q′ (2)
聯(lián)立(1)(2)兩式,解得:Q= Q總,Q′= Q總。
可見,當電容器C的電容變化時,其所帶電量是變化的。那么這道題的正確解法是什么呢?對此我們可以這樣理解,如圖3
所示。
而Uba= = ,Uba增大,則C減小,加大a、b間的距離或取出a、b兩極板間的電介質可達到目的,故選B、C正確。而原解析,是用了錯誤的觀點得出了正確的結論。
通過以上的試題分析,借助“電容器的帶電量不變”這一思想對相關物理試題進行求解的方法是一種錯誤方法,盡管同樣能夠獲得正確的答案,但是這只是一種巧合而已。然而實際上,當電容器的電容發(fā)生變化時,其帶電量也會隨之變化。如果在實際操作之中還假設電容器的總體帶電量不變,那么必然會得到錯誤的結論。所以,我們在針對高中物理當中電容器這一內容展開學習之時,必須要對過去解題中那種錯誤思想及時進行糾正,對有關電容器的正確解法進行理解,并且養(yǎng)成一種解這類習題的正確習慣,這樣才能對這類習題進行正確的解答,同時對物理知識有一個正確的認識。
編輯 謝尾合