例谈电容器和变压器的动态分析
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电容器的动态变化分析电容器是一种能够存储电荷的电子元件,它由两个导体板之间夹着电介质组成。
在外加电压作用下,电容器会聚集正负电荷并储存电能。
电容器的动态变化分析主要参考其充放电过程,包括充电、放电和衰减三个阶段。
首先,我们来看电容器的充电过程。
当电压源连接到电容器上时,电压源会将正电荷送入一个导体板,同时从另一个导体板吸取相同数量的负电荷。
这样,电容器内的电荷就开始聚积,并且越来越多的电荷被储存在电容器中。
充电过程中,电容器的电压逐渐增加,直到达到电压源的电压,此时电容器被充满,不再接受更多的电荷。
接下来,我们来看电容器的放电过程。
当电容器上的电压源断开,即电压源不再提供电荷时,电容器中的电荷开始流向外部电路。
这是因为导体板上的正负电荷会吸引彼此,并且通过外部电路的导线流动。
在放电过程中,电容器的电荷越来越少,导致电容器的电压也逐渐降低,直到电容器完全放电为止。
最后,我们来看电容器的衰减过程。
当电容器被充满或放空后,电容器中的电荷不会立即消失。
相反,电容器内的电荷会因为一些因素的影响而逐渐减少。
其中最主要的因素是电容器内部的电阻和电介质的损耗。
电容器的电阻会导致电荷的漏失,而电介质的损耗会导致电荷的耗散。
因此,电容器的电荷衰减过程是一个逐渐减少的过程,电容器的电压也会随之减小。
在电容器的动态变化分析中,我们需要考虑电容器的电压-电荷关系。
根据电容器的定义,电容器的电压和电荷量之间存在线性关系,即Q=CV,其中Q为电容器的电荷,C为电容器的电容量,V为电容器的电压。
根据这个关系,我们可以通过测量电容器的电压和电荷量来确定电容器的特性。
总结起来,电容器的动态变化分析主要涉及充电、放电和衰减三个阶段。
在充电过程中,电压源将电荷送入电容器,使其电压逐渐增加;在放电过程中,电容器中的电荷通过外部电路流向导线,使电容器的电压逐渐降低;在衰减过程中,电容器内部的电阻和电介质的损耗导致电荷逐渐减少,使电容器的电压减小。
2025届高三物理一轮复习多维度导学与分层专练专题46电容器的动态分析、带电粒子在电场中的直线和抛体运动导练目标导练内容目标1电容器的动态分析目标2带电粒子在电场中的直线运动目标3带电粒子在电场中的抛体运动【知识导学与典例导练】一、电容器的动态分析1.平行板电容器动态的分析思路2.平行板电容器的动态分析问题的两种情况(1)平行板电容器充电后,保持电容器的两极板与电池的两极相连接:(2)平行板电容器充电后,切断与电池的连接:【例1】如图所示,一平行板电容器充电后与电源断开,负极板(M 板)接地,在两板间的P 点固定一个带负电的检验电荷。
若正极板N 保持不动,将负极板M 缓慢向右平移一小段距离,下列说法正确的是()A .P 点电势升高B .两板间电压增大C .检验电荷的电势能增大D .检验电荷受到的电场力增大【答案】C 【详解】由Q C U =;4r S C kdεπ=;U E d =可得4r kdQ U S πε=;4r k S E Q πε=BD .因为电容器与电源断开,电荷量保持不变,两板间的距离d 减小,所以两板间电压减小,两板间电场强度不变,检验电荷受到的电场力不变,故BD 错误;AC .因Ed ϕ'=,d '为P 到负极板之间的距离,d '减小,所以P 点电势降低;因沿电场线方向电势降低,M 板电势为零,所以P 点电势为正,P 点固定电荷为负,电势降低,电势能增加,C 正确,A 错误。
故选C 。
【例2】如图所示是由电源E 、灵敏电流计G 、滑动变阻器R 和平行板电容器C 组成的电路,开关S 闭合。
在下列四个过程中,灵敏电流计中有方向由a 到b 电流的是()A .在平行板电容器中插入电介质B .减小平行板电容器两极板间的距离C .减小平行板电容器两极板的正对面积D .增大平行板电容器两极板的正对面积【答案】C【详解】A .电容器保持和电源连接,电压U 一定,在平行板电容器中插入电介质,由4r S C kd επ=可知电容增大,由Q C U=可知极板电荷量增加,电容器充电,电路中有b 到a 方向的电流通过电流计。
电容器的动态分析,15分钟全部搞懂!
