北京高考丨静电场丨电容器

各位同学大家好，欢迎来到十点课堂，跟勇哥学物理，今天距离高考第68天，我们继续分享静电场中的电容器问题。

电容器是用来容纳电荷储存电能的装置。

高中阶段我们主要学习平行板电容器，今天的一共有三个重点，

第一是平板电容器的三个常见公式；

第二是电容器的充放电过程和储能的大小；

第三是在极板之间悬浮的液滴。

   电容器的常见公式   

平行板电容器的三个重要公式是：定义式、决定式和两板之间匀强电场场强的公式。

电容的定义式C=Q/U=ΔQ/ΔU ，Q表示极板上的带电量，U表示两板之间的电压。

电容的决定式C=εS/4πkd，其中ε是电介质常数，S指极板正对面积，d指的极板间的距离。

电容大小与是否充电无关，与极板的电量Q和电压U没有关系。就相当于我们做了一个水杯，即使不倒入水的情况下，水杯的容积也是保持不变的。所以电容有定义式和决定式两个物理量表达式。

平板电容器的两个金属板带等量的异种电荷，

比如A板带正电，那么对应的B板就会带负电，它们的电荷量的大小相同。

两个极板都会产生电场，电场相互叠加在AB板间的空间内，就会形成一个匀强电场。

当电压U保持不变时，E=U/d；

当电量Q保持不变时，E=4πkQ/εS

除了记住平板电容器的定义式、决定式和场强的大小之外，

我们也需要知道电容器的单位，法拉(F)，1法拉=10的6次方微法=10的12次方皮法。

    充电、放电和储能    

对于电容器的公式和单位理解之后，就需要思考：

电容器是如何充电和放电的？

看我们的笔记当中，当s接到a端时，电容器与电源相连时，电源就会给电容器充电。

开关s接到a端，电容器就处于充电过程当中，与电源正极相连的a板就带上正电荷，与负极相连的b板带负电荷。

随着电量的逐渐增加，两板之间的电压U也会逐渐的增大，充电过程中会有瞬时电流，电流I=E-U/R，U增大，电流I逐渐减小。

当电压逐渐增大，最后达到与电源的电动势相等的时候，电容器就不再充电，此时的电流I=0。

在充电过程当中，随着电量Q不断增大，两板之间的电压也会逐渐增大，U=E的时候就完成了充电的过程。

那么最后极板上所容纳的电子核量如何求呢？

根据电容器的定义 C=Q/U 可以推导出来的，Q=CU=CE。

如果有的题目中告知了我们充电的时间t，就可以求出电容器的充电过程中的平均电流，I=CE/t

平均电流是一个具体的值，是不变的，而瞬时电流逐渐变小。

这就跟我们跑100米一样，瞬时速度是变化的，但是平均速度就是总位移除以总时间就可以了。

如何求变容器储存的电能？

我们通常是画出Q-U图像，Q=CU是过原点的正比例函数，它的斜率就是电容C。

Q-U图像与坐标轴围成的面积就代表储存的能量：E电=CQ/2=CU²/2

理解了电容器的充电过程，放电过程也就好理解了，把开关s扳到b端时，它就处于放电的过程。

当接通的瞬间，会有一个瞬时电流I=U/R=E/R，

随着电量Q的逐渐变化，电流也会逐渐的减小，最后放完电之后电流等于0。

   液滴悬浮问题分析   

最后我们再来说一下，液体悬浮在极板间的问题。

如果液滴悬浮，那他一定需要考虑重力，受力平衡，它受到的重力mg=qE(电场力)，

通过电场方向和受力分析我们，就可以知道液滴的电性。

如果a板向上移动，问液滴还能否处于静止状态？

分析这个问题有两种情况

……

今天我们就讲到这里，咱们明天见。