Maxwell平行板电容器2D仿真实例

实验要求：

综合训练项目一：平板电容器电场仿真计算2D仿真

目的和要求：加强对静电场场强、电容、电场能量的理解，应用静电场的边界条件建立模拟的静态电场，解决电容等计算问题；提升学生抽象思维能力、提高利用数学工具解决实际问题的能力。

成果形式：仿真过程分析及结果报告。用Ansoft Maxwell软件计算电场强度，并画出电压分布图，计算出单位长度电容，和电场能量，并对仿真结果进行分析、总结。将所做步骤详细写出，并配有相应图片说明。

一、平行板电容器描述

上下两极板尺寸：20*2（mm）

材料：pec（理想导体）

介质尺寸：20*6（mm）

材料：mica（云母）

激励：电压源

上极板电压：5V

下极板电压：0V

二、仿真步骤

1、建模

Project > Insert Maxwell 2D Design File>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic（静电的）

创建下极板六面体Draw > Rectangle（创建下极板长方形）

将六面体重命名为DownPlate

大小：20*2（mm）

Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）

创建上极板六面体Draw > Rectangle（创建上极板六面体）

大小：20*2（mm）

将六面体重命名为UpPlate

Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）

创建中间的介质六面体Draw > Rectangle（创建中间介质六面体）

大小：20*6（mm）

将六面体重命名为medium

Assign Material > mica（设置材料为云母mica）

创建计算区域（Region）Padding Percentage：60%

设置完图片如下图：

2、设置激励（Assign Excitation）

选中上极板UpPlate,

Maxwell 2D> Excitations > Assign >V oltage > 5V

选中下极板DownPlate,

Maxwell 2D> Excitations > Assign >V oltage > 0V

3、设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 2D > Parameters > Assign > Matrix > V oltage1, V oltage2

4、设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 2D > Analysis Setup > Add Solution Setup

5、Check & Run

6、查看结果

Maxwell 2D > Reselts > Solution data > Matrix 电容值：116.42pF

7、查看能量分布图Region>fields>voltage>Allobjects>Done

三、结果分析与计算

电容的结果为116.42pf

平板式电容计算公式：C=εr*S/4πkd式中：电容C，单位F；相对介电常数；ε云母介电常数6.0~7.2×10（-12方）单位F/m；面积S，单位平方米；

极板间距d，单位米。

C=8.86*10^-12 *20*20/(4*3.14*9.0*10^9*6)=120.732up 与仿真值接近

电场能量图：

电压分布图：

场强分布图：

四、心得体会

1、这个实验是用利用Maxwell 2D电磁场分析软件对平行板电容器进行分析。通过这次实验，掌握了Maxwell 2D这个软件的基本操作知识，但是对一些复杂的操作和软件的部分功能还并未熟悉，需要多加练习。而且这个软件对解决一些较难求解的静磁场有很大帮助，所以又必要进一步学习。

2、实验前需要先熟悉这个软件的基本操作知识，这样利用软件解决具体问题的时候会容易很多。这个实验就是这样，如果不看前面的基本操作，直接去做后面的实验，实验很难做出来。而熟悉过基本操作知识之后，实验很简单。

