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        電容器的帶電量真的不變嗎

        2018-03-07 09:48:24鐘其春袁小林
        新課程·中學(xué) 2017年12期
        關(guān)鍵詞:電容器

        鐘其春 袁小林

        摘 要:近年來,高考物理當(dāng)中每年都會(huì)對(duì)電容器這一知識(shí)進(jìn)行考查,其是高考考查的熱點(diǎn)問題,而且在每年的高考中,電容器通常會(huì)以計(jì)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(duì)于電量不變的試題,高中生常在解題時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤區(qū)。通過例題分析的形式展開研究,對(duì)高中生解這類題型常出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行分析,并且分析正確的解題方法。

        關(guān)鍵詞:電容器;帶電量;平行極板

        我們?cè)谧鑫锢眍}的時(shí)候,常常會(huì)犯這樣一類錯(cuò)誤,就是用錯(cuò)誤的觀點(diǎn)得出了正確的結(jié)論。而高中物理試題當(dāng)中的電容器的帶電量就是其中一種常出現(xiàn)的錯(cuò)誤解法。有關(guān)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(cuò)誤觀點(diǎn)依然能夠得到正確答案,久而久之就使得這種錯(cuò)誤思想一直存在于高中生的腦海之中,在做這種類型的習(xí)題時(shí),常會(huì)選擇借助這種錯(cuò)誤的方法進(jìn)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(cuò)誤觀點(diǎn)得出了正確答案。下面我們來針對(duì)一道典型的試題進(jìn)行具體的分析。

        如圖1所示,C為中間插有電介質(zhì)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(dǎo)線相連,M板接地。開始時(shí)懸線靜止在豎直方向,在板帶電后,懸線偏轉(zhuǎn)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(zhì)

        D.換一塊形狀大小相同、介電常數(shù)更大的電介質(zhì)

        錯(cuò)誤解答:根據(jù)題意可知,偏角變大,電場力變大,場強(qiáng)變大,P、M兩板間電勢(shì)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(duì)面積、取出極板間的電介質(zhì),都可以滿足題意。故A、D錯(cuò)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(xué)的。圖1中,P和M兩豎直放置的平行金屬板也是電容器,設(shè)其電容為C′。由分析可知,這是兩個(gè)電容器并聯(lián)連接使用的電路設(shè)置,如圖2所示。由電容器并聯(lián)的原理知,當(dāng)在b板上所帶電量為Q時(shí),與b板導(dǎo)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(gè)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(dāng)電容器C的電容變化時(shí),其所帶電量是變化的。那么這道題的正確解法是什么呢?對(duì)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(zhì)可達(dá)到目的,故選B、C正確。而原解析,是用了錯(cuò)誤的觀點(diǎn)得出了正確的結(jié)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(duì)相關(guān)物理試題進(jìn)行求解的方法是一種錯(cuò)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(shí)際上,當(dāng)電容器的電容發(fā)生變化時(shí),其帶電量也會(huì)隨之變化。如果在實(shí)際操作之中還假設(shè)電容器的總體帶電量不變,那么必然會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)論。所以,我們?cè)卺槍?duì)高中物理當(dāng)中電容器這一內(nèi)容展開學(xué)習(xí)之時(shí),必須要對(duì)過去解題中那種錯(cuò)誤思想及時(shí)進(jìn)行糾正,對(duì)有關(guān)電容器的正確解法進(jìn)行理解,并且養(yǎng)成一種解這類習(xí)題的正確習(xí)慣,這樣才能對(duì)這類習(xí)題進(jìn)行正確的解答,同時(shí)對(duì)物理知識(shí)有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)。

        編輯 謝尾合

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