平行板電容器動(dòng)態(tài)問(wèn)題的最佳處理思路

1、平行板電容器動(dòng)態(tài)問(wèn)題的最佳處理思路平行板電容器動(dòng)態(tài)問(wèn)題的最佳處理思路湖北省恩施高中陳恩譜對(duì)于平行板電容器動(dòng)態(tài)問(wèn)題，一般依據(jù)的是電容的定義式、決定式和勻強(qiáng)電場(chǎng)的QCU?r4πSCkd??基本關(guān)系式，不過(guò)這一思路不是直線型思路，使教師講解和學(xué)生分析都顯得比較繞，對(duì)新授課和UEd?快速答題，這一思路都是較為困難的。筆者通過(guò)教學(xué)實(shí)踐和理論分析，得出了一種實(shí)際思路是直線型、理論上講更符合邏輯的處理方式，在此與大家分享，也請(qǐng)各位不吝賜教。鋪墊一：平

2、行板電容決定式的導(dǎo)出過(guò)程及高中階段教學(xué)的設(shè)計(jì)鋪墊一：平行板電容決定式的導(dǎo)出過(guò)程及高中階段教學(xué)的設(shè)計(jì)高中物理教材簡(jiǎn)單的交代了該表達(dá)式的來(lái)源——“理論分析表明”，然而并沒(méi)有對(duì)這理論分析的思路提示零星半點(diǎn)。電容決定式導(dǎo)出的理論思路是：1、真空中點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)決定式：，其中，ε0為真空介電常量。2qEkr?014πk??2、基于電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量疊加原理（高斯定理），導(dǎo)出真空中無(wú)限大帶電平板的場(chǎng)強(qiáng)決定式：，其中σe為電荷面密度，有；用靜電力常量k表示

3、，即為：。e02E???eQS??2πkQES?3、平行板電容器是兩塊相互靠近的金屬板形成，每塊板電荷量和大小相同，即電荷面密度相同，板間電場(chǎng)為兩板電場(chǎng)的疊加，有：。eQS??4π2kQEES??04、電介質(zhì)的極化形成的極化電荷電場(chǎng)，其中χe為電介質(zhì)的極化率，僅與介質(zhì)有關(guān)；則兩eEE???合板間合電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)為：。00ee4π=EkQEEES?????合=1（1）5、由電容的定義式和勻強(qiáng)電場(chǎng)關(guān)系式，有：QCU?UEd?，ee4π4πSQQC

4、kQEdkddS?????合（1）（1）定義為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，則。re???1r4πSCkd??為了把一些定性的結(jié)論告訴學(xué)生，高中階段的教學(xué)可簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)如下：1、設(shè)問(wèn)面電荷電場(chǎng)強(qiáng)度與電荷面密度的關(guān)系，引導(dǎo)分析得出定性結(jié)論：電荷面密度越大，電場(chǎng)強(qiáng)度越大；順便介紹尖端放電原理——尖端電荷面密度極大，附近場(chǎng)強(qiáng)極大……2、介紹理論分析結(jié)果，然后由電場(chǎng)的疊加原理得，進(jìn)而由電容的定義r2πkQES??r4π2kQEES???合式得到。QCU?r4

5、πSCkd??鋪墊二、電容器充放電的具體機(jī)制鋪墊二、電容器充放電的具體機(jī)制1、充電機(jī)制、充電機(jī)制：如圖1所示，開(kāi)關(guān)閉合前，電容器不帶電荷，則由和可知，電容器兩極板電勢(shì)差為零；取電源負(fù)極與電容器r4πkQES??UEd?下極板為零電勢(shì)，則有電源正極電勢(shì)高于電容器上極板電勢(shì)，開(kāi)關(guān)閉合，就必然在導(dǎo)線中形成順時(shí)針?lè)较虺潆婋娏?，直到電容器上極板與電源正極等勢(shì)。EC圖1板水平地向相反方向移開(kāi)一些，正對(duì)面積S減小，由可知，E增大，合乎題意；C、保持開(kāi)

6、關(guān)閉合，r4πkQES??U不變，將兩板間的距離減小一些，由可知，E增大，合乎題意；D、保持開(kāi)關(guān)閉合，U不變，轉(zhuǎn)動(dòng)極UEd?板后兩板間距變小，由可知，E增大，但是此時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度方向不是豎直向上了，故不合題意。UEd?【例3】如圖所示，平行板電容器AB兩極板水平放置，A在上方，B在下方，現(xiàn)將其和二極管串聯(lián)接在電源上，已知A和電源正極相連，二極管具有單向?qū)щ娦裕粠щ娦∏蜓谹B中心水平射入，打在B極板上的N點(diǎn)，小球的重力不能忽略，現(xiàn)通過(guò)上下移

7、動(dòng)A板來(lái)改變兩極板AB間距(兩極板仍平行)，則下列說(shuō)法正確的是A若小球帶正電，當(dāng)AB間距增大時(shí)，小球打在N的右側(cè)B若小球帶正電，當(dāng)AB間距減小時(shí)，小球打在N的左側(cè)C若小球帶負(fù)電，當(dāng)AB間距減小時(shí)，小球可能打在N的右側(cè)D若小球帶負(fù)電，當(dāng)AB間距增大時(shí)，小球可能打在N的左側(cè)【解析】極板間距增大時(shí)，設(shè)電容器極板上電荷量不變，由可知，E不變，兩極板間距增大，r4πkQES??由可知，U增加，即A板電勢(shì)升高，高于電源正極電勢(shì)，想在二極管處形成向左

8、的放電電流，而這UEd?是不可能的，即無(wú)法放電，可知Q保持不變，則E不變，小球手里不變，運(yùn)動(dòng)軌跡不變，即小球仍然落在N點(diǎn)，故A、D均錯(cuò)誤；極板間距減小時(shí)，設(shè)電容器極板上電荷量不變，由可知，E不變，兩極板間距減小，由r4πkQES??可知，U減小，即A板電勢(shì)降低，低于電源正極電勢(shì)，想在二極管處形成向右的充電電流，而這是UEd?可以的，故極板所帶電荷量Q增大，由可知，E增大——若小球帶正電，則電場(chǎng)力向下且增大，r4πkQES??故小球所受合

9、力向下增大，軌跡更彎，小球打在N的左側(cè)，B正確；若小球帶負(fù)電，則則電場(chǎng)力向上且增大，故小球所受合力向下減?。ㄉ踔量赡軠p小為零或者變成向上），軌跡更直，小球可能打在N的右側(cè)，C正確?！究偨Y(jié)】電容器本身變化時(shí)，為了弄清楚是充電還是放電，一般先假設(shè)電容器極板帶電量不變，分析極板間電壓與并聯(lián)部分兩端電壓大小關(guān)系，進(jìn)而判斷出充電還是放電；對(duì)含理想二極管的動(dòng)態(tài)電路問(wèn)題，一般先把二極管去掉，看電路動(dòng)態(tài)變化想要達(dá)到一個(gè)怎樣的目標(biāo)，然后把二極管放回去，看