3、利用这个软件解决静磁场的问题不仅简单，而且可以直接观察出场的分布图形，很直观，便于理解。

平行板电容器的动态分析问题

平行板电容器的动态分析问题 平行板电容器是最常见的一种电容器，其结构可以发生变化，因此电容也跟着随之变化。当我们改变电容器的某个结构时，电容器的电容也随之变化。从而导致电容器中间的电场强度也会发生变化。这就引出一种问题，电容器的动态分析问题。 电容器的动态分析问题总体上来说大概分为两类：电压不变的问题和电荷量不变的问题。一般情况下，题目中的说法是：电压不变（电容器始终接在电源上）电荷量不变（电容器充电完成后，断开电源） 如果根据问题的难度再细分： 层次1：仅仅分析电容和电荷量（电压）的变化 层次2：分析电容和电荷量（电压）的变化，再加上电场强度的变化，而电场强度的变化有两个方法进行比较（U不变的问题中：E=U/d，Q不变的问题中，Q与E成正比(前提是S 不变)） 层次3：E的变化会导致容器中某点电势的变化（或者电荷在某点电势能的变化） 层次4：E的变化会导致容器中液滴所受电场力的变化，进而会产生加速度，根据牛顿第二定律计算加速度；或者容器中国液滴的平衡状态发生变化，从而分析细线角度的变化。【此题问题本质上只重在分析电场强度的变化问题，因为所需要分析的是力的问题】 动态分析问题的处理方法： 1.先分析清楚题目给出的是U不变还是Q不变的类型 2.找出题目中发生变化的参量，然后分析C的变化（注意正反比关系），Q的变化（U的变 化）Q的变化会产生瞬间的充电和放电电流（会判断电流方向） 3.再分析E的变化 4.如果是平衡问题或者动力学问题需要进行受力分析，写平衡方程或者牛顿第二定律。 典型例题剖析 例1：★★【2016 新课标I】一平行板电容器两极板之间充满云母介质，接在恒压直流电源上。若将云母介质移出，则电容器（） A.极板上的电荷量变大，极板间电场强度变大

电容器 平行板电容器的教案示例

电容器平行板电容器的教案示例 一、教学目标 1．掌握平行板电容器的电容； 2．掌握影响平行板电容器电容的因素； 3．认识一些常用电容器； 4．结合匀强电场有关知识，研究平行板电容器极板间电场及电场源关系。 二、重点、难点分析 1．平行板电容器的电容和影响电容的因素是教学中的重点。 2．学生不常接触电容器，缺少实际知识，在接受本节课讲授内容时有一定困难，如何帮助学生在理解基础上分析解决问题是教学中的难点。 三、教具 静电计，带绝缘支架的导体圆板（两个），起电机，电介质板（泡沫塑料板），示教用各种电容器。验电器（一个），验电球。 四、主要教学过程 （一）引入新课 由上节课问题，靠近带电物体A的导体（B接地）上带有感应电荷。整个装置具有储存电荷的功能。我们称这种装置为电容器。 （二）教学过程设计 1．电容器 （1）构成：任何两个彼此绝缘、相互靠近的导体可组成一个电容器，贮藏电量和能量。两个导体称为电容的两极。 欲使电容器储存电荷，首先应对电容充电，充电后还能放电。 （2）充放电 ①充电：使电容器两极带异号电荷的过程。 实验1 利用起电机对相对放置的平行金属板构成的电容器充电。 把金属板与起电机断开，用验电球C与A板接触后再与验电器金属球D 接触，金属箔逐渐张开。可知A 板上带有电荷。然后，放掉C上多余电荷，

让C与B接触后再与D接触，可见原来张开的金属箔逐渐闭合，可知A、B带异号电荷。 分析：起电机两极带电荷后，电势在带正电荷一极较高，负电荷一极较低，与电容器两极接触时，由于起电机两极与电容器两极不等势，将发生电荷定向移动，引起电荷重新分布，直至起电机两极与电容器两极达到静电平衡状态为止。这时电容器两极与起电机两极分别等势，从而电容器两极间电势差等于起电机两极电势差。同样，也可用电源（电池）对电容器充电，与正极相连的电容器极板带正电荷，与负极相连带负电荷。 ②放电：使电容器两极失去所带电荷。 可用导线直接连接电容器两极，让两极板上正负电荷发生中和。 实验2 先用起电机对AB板充电，然后用导线连接A、B板，用验电球和验 电器检验A、B板上有无电荷。 电容器容纳电荷多少与什么有关？ 引导学生分析：两极板积累异号电荷越多，其中带正电荷一极电势越高，带负电荷一极电势越低，从而电势差越大。 可类比于水容器（柱形），Q电量类比于水体积，电势差U类比于水深，U越大，Q越大，水体积与水深度比值为横截面积不变。理论上可 称为电容。 （3）电容①定义：电容是描述电容器容纳电量特性的物理量。它的大小可用电容器一极的带电量与两极板电势差之比来量度。 说明：对于给定电容器，相当于给定柱形水容器，C（类比于横截面积）不变。这是量度式，不是关系式。在C一定情况下，Q=CU，Q正比于U。 ③单位：法拉（F）1F=1C／V