理科
电容器,顾名思义,是“装电的容器”,是一种容纳电荷的器件。
电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一,广泛应用于电路中的隔直通交,耦合,滤波,调谐回路,能量转换,控制等方面。
具体分析呢,看下面。
电容器的动态分析
1、电容器的两种情况
电容器始终与电源相连时,电容器两极板电势差U保持不变;
电容器充电后与电源断开时,电容器所带电荷量Q保持不变.
2、平行板电容器动态问题的分析思路
3、关于平行板电容器的一个常用结论
电容器充电后断开电源,在电容器所带电荷量保持不变的情况下,电场强度与极板间的距离无关.
4、分析电容器问题时常用到平行板电容器的三个公式
典例
1、将平行板电容器两极板之间的距离、电压、电场强度大小和极板所带的电荷量分别用d、U、E和Q表示.下列说法正确的是( ) A.保持U不变,将d变为原来的两倍,则E变为原来的一半
B.保持E不变,将d变为原来的一半,则U变为原来的两倍
C.保持d不变,将Q变为原来的两倍,则U变为原来的一半
D.保持d不变,将Q变为原来的一半,则E变为原来的一半
2、如图所示是某示波管的示意图,如果在水平放置的偏转电极上加一个电压,则电子束将被偏转。
每单位电压引起的偏转距离叫示波管的灵敏度,下面这些措施中对提高示波管的灵敏度有用的是()
A. 尽可能把偏转极板L做得长一点
B. 尽可能把偏转极板L做得短一点
C. 尽可能把偏转极板间的距离d做得小一点
D. 将电子枪的加速电压提高
答案:AC。
高中物理:理想变压器的动态分析
理想变压器动态分析大致有两类情形:
(1)负载不变,原、副线圈的电压U1、U2,电流I1、I2,功率P入、P出随匝数比变化而变化;
(2)匝数比不变,上述各物理量随负载电阻的变化而变化.
共同策略:①根据题意弄清变量和不变量;②弄清变压器动态变化的决定关系.
例、四川汶川特大地震致使供电系统严重破坏. 为了确保灾后人民的生活得到及时救助,电力部门启动了临时供电系统,它由备用发电机和副线圈匝数可调的变压器组成,如图所示,图中R0表示输电线的电阻. 滑动触头P置于a处时,用电器恰好正常工作. 在下列情况下,要保证用电器仍能正常工作,则()
A. 当发电机输出的电压发生波动使电压表V1示数小于正常值,用电器不变时,应使滑动触头P向上滑动
B. 当发电机输出的电压发生波动使电压表V1示数小于正常值,用电器不变时,应使滑动触头P向下滑动
C. 如果电压表V1示数保持正常值不变,那么当用电器增加时,滑动触头P应向上滑
D. 如果电压表V1示数保持正常值不变,那么当用电器增加时,滑动触头P应向下滑
分析:分析时,关键是看到理想变压器变化的本质:(1)当发电机输出的电压发生波动使电压表V1示数小于正常值时,意味着U1变小;(2)如果U1不变,当用电器增加时,实质就是负载电阻减小.
