電容器學習中的認識誤區(qū)

葉建新

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）37-0147-01

電容器是中學物理中的一個重要的電學儀器，高考中有關電容器的題目也經(jīng)常出現(xiàn)，如2016年湖北省理綜的第14題。學生在剛接觸電容器的時候，認識上會有一些誤區(qū)，本文特就此類認識加以說明。

一、電容器的電容大，可以儲存的電荷就一定多

在教學中，我們常把電容器與水容器進行比較，從而引入電容器的電容，如圖1：

圖1

電容器的電容是描述電容器儲存電荷本領的物理量，定義式C= 或C= ，它對應的是水容器的橫截面積，而不是容積，所以電容器的電容所對應的也不是容納電荷的多少，而是每升高或降低單位電壓需要改變的電量。即電容器的電容對應于水容器的橫截面積，電容器的額定電壓對應于水容器的高，所以電容器所能儲存電荷Qm=CU額。

例1.電容器A的電容比電容器B的電容大，這表明（ D ）

A.A所帶的電荷量比B多

B.A比B能容納更多的電荷量

C.A的體積比B的體積大

D.兩電容器的電壓都改變1 V時，A的電荷量改變比B的大

結論：電容器的電容大，并不表示電容器可以儲存的電荷就一定多。

二、靜電計就是驗電器

驗電器和靜電計是研究靜電場特性的兩種重要實驗儀器，但對這兩種儀器在結構和作用方面的異同，多數(shù)學生存在一些誤解。

1.構造上的差異。

驗電器是檢驗物體是否帶電的儀器，構造如圖2所示。

驗電器的球形金屬外殼與帶有金屬小球的金屬桿是絕緣的，金屬桿的下端有很薄的金屬箔片。

靜電計是測量電勢差的儀器，是在驗電器的基礎上改造而成的。

靜電計也是主要由相互絕緣的兩部分構造而成。除金屬外殼外，中間的金屬桿下端有一個可轉動的指針，指針轉動的角度可由固定在外殼上的表盤讀出。結構如圖3所示。

2.工作原理不同。

驗電器的工作原理：同種電荷相互排斥。電荷量越大、排斥力越大、張角越大。

靜電計的原理是：靜電計本身是一個電容很小的電容器。因為指針的偏轉角變化對靜電計的電容的影響很小，故在指針轉動過程中可近似認為靜電計的電容值不變?，F(xiàn)以測電容器電壓為例說明其原理。將一個已充電電量為Q的平板電容器與靜電計相連，此時指針和金屬桿帶正電，外殼的內(nèi)表面將出現(xiàn)負的感應電荷，從而在金屬桿與外殼間形成電場，指針表面的電荷受到電場力的作用，或者說受到來自桿上同種電荷的排斥力及金屬盒內(nèi)壁的異種電荷的吸引力，使得指針偏轉，帶電量越多，場強越強，則指針的偏角也越大。

3.用途不同。

驗電器的主要用途：檢驗物體是否帶電，比較帶電的種類以及所帶電荷量的多少等。

靜電計的主要用途：（1）定性測量兩導體的電勢差（或者定性測量某導體的電勢）；（2）可以測量直流電路中的電勢差。

例2.如圖4所示，用靜電計可以測量已充電的平行板電容器兩極板之間的電勢差U，現(xiàn)使B板帶電，則下列判斷正確的是（AB ）

A.增大兩極之間的距離，指針張角變大

B.將A板稍微上移，靜電計指針張角將變大

C.若將玻璃板插入兩板之間，則靜電計指針張角變大

D.若將A板拿走，則靜電計指針張角變?yōu)榱?/p>

結論：驗電器與靜電計從原理和用途上看都不能說是一回事，它們只是在結構上相似而已。

三、在平行板電容器中插入導體與插入電介質(zhì)，引起電容器的電容變化相同

1.電介質(zhì)是能夠被電極化的絕緣體，電介質(zhì)的帶電粒子是被原子、分子的內(nèi)力或分子間的力緊密束縛著，因此這些粒子的電荷為束縛電荷。在外電場作用下，這些電荷也只能在微觀范圍內(nèi)移動，產(chǎn)生極化。在靜電場中，電介質(zhì)內(nèi)部可以存在電場，這是電介質(zhì)與導體的基本區(qū)別。

2.在平行板電容器中插入電介質(zhì)，引起電容器的電容變化。

例3.（2016年湖北高考理綜14）一平行電容器兩極板之間充滿云母介質(zhì)，接在恒壓直流電源上，若將云母介質(zhì)移出，則電容器（ ）

A.極板上的電荷量變大，極板間的電場強度變大

B.極板上的電荷量變小，極板間的電場強度變大

C.極板上的電荷量變大，極板間的電場強度不變

D.極板上的電荷量變小，極板間的電場強度不變

解析：這是一道關于電容器動態(tài)平衡問題的題目，首先確定的是不變量U，根據(jù)平行板電容器的決定式C=εrS/4πkd可知，當云母介質(zhì)移出時，εr變小，C變小，又因為C= ，得Q=CU，所以Q減小，即極板上的電荷量變小，而E= ，得E不變，故選D。

3.在平行板電容器中插入導體，引起電容器的電容變化。

當平行板電容器中插入導體后，導體最終會處于靜電平衡狀態(tài)，內(nèi)部場強處處為零，如果電容器兩極板電壓不變，則兩極板之間的電場線變短了，場強增大，根據(jù)E= 等效極板間距減小，電容增大了。如圖5所示。

結論：在平行板電容器中插入電介質(zhì)，改變的是εr，在平行板電容器中插入導體，等效于減小了極板間的距離。

《電容器、電容》是高考的熱點，是電場一章的重點和難點，在教材中占有重要地位。它是學完勻強電場后的一個重要應用，也是后面學習交流電路（電感和電容對交流電的影響）和電子線路（電磁振蕩）的預備知識，在教材中起承上啟下的作用。所以，我們有必要對以上幾個認識加以判別，澄清，掌握，以便更好的學習后面的物理知識。