Maxwell平行板电容器2D仿真实例

实验要求： 综合训练项目一：平板电容器电场仿真计算2D仿真 目的和要求：加强对静电场场强、电容、电场能量的理解，应用静电场的边界条件建立模拟的静态电场，解决电容等计算问题；提升学生抽象思维能力、提高利用数学工具解决实际问题的能力。 成果形式：仿真过程分析及结果报告。用Ansoft Maxwell软件计算电场强度，并画出电压分布图，计算出单位长度电容，和电场能量，并对仿真结果进行分析、总结。将所做步骤详细写出，并配有相应图片说明。 一、平行板电容器描述 上下两极板尺寸：20*2（mm） 材料：pec（理想导体） 介质尺寸：20*6（mm） 材料：mica（云母） 激励：电压源 上极板电压：5V 下极板电压：0V 二、仿真步骤 1、建模 Project > Insert Maxwell 2D Design File>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic（静电的） 创建下极板六面体Draw > Rectangle（创建下极板长方形） 将六面体重命名为DownPlate 大小：20*2（mm） Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor） 创建上极板六面体Draw > Rectangle（创建上极板六面体） 大小：20*2（mm） 将六面体重命名为UpPlate Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor） 创建中间的介质六面体Draw > Rectangle（创建中间介质六面体）

平行板电容器的动态分析问题

平行板电容器的动态分析问题 一、涉及概念： 1、充电、放电。 2、电容U Q C = （表示电容器容纳电荷本领的物理量） 单位：法拉；简称：法，符号F 。F F μ6101= , F F p 1019= 3、平行板电容器电容kd S C πξ4r = （决定式） 二、平行板电容器的两类动态分析 （一）电荷量Q 不变；（电容器充电后与电源断开，Q 不变） 分析步骤：1、确定Q 不变后，寻找变量； 2、利用决定式kd S C πξ4r = ，定义式U Q C =去确定其他物理量的变化； 3、需要分析电场时，利用d U E = 确定电场强度的变化； （二）电压U 不变；（电容器保持与电源连接，U 不变） 分析步骤：1、确定U 不变后，寻找变量； 2、利用决定式kd S C πξ4r = ，定义式U Q C =去确定其他物理量的变化； 3、需要分析电场时，利用d U E =确定电场强度的变化； 三、两类动态变化问题的比较：

四、例题讲解 例1、如图所示，水平放置的平行金属板（电容为C）与电源相连，板间距离为d，当开关K闭合时，板间有一质量为m、电量为q的微粒恰好处于静止状态，求： ①该微粒的电性。 ②此时平行板电容器内空间电场强度的大小。 ③此时平行板电容器两极板的电势差为多少。 ④此时平行板电容器两极板的电荷量为多少。 举一反三： 1、如图所示，水平放置的平行金属板（电容为C）与电源相连，板间距离为d，当开关K闭合时，板间有一质量为m的微粒恰好处于静止状态，求： ①判断该微粒的电性。 ②此时平行板电容器内空间电场强度的大小。 ③该微粒的电荷量为多少。 ④此时电容器金属板电荷量为多少。

平行板电容器中介质的受力分析

平行板电容器中介质的受力分析 引言: 对于平行板电容器的受力问题，前人大多研究理想情况下平行板电容器的受力，即通过改变电容的大小研究其受力情况。本文的设想是把电介质放入平行板电容器中电介质在电场的作用下一定会发生变化，必然产生电偶极子，电偶极子在电场中必定会受力，一旦电偶极子受力就会发生位移变化，那么必然存在做功问题，那么就可以从能量角度去分析它的受力，进而得出的两个结果一定是相等的，本文通过例题去检验其确性。 1 介质受力公式的推导（从宏观上理论推导） 介质在进入平行板电容器的过程中（假设电量Q 不变），纵向电场使介质极化所做之功转化为介质的极化能，这仍是电容器储能的一部分，根据能量守恒定律，插入介质后电容的静电能应不变，但是由电容器的能量公式W=Q*Q/2C ，当C 增大时，能量却是减少的，矛盾的出现说明我们一定忽略了某些相互作用的存在，为了避开繁琐的力分析，下面，我们将从能量的角度出发，通过数学方法导出平行板电容器中介质的受力的计算公式。 一个平行板电容器，其中部分地充入介质常数为E(p(m),r)(介质常数一般不仅是空间r 的函数，而且还是介质的质量密度p(m)的函数)并且无自由电荷的介质，假设介质沿X 方向作一个无限小位移X ，则电容器的储能变化为 22111 222W V V v V D EDdV dV EDdV E dV δδδδεε===-???? 式(1-1) 而 E 0D ρ=-?Φ?== 则 ()221 2V v V V Ddv E dV D D E dV δφδδεδδδε=-?- =-?Φ+Φ?-???????? =22 12S v V V Dd s dV E dV E dV δδρδεδε-Φ+Φ- -???? 式(1-2) 其中在无穷大界面的值为零，而介质中已设自由电荷密度为零。 对于介质给定的一个无限小位移0X ，相对于空间的一个固定体积来说，必有： 0()m m X v S v dV d s X dV δρρ ρ=-=-????? 式(1-3)