解析:当发电机输出的电压发生波动使电压表V1示数小于正常值,用电器不变时,由可知,当U1变小,n2应变大,则选项A正确;如果电压表V1示数保持正常值不变,由可知,当U1不
变,假设n2保持不变,那么当用电器增加时,副线圈中的总电阻将减小,则副线圈中的电流增大,而R0分担的电压将增大,用电器上分得的电压必然减小. 所以,为了确保用电器正常工作,滑动触头P应向上滑,则选项C正确.本题正确选项为AC.。
U(4)用E =dU分析电容器两极板间电场强度的变化。
例题1 如图所示,两块较大的金属板A 、B 平行放置并与一电源相连,S 闭合后,两板间有一质量为m 、电荷量为q 的油滴恰好处于静止状态,以下说法中正确的是( )A. 若将A 板向上平移一小段位移,则油滴向下加速运动,G 中有b →a 的电流B. 若将A 板向左平移一小段位移,则油滴仍然静止,G 中有b →a 的电流C. 若将S 断开,则油滴立即做自由落体运动,G 中无电流D. 若将S 断开,再将A 板向下平移一小段位移,则油滴向上加速运动,G 中有b →a 的电流思路分析:根据电路图可知,A 板带负电,B 板带正电,原来油滴恰好处于静止状态,说明油滴受到的竖直向上的电场力刚好与重力平衡;当S 闭合,若将A 板向上平移一小段位移,则板间间距d 变大,而两板间电压U 此时不变,故板间场强E =dU变小,油滴所受合力方向向下,所以油滴向下加速运动,而根据C =kdSr πε4可知,电容C 减小,故两板所带电荷量Q 也减小,因此电容器放电,所以G 中有b →a 的电流,选项A 正确;在S 闭合的情况下,若将A 板向左平移一小段位移,两板间电压U 和板间间距d 都不变,所以板间场强E 不变,油滴受力平衡,仍然静止,但是两板的正对面积S 减小了,根据C =kdSr πε4可知,电容C 减小,两板所带电荷量Q 也减小,电容器放电,所以G 中有b →a 的电流,选项B 正确;若将S 断开,两板所带电荷量保持不变,板间场强E 也不变,油滴仍然静止,选项C 错误;若将S 断开,再将A 板向下平移一小段位移,两板所带电荷量Q 仍保持不变,两板间间距d 变小,根据C =kd S r πε4,U =C Q 和E =d U ,可得E =SrQr επ4,显然,两板间场强E 不变,所以油滴仍然静止,G 中无电流,选项D 错误。
答案:AB例题 2 如图所示,水平放置的平行板电容器,两板间距为d 。
静电场考点突破微专题9 电容器的电容及动态分析一 知能掌握1.对电容的理解 电容是表示电容器容纳电荷本领的物理量.由电容器本身的介质特性与几何尺寸决定,与电容器是否带电,带电量的多少、板间电势差的大小等均无关.2.平行板电容器电容的决定因素公式C =Q U 和C =εr S 4πkd的比较 (1)定义式:C =Q U,不能理解为电容C 与Q 成正比、与U 成反比,一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的,与电容器是否带电及带电多少无关.(2)决定式:C =εr S 4πkd ,εr为介电常数,S 为极板正对面积,d 为板间距离. 平行板的电容与板间距离d 成反比,与两半正对面积S 成正比,与板间介质的介电常数ε成正比,其决定式是:ds kd s C επε∝=4 3.电容器的充放电(1)充电过程:使电容器带电的过程,充电后电容器两极板带上等量的异种电荷,电容器中储存电场能.充电过程中,电容器所带电荷量增加,电容器两极板间电压升高,电容器中电场强度增加。
当电容器充电结束后,电容器所在电路中无电流,电容器两极板间电压与充电电压相等,充电后,电容器从电源中获取的能量称为电场能。