影响平行板电容器电容的因素知识点.docx

高中物理学习材料 桑水制作 四、影响平行板电容器电容的因素 影响平行板电容器电容的因素主要考查的内容 主标题：影响平行板电容器电容的因素 副标题：剖析考点规律，明确高考考查重点，为学生备考提供简洁有效的备考策略。 关键词：平行板电容器、电容 难度：3 重要程度：5 内容： 考点剖析： 电容器在实际生产、生活中有广泛的应用，是出应用型题目的热点，复习时应注意。 电容器的电压、电荷量和电容的关系，是高考考查的知识点，应理解、弄懂。 电容器的电容C =Q /U =ΔQ /ΔU ，此式为定义式，适用于任何电容器。平行板电容器的电 容的决定式为C =4πS kd 。有关平行板电容器的Q 、E 、U 、C 的讨论要熟记两种情况： 1.若两极保持与电源相连，则两极板间电压U 不变； 2.若充电后断开电源，则带电量Q 不变。 典型例题 例1．（2014秋?乐陵市校级期中）如图所示为“探究影响平行板电容器电容的因素” 的实验装置，以下说法正确的是 （ ）

A ．A 板与静电计的指针带的是异种电荷 B ．甲图中将B 板上移，静电计的指针偏角增大 C ．乙图中将B 板左移，静电计的指针偏角不变 D ．丙图中将电介质插入两板之间，静电计的指针偏角减小 【解析】BD .A 板与静电计的指针带的是同种电荷，A 错误；将B 板向上平移，正对面 积减小，根据电容的决定式C =4πS kd ε得知，电容C 减小，而电容器的电量Q 不变，由电容的定义式C =Q U 分析得到，板间电势差U 增大，则静电计指针张角增大,故B 正确；乙图中将B 板左移，板间距增大，根据电容的决定式C = 4πS kd ε得知，电容C 减小，而电容器的电量Q 不变，由电容的定义式C =Q U 分析得到，板间电势差U 增大，则静电计指针张角增大,故C 错误；将电介质插入两板之间，根据电容的决定式C = 4πS kd ε得知，电容C 增大，而电容器的电量Q 不变，由电容的定义式C =Q U 分析得到，板间电势差U 减小，则静电计指针张角减小，D 正确。 例2．（2011秋?德城区校级期中）下列因素能影响平行板电容器的电容大小的是（ ） A ．两个极板间的电压 B ． 一个极板带的电荷量 C ．两个极板间的距离 D ． 两个极板的正对面积 【解析】CD ．根据C =4πS kd ε知，电容的大小与两极板的距离、正对面积有关，与两极 板间的电压以及所带的电量无关。故C 、D 正确，A 、B 错误。 例2．（2015?嘉峪关校级三模）如图所示，A 和B 为竖直放置的平行金属板，在两极板 间用绝缘线悬挂一带电小球。开始时开关S 闭合且滑动变阻器的滑动头P 在a 处，此时绝缘线向右偏离竖直方向。（电源的内阻不能忽略）下列判断正确的是（ ） A ． 小球带负电 B ． 当滑动头从a 向b 滑动时，细线的偏角θ变大 C ． 当滑动头从a 向b 滑动时，电流表中有电流，方向从上向下 D ． 当滑动头从a 向b 滑动时，电源的输出功率一定变大 【解析】C ．由图，A 板带正电，B 带负电，电容器内电场方向水平向右。细线向右偏，电场力向右，则小球带正电,故A 错误；滑动头向右移动时，R 变小，外电路总电阻变小，总电流变大，路端电压U =E ﹣Ir 变小，电容器电压变小，细线偏角变小，故B 错误；滑动头向右移动时，电容器电压变小，电容器放电，因A 板带正电，则流过电流表的电流方向向下，故C 正确；根据电源的输出功率与外电阻的关系：当外电阻等于内阻时，输出功率最大。外

最新平行板电容器两类问题

平行板电容器动态分析问题 【知识归纳】 题型1：电容器的两类动态变化过程分析 一、主要的理论论据 (1)平行板电容器的电容C与板距d、正对面积S、介质介电常数ε间的关系C=εS/4kπd ， (2)平行板电容器内部是匀强电场,所以场强 E=U/d， (3)电容器所带电荷量Q=CU， (4)由以上三式得E=4kπQ/εS ,该式常用于Q保持不变的情况中。 二、电容器的动态分析的两种情况 (1)定电压问题：平行板电容器充电后,继续与电源的两极相连,因此两极板间的电压不变,当电容器的d、S、ε变化时,将引起电容器的C、Q、E的变化。(U不变) C= Q= E= (2)定电量问题：平行板电容器充电后,切断与电源的连接,因此电容器带电荷量Q不变,当电容器的d、S、ε变化时,将引起电容器的C、U、E变化。(Q不变) C= U= E= 【典例分析】 【例1】一平行板电容器，证明两极板间电场强度E只与极板所带的电荷量Q、极板间电介质的介电常数为ε及极板面积S有关，与两极板间的距离d无关。 【例2】平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连，在这种情况下，如增大两板间距d，则板间电势差U、电容器所带电量Q，板间场强E各如何改变？（可以认为稳定时电源两极间电压不变，电容器两极板与电源两极相连接，电容器两极板电势差U也不变）。 【例3】平行板电容器充电后，断开电容器的两极板与电源连接，在这种情况下，如增大两板间距d，则板间电势差U、电容器所带电量Q，板间场强E各如何改变？ （开关断开，电容器下面极板电量不能移动到其他地方，下极板电量不会变化，电容器两极板带等量异种电荷，上面极板电量也不会变化，电容器电量Q不会变化）。 归纳总结： （1）在分析电容器动态平衡问题时，先弄清楚不变量，再讨论其他量的变化。 若电容器与电源相连，则不变；

电容计算公式

教你两条不变应万变得原理： 1.电容器的计算依据是高斯通量定理和电压环流定律； 2.电感的计算依据是诺伊曼公式。要一两个答案查书就够了，要成高手只能靠你自己！慢慢学，慢慢练。 容量是电容的大小与电压没有关系。电压是电容的耐压范围。可变电容一般用在低压电路中电容的计算公式： 平板C=Q/U=Q/Ed=εS/4πkd 1. 所以E=4πkQ/εS即场强E与两板间距离d无关。2.当电容器两端接电时，即电压U一定时，U=Ed，所以U和d成正比。 容抗用XC表示，电容用C（F）表示，频率用f（Hz)表示，那么Xc=1/2πfc 容抗的单位是欧。知道了交流电的频率f和电容C，就可以用上式把容抗计算出来。 感抗用XL表示，电感用L（H）表示，频率用f（Hz)表示，那么XL=2πfL感抗的单位是欧。知道了交流电的频率f和线圈的电感L，就可以用上式把感抗计算出来。 已知容抗与感抗，则对应的电压与电流可以用欧姆定律算出，如果电容与电阻和电感一起使用，就要考虑相位关系了。 2、电容器的计算公式： C=Q\U =S\4*3.1415KD Q为电荷量 U为电势差 S为相对面积 D为距离 3.1415实际是圆周率 K为静电力常数 并联：C=C1+C2 电路中各电容电压相等；总电荷量等于各电容电荷量之和。串联：1/C=1/C1+1/C2 电路中各电容电荷量相等；总电压等于各电容电压之和。 电容并联的等效电容等于各电容之和!电容的并联使总电容值增大。当电容的耐压值符合要求，但容量不够时，可将几个电容并联。 3、Q=UI=I2Xc=U2/Xc 这是单相电容的 Xc=1/2*3.14fc 为什么我看到一个三相电容上面标的额定容量是30Kvar，而额定容量是472微法。额定电压是450伏。额定电流是38.5安三角接法？ 答：C＝KVar/(U×U×2×π×f×0.000000001) ＝30/(450×450×2×3.14×50×0.000000001)≈472(μF) 4、我知道电容公式有C=εS/D和C=Q/U,那么他们与电容"C"的关系，我特别想知道：我知道"U"与电容成反比，但是我在听老师讲时，没听到为什么成反比，就像知道"Q"与电容的关系时，就明白，一个电容放得的电荷越多就越大？还有"ε"是什么，与电容有什么关系？再请问在计算中应注意什么？电容是如何阻直通交的呢？ 五一长假除了旅游还能做什么？辅导补习美容养颜家庭家务加班须知 第 2 页共 3 页 答：电容c是常数，只跟自身性质有关，即使没有电压，电荷它也是存在的，ε是介电，跟电介质的性质有关，交流能不停的对电容充电放电（因为交流的方向是变化的），二直流无此性质，所以通交流阻直流，更专业的话，大学物理里面会讲，如果你要求不高的话就不用深究了 5、电容降压 在常用的低压电源中，用电容器降压（实际是电容限流）与用变压器相比，电容降压的电源体积小、经济、可靠、效率高，缺点是不如变压器变压的电源安全。通过电容器把交流电引入负载中，对地有220V电压，人易触电，但若用在不需人体接触的电路内部电路电源中，