(2)放电过程:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中电场能转化为其他形式的能.放电过程中,电容器上电荷量减小,电容器两极板间电压降低,电容器中电场强度减弱,电容器的电场能转化成其他形式的能。
4.电容器的动态分析(1)两种情况:一是电容器两极板的电势差U 保持不变(与电源连接);二是电容器的带电量Q 保持不变(与电源断开)(2)三个公式,C CU Q ∝= dd U E d S kd S C 14∝=∝=,επε (3)一个特情 充电后断开K ,保持电容器带电量Q 恒定,这种情况下sE s d U d s C εεε1,,∝∝∝5.综合分析:(1)电容器始终与恒压电源相连,电容器两极板间的电势差U 保持不变. 电容器的d 、S 、εr 发生变化,将引起电容器的C 、Q 、U 、E 变化.由kd S C πε4r =可知C 随d 、S 、εr 变化而变化.由Q =CU =kdS r πε4可知Q也随着d 、S 、εr 变化而变化.由E=U/d 知,E 随d 的变化而变化.(2)电容器充电后与电源断开,电容器两极所带的电荷量Q 保持不变.平行板电容器充电后,切断与电源的连接,电容器的带电荷量Q 保持不变,电容器的d 、S 、εr 变化,将引起C 、Q 、U 、E 的变化.由kd S C πε4r =可知C 随d 、S 、εr 变化而变化.由SkdQ kd S Q C Q U r r εππε44===可知,U 随d 、S 、εr 变化而变化.由SkQ k S Q Cd Q d U E r r εππε44====可知,E 随S 、εr 变化而变化.二、探索提升题型一 关于电容基本理解【典例1】如图所示为一只“极距变化型电容式传感器”的部分构件示意图.当动极板和定极板之间的距离d 变化时,电容C 便发生变化,通过测量电容C 的变化就可知道两极板之间距离d 的变化情况.在下列图中能正确反映C 与d 之间变化规律的图象是 ( )【答案】A题型二 电容器两类动态问题的分析方法【典例2】 一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地.两板间有一个正试探电荷固定在P 点,如图1所示,以C 表示电容器的电容、E 表示两板间的场强、φ表示P 点的电势,W 表示正电荷在P 点的电势能,若正极板保持不动,将负极板缓慢向右平移一小段距离l 0的过程中,各物理量与负极板移动距离x 的关系图象中正确的是( )图1【答案】C题型三电容器与电流流向、运动分析【典例3】如图2所示是测定液面高度h的电容式传感器示意图,E为电源,G为灵敏电流计,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液体.已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系为:电流从左边接线柱流进电流计,指针向左偏.如果在导电液体的深度h发生变化时观察到指针正向左偏转,则()图2A.导体芯A所带电荷量在增加,液体的深度h在增大B.导体芯A所带电荷量在减小,液体的深度h在增大C.导体芯A所带电荷量在增加,液体的深度h在减小D.导体芯A所带电荷量在减小,液体的深度h在减小【答案】D【典例4】如图3所示,两块较大的金属板A、B相距为d,平行放置并与一电源相连,S闭合后,两板间恰好有一质量为m、带电荷量为q的油滴处于静止状态,以下说法正确的是()图3A.若将S断开,则油滴将做自由落体运动,G表中无电流B.若将A向左平移一小段距离,则油滴向上加速,G表中有b→a的电流C.若将A向上平移一小段距离,则油滴向下加速运动,G表中有b→a的电流D.若将A向下平移一小段距离,则油滴向上加速运动,G表中有b→a的电流【答案】C【典例5】如图4所示,平行板电容器AB两极板水平放置,A在上方,B在下方,现将其和二极管串联接在电源上,已知A和电源正极相连,二极管具有单向导电性,一带电小球沿AB中心水平射入,打在B极板上的N点,小球的重力不能忽略,现通过上下移动A板来改变两极板AB间距(两极板仍平行),则下列说法正确的是()。