带电粒子在平行板电容器中的运动

带电粒子在平行板电容器中的运动 满分: 班级：_________ 姓名：_________ 考号：_________ 一、单选题（共1小题） 1．如图所示，电子在电势差为的加速电场中由静止开始运动，然后射入电势差为 的两块平行极板间的偏转电场中，在满足电子能射出平行极板区的条件下，下述四种情况中，一定能使电子的偏转角变大的是（） A．变大，变大B．变小，变大 C．变大，变小D．变小，变小 二、多选题（共1小题） 2．如图所示，平行金属板A、B水平正对放置，分别带等量异号电荷，一带电微粒水平射 入板间，在重力和电场力共同作用下运动，轨迹如图中虚线所示，那么（） A．微粒从M点运动到N点动能一定增加 B．微粒从M点运动到N点电势能一定增加 C．微粒从M点运动到N点机械能可能增加 D．若微粒带正电荷，则A板一定带正电荷

三、计算题（共3小题） 3.如图甲所示，水平放置的平行金属板A和B的距离为d，它们的右端放着垂直于金属板的 靶MN，现在A．B板上加上如图乙所示的方波形电压，电压的正向值为，反向电压值为，且每隔变向1次。现将质量为m的带正电，且电荷量为q的粒子束从AB的中点 O以平行于金属板的方向射入，设粒子能全部打在靶上而且所有粒子在A．B间的飞行 时间均为T。不计重力的影响，试问： （1）定性分析在时刻从O点进入的粒子，在垂直于金属板的方向上的运动情况。（2）在距靶MN的中心点多远的范围内有粒子击中？ （3）要使粒子能全部打在靶MN上，电压的数值应满足什么条件？（写出、、、、的关系即可） 4.如图所示，四分之一光滑绝缘圆弧轨道AP和水平绝缘传送带PC固定在同一竖直平面内，圆弧轨道的圆心为O，半径为R；P点离地高度也为R，传送带PC之间的距离为L，沿逆时 针方向的传动，传送带速度V=，在PO的左侧空间存在方向竖直向下的匀强电 场．一质量为m、电荷量为+q的小物体从圆弧顶点A由静止开始沿轨道下滑，恰好运动到 C端后返回．物体与传送带间的动摩擦因数为μ，不计物体经过轨道与传送带连接处P时的 机械能损失，重力加速度为g．求： （1）物体由P点运动到C点过程，克服摩擦力做功； （2）匀强电场的场强E为多大； （3）物体返回到圆弧轨道P点，物体对圆弧轨道的压力大小．