电容的动态分析范文电容是一种存储电荷的装置,广泛应用于电路中。
在电子学中,动态分析是指对电路中元件的状态进行瞬时或时域分析,以了解电流、电压等参数随着时间的变化规律。
对于电容而言,动态分析的重点在于分析充电和放电过程中的电压和电流变化。
首先,我们来看充电过程。
当电容器处于放电状态,两个极板上的电荷量为零。
当电压源连接到电容器的正极和负极时,电流开始流动,电容器逐渐充满电荷。
根据电容的充电特性,电流随时间的变化可以通过以下公式描述:\[I(t) = C \frac{dV(t)}{dt}\]其中,I(t)是时刻t的电流,C是电容的电容量,V(t)是时刻t的电压。
根据上述公式,我们可以看出,电流的变化速率正比于电容的大小和电压的斜率。
换句话说,电流的变化速度取决于电压的变化率。
在充电过程中,电压随时间逐渐增加,电流也随之减小,直到达到电压源的电压为止。
充电过程的时间常数可以通过以下公式计算:\[T = R \cdot C\]其中,T是时间常数,R是电路中的电阻。
接下来,我们来看放电过程。
当电容器带有电荷时,如果将电压源从电容器中移除,电容器开始放电。
根据电容的放电特性,电流随时间的变化可以通过以下公式描述:\[I(t) = -C \frac{dV(t)}{dt}\]与充电过程类似,放电过程中的电流变化速率与电压的变化率成反比关系。
在放电过程中,电压随时间逐渐降低,电流也随之减小,直到电容器的电荷耗尽为止。
除了充电和放电过程,电容器还可以在交流电路中发挥重要作用。
在交流电路中,电容器可以通过阻碍直流电并通过交流电的特性,起到滤波、相位移动等作用。
动态分析交流电路中的电容器可以使用复数形式来描述电流和电压的关系,进一步分析交流电路的行为。
此外,动态分析电容还可以应用于其他电容相关的问题,如电容的充放电时间、电容的功率损耗、电容的介电材料性能等等。
对于电容在电子学中的应用,了解电容的动态特性是非常重要的。
总结起来,电容的动态分析主要关注它在充电和放电过程中电压和电流的变化。
一. 平行板电容器的动态分析两种基本情况:1、电容器与电源连接,电容器两板间的电势差U 不变;2、电容器充电后与电源断开,电容器的带电量Q 不变。
解决问题的依据有三个:(1)C=kd Sπε4(2) C=U Q(3) E=d U1.连接在电池两极上的平行板电容器,当两极板间的距离减少时 (ABD )A 、 电容器的电容C 变大B 、 电容器极板的带电量Q 变大C 、 电容器两极板间的电势差U 变大D 、 电容器两极板间的电场强度E 变大2.平行板电容器充电后断开电源,然后将两板间的正对面积逐渐增大,则在此过程中(AD )A.电容器电容将逐渐增大B.两极板间的电场强度将逐渐增大C.两极板间的电压将保持不变D.两极板上带电量不变3.电容器C 、电阻器R 、和电源E 连接成如图所示的电路,当把绝缘板P 从电容器极板a 、b 之间拔出的过程中,电路里 ( B)A.没有电流产生B.有电流产生,方向是从a 极板经过电阻器R 流向b 极板C.有电流产生,方向是从b 极板经过电阻器R 流向a 极板D.有电流产生,电流方向无法判断4、1-55所示的实验装置中,平行板电容器的极板A 与一灵敏的静电计相接,极板B 接地。
若极板B 稍向上移动一点,由观察到的静电计指针变化作出平行板电容器电容变小的结论的依据是[ C ] A .两极板间的电压不变,极板上的电量变大; B .两极板间的电压不变,极板上的电量变小; C .极板上的电量几乎不变,两极板间的电压变大; D .极板上的电量几乎不变,两极板间的电压变小。
5.一平行板电容器充电后与电源断开,负极板接地,在两极板间有一正电荷(电量很小)固定在P 点,如图所示,以E 表示两板间的场强, U 表示电容器的电压, W 表示正电荷在P 点的电势能.若保持负极板不动,将正极板移到图中虚线所示的位置,则 (AC) A. U 变小, E 不变 B. E 变大, W 变大 C.U 变小, W 不变 D. U 不变, W 不变 8、平行板电容器间距离d=10cm ,与一个直流电源连接,电源电压为10V ,N 板接地,取大地电势为零,两极板间有一点P ,P 点距M 板5cm ,把K 闭合给电容器充电,然后再断开,P 点场强大小为 V/m, 电势为 V ,若把N 板向下移动10cm , 则P 点场强大小为 V/m ,电势为 V 。
电容器的动态变化分析电容器是一种能够存储电荷的电子元件,在电路中起到储存和释放电能的作用。
其动态变化分析包括电容器电荷的积累过程、放电过程以及充电过程。
本文将从这三个方面,详细解析电容器的动态变化。
首先,分析电容器的电荷积累过程。
当电容器与直流电源相连接时,由于电容器内部存在电介质的存在,使得电容器两端出现了电势差,即电压。
由于电介质的断续性,电荷无法自由通过电容器,因此会在电容器两端积聚。
这个过程可用电荷积聚的速度来描述,即电流。
电流的大小与电容器电压的变化率成正比。
电容器的电荷积累过程可以用以下公式描述:Q=CV,其中Q表示电容器的储存电荷,C表示电容器的电容量,V表示电容器的电压。
接下来,我们来分析电容器的放电过程。
当电容器两端的电压突然改变时,即电源与电容器断开连接或者在电容器上加上外部电阻来形成闭合回路时,电容器开始放电。
这个过程可以看作电荷从一个极板移动到另一个极板的过程。
由于电容器两端电势差的存在,电荷开始从高电势极板通过电路流向低电势极板。
放电过程可以用以下公式来描述:I = C(dV/dt),其中I表示电容器的放电电流,C表示电容器的电容量,dV/dt表示电压随时间的变化率。
最后,我们来分析电容器的充电过程。
充电过程与放电过程相反,当电压突然改变时,即电源与电容器连接,或者从电容器中移除外部电阻时,电容器开始充电。
充电过程可以看作电荷从外部电源移动到电容器的过程。
电容器的充电时间与电容器本身和连接电源的阻抗有关,一般情况下,电容器的充电时间越长,电容器的电荷积聚越多。
充电过程可用以下公式描述:I = C(dV/dt),其中I表示电容器的充电电流,C表示电容器的电容量,dV/dt表示电压随时间的变化率。
综上所述,电容器的动态变化分析涵盖了电容器电荷的积累过程、放电过程以及充电过程。
电容器的电压变化率与电流的大小成正比,在放电过程和充电过程中都可以用电压随时间的变化率来描述。
电容器广泛应用于电子元件中,对于电子电路的正常工作和存储电能起到了重要的作用。
电容器动态分析 电容器动态分析类问题是高考中的常见问题,也是在复习过程中需要引起重视的内容。
通常这种问题是通过改变电容器的板间距离,正对面积,以及是否填充电介质来考察电容器的各个物理量如何变化。
问题的常见形式有两类:第一类问题:电容器在变化过程中始终与电源相连例题1:如图所示,电容器始终与电源相连,将B板接地,将A 板略微上移(红线所示),则:①U 、Q 、C 、E 、将如何变化②P ϕ,带负电的电荷在P 点的电势能p E 将如何变化③回路中的电流方向(顺时针、逆时针)解析:所用公式通常在考题中会出现这几问,由题意可知,① 电容器始终与电源相连,而电源电压保持不变,则电容器两端电压U 始终保持不变。
当d 增大时,通过第二个式子可得C 减小,代入第一个式子得到Q 减小,同理由③式得到E 减小② PB E U PB P ==ϕ,则E 减小,PB 不变;可得P ϕ减小。
由与电荷带负电,则通过q E P P ϕ=得到,P E 增大③ Q 减小,电容器放电。
所以电流方向为顺时针。
例题二:如图所示,电容器始终与电源相连,将A 板接地,将A板略微上移(红线所示),则:①U 、Q 、C 、E 、将如何变化②P ϕ,带负电的电荷在P 点的电势能p E 将如何变化③回路中的电流方向(顺时针、逆时针)解析:① 与上题方法、答案相同② 由B P PB PB E U ϕϕ-==,得到PB U 减小,因此P ϕ减小,。
由与电荷带负电,则通过q E P P ϕ=得到,P E 增大③ 与例题一答案相同例题三如图所示,电容器始终与电源相连,将B 板接地,将B 板略微下移(红线所示),则:①U 、Q 、C 、E 、将如何变化②P ϕ,带负电的电荷在P 点的电势能p E 将如何变化③回路中的电流方向(顺时针、逆时针)解析:由题意可知,① 与例题一答案相同 ②P A AP AP E U ϕϕ-==,则E 减小,AP 不变;可得AP U 减小,所以P ϕ增大。
电容器的动态分析电容器是电路中常见的元件之一,其具有储存电荷并能释放电荷的特性,因此在电路分析中起着重要的作用。
本文将对电容器的动态分析进行详细的探讨。
电容器的基本原理是根据电场的存在来存储电荷。
在一个电容器中,通常是由两个导体板(一正一负)之间夹有绝缘材料(如空气、塑料等)组成。
当电源连接到这两个导体板上时,电容器中就会储存一定量的电荷。
首先,我们先来看看电容器的充电和放电过程。
1.电容器的充电过程当电源的正极连接到电容器的正极,负极连接到电容器的负极时,电荷将从正极移动到负极,电容器开始充电。
在充电过程中,电流的大小随着电荷的堆积而逐渐减小,最终趋近于零。
充电过程中,电容器两端的电压将逐渐增加,直到达到电源的电压。
2.电容器的放电过程当将电压源从电容器上断开时,电容器开始放电。
在放电过程中,电容器两端的电压将逐渐减小,而电荷将从负极移动到正极,直到没有电荷储存于电容器中。
接下来,我们来讨论电容器充放电过程中的一些重要参数。
1.充电过程中的电压变化在电容器充电过程中,电容器两端的电压将从0逐渐增加,直到达到电源的电压。
充电过程中,电压的变化可以用以下公式描述:Vc(t)=Vs(1-e^(-t/RC))其中,Vc(t)表示电容器两端的电压随时间变化的函数,Vs表示电源的电压,t表示时间,R表示电阻的阻值,C表示电容器的电容。
2.放电过程中的电压变化在电容器放电过程中,电容器两端的电压将从初始值逐渐减小,直到没有电荷储存于电容器中。
放电过程中,电压的变化可以用以下公式描述:Vc(t)=V0e^(-t/RC)其中,Vc(t)表示电容器两端的电压随时间变化的函数,V0表示放电初始时电容器两端的电压,t表示时间,R表示电阻的阻值,C表示电容器的电容。
3.充电过程中的电流变化在电容器充电过程中,电流的大小随着时间的推移而逐渐减小。
I(t)=(Vs/R)e^(-t/RC)其中,I(t)表示电容器两端的电流随时间变化的函数,Vs表示电源的电压,R表示电阻的阻值,C表示电容器的电容。
电容器动态变化问题
文章已经没有格式错误和明显有问题的段落了,以下是小幅度改写后的文章:
电动态变化问题是物理学中的一个重要问题。
在解决这类问题时,我们需要记住电电容的定义式及决定式:C=Q/εs
(定义式),C=U/(4πkd)(决定式)。
同时,我们也需要读题分析电容变化过程中的不变量:接电源时U不变,不接电源
时Q不变。
通过这些知识,我们可以从题目中找出最先变化
的物理量,然后通过公式去推其余物理量的改变。
例如,对于题目中的电源断开后,增大两极板间的距离的情况,我们可以首先判断Q不变,然后根据决定式得出C变小,根据定义式得出U变大。
因此,答案选C。
另外,当Q
不变时,改变d,电场强度E不变,而C与d成反比,C与U
无关。
对于极板移动后电势粒子电势能或者某位置电势变化问题,我们可以分为两种情况。
一种是对于Q不变的情况,我们看
接地(电势)的是哪个极板,通过该点与势能面的间距判断其间的电势差,从而判断电势的变化。
另一种是对于U不变的
情况,我们看该点到哪个极板的间距是不变的,然后通过该点与极板间的电势差判断电势的变化。
在解决电动态变化问题时,我们需要灵活应用公式和知识,同时注意题目中的细节和不变量,才能得出正确的答案。
例谈电容器和变压器的动态分析
作者:贺林卿夏德本
来源:《中学教学参考·中旬》 2014年第1期
安徽定远县职教中心(233200)贺林卿
安徽来安县大英中学(239234)夏德本
电容器是一种重要的电学元件,各种电器设备都少不了它。
而变压器是交变电路中常见的一种电器设备,也是远距离输送交变电流不可缺少的装置。
有关电容器和变压器的考题,在近几年的高考中也常涉及,尤其是考查有关它们的动态变化问题。
下面结合两例阐述这两种器件的动态分析方法。
一、电容器的动态变化分析
【例1】平行板电容器的两板A、B接于电池两极,一带正电小球用绝缘细线悬挂在电容器两板之间,细线与竖直方向的夹角为θ,如图1所示,那么:
A.保持开关S闭合,仅将A板向B板靠近,则θ角减小
B.保持开关S闭合,仅将A板沿极板方向下移少许,则θ角不变
C.将开关S断开,仅将A板靠近B板,则θ角增大
D.将开关S断开,仅将A板远离B板,则θ角减小
解析:分析小球受力,如图2所示,由tanθ=Eq/mg可知,θ的变化取决于场强E的变化。
保持开关S闭合,两板正对面积的变化仅改变电器的电容(减小)和带电量(减少),加在板
间的电压不变,板间距不变,∴场强E不变,故θ角不变;当两板间距离减小时,由E=U/d可知,E增大,θ角也应增大。
开关S断开时,电容器两板所带电荷量一定,由
C=Q/U=εS/4πkd及E=U/d可知E=4πkQ/εS与d无关,无论两极板是靠近还是远离,E都不变,θ也不变。
故正确选项为B。
二、变压器的动态变化分析
处理理想变压器问题的关键是要深刻理解变压器的工作原理,辨清原、副线圈中的变与不
变量,明确各量间的制约关系:(1)电压制约:当原、副线圈的匝数比n1/n2一定时,输出电压U2由输入电压U1决定,即U2=n2/n1U1(原制副)。
(2)电流制约:当n1/n2一定,且输
入电压U1确定时,原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定,即I1=n2/n1I2(副制原)。
(3)负载制约:①副线圈的输出功率P2由用户负载决定P2=P负1+P负2……;②副线
圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定,即I2=P2/U2。
为理顺彼此间的关系,通常以电压为
突破口,采用以下程序分析。
【例2】如图3所示为一理想变压器,S为单刀双掷开关,P为滑动变阻器的滑动触头,U1
为加在原线圈两端的电压,I1为通过原线圈的电流,则()。
A.保持U1及P的位置不变,
S由a合到b时,I将增大
B.保持U及P的位置不变,S由b合到a时,R消耗的功率减小
C.保持U1不变,S合在a处,使P上滑,I1将增大
D.保持P的位置不变,S合在a处,若U1增大,I1将增大
(责任编辑易志毅)。