影响平行板电容器电容的因素知识点

四、影响平行板电容器电容的因素 影响平行板电容器电容的因素主要考查的内容 主标题：影响平行板电容器电容的因素副标题：剖析考点规律，明确高考考查重点，为学生备考提供简洁有效的备考策略。关键词：平行板电容器、电容 难度：3 重要程度：5 内容： 考点剖析： 电容器在实际生产、生活中有广泛的应用，是出应用型题目的热点，复习时应注意。电容器的电压、电荷量和电容的关系，是高考考查的知识点，应理解、弄懂。 电容器的电容C =Q /U =ΔQ /ΔU ，此式为定义式，适用于任何电容器。平行板电容器的电容的决定式为C =4πS kd ε。有关平行板电容器的Q 、E 、U 、C 的讨论要熟记两种情况：1.若两极保持与电源相连，则两极板间电压U 不变； 2.若充电后断开电源，则带电量Q 不变。 典型例题 例1．（2014秋?乐陵市校级期中）如图所示为“探究影响平行板电容器电容的因素”的实验 装置，以下说法正确的是（） A．A 板与静电计的指针带的是异种电荷 B．甲图中将B 板上移，静电计的指针偏角增大 C．乙图中将B 板左移，静电计的指针偏角不变 D．丙图中将电介质插入两板之间，静电计的指针偏角减小 【解析】BD .A 板与静电计的指针带的是同种电荷，A 错误；将B 板向上平移，正对面积减小，根据电容的决定式C =4πS kd ε得知，电容C 减小，而电容器的电量Q 不变，由电容的定义式C =Q U 分析得到，板间电势差U 增大，则静电计指针张角增大,故B 正确；乙图中将B 板左移，板间距增大，根据电容的决定式C = 4πS kd ε得知，电容C 减小，而电容器的电量Q 不变，由电容的

平行板电容器 计算题

1. 如图所示，一平行板电容器水平放置，板间距离为d，上极板开有一小孔，质量均为m、带电荷量均为＋q的两个带电小球(视为质点)，其间用长为l的绝缘轻杆相连，处于竖直状态，已知d＝2l，今使下端小球恰好位于小孔正上方距离为d处，由静止释放，让两球竖直下落。当下端的小球到达下极板时，速度刚好为零。（已知静电 常数为k）试 求： (1)两极板间 匀强电场的 电场强度； (2)两球运动 过程中的最 大速度大 小； (3) 下球刚 进入电场时 杆中弹力。 【解析】：(1)两球由静止开始下落到下端的小球到达下极板的过程中，由动能定理得 4mgd－Eqd－Eq(d－l)＝0（2分） 解得E ＝方向竖直向上（1分） (2)两球由静止开始下落至下端小球恰好进入小孔时两球达到最大速度，此过程利用动能定理得 2mgd ＝（1分）解得v ＝（1 分） (3) 下球刚进入电场时整体加速度为 a==方向竖直向上，（2分） 取上球为研究对象，杆对小球的作用力为F F+=ma（2分） 杆中弹力 =—（若>表示杆中为压力，若<0表示杆中为拉力。）（2分）2. 如图所示， 水平放置的平 行板电容器，两 板间距为 d=8cm，板长为 L=25cm，接在 直流电源上，有 一带电液滴以 v0=0.5m/s的初速度从板间的正中央水平射入，恰好做匀速直线运动，当它运动到P处时迅速 将下板向上提起cm，液滴刚好从金属板末端飞出，求： （1）将下板向上提起后，液滴的加速度大小；（2）液滴从射入电场开始计时，匀速运动到P 点所用时间为多少？（g取10m/s2） 【解析】：（1）带电液滴在板间受重力和竖直向上的电场力，因为液滴匀速运动，所以有： 当下板向上提后，d减小，E增大，电场力增大，故液滴向上偏转，在电场中做类平抛运动. 此时液滴所受电场力 . （2）因为液滴刚好从金属末端飞出，所以液滴 在竖直方向上的位移是 设液滴从P点开始在匀强电场中飞行的时间为 ， 而液滴从刚进入电场到出电场的时 间所以液滴从射入开始匀速运动到P 点时间为【答案】（1）（2）0.3s

平行板电容器的动态分析

平行板电容器的动态分析 对平行板电容器的有关物理量Q、E、U、C进行讨论时，关键在于弄清哪些是变量，哪些是不变量，在变量中哪些是自变量，哪些是因变量，只有过程清晰，结果才会明朗准确。我们可根据不变量，把这类问题分为两种情况来分析： 一. 电容器充电后断开电源 电容器充电后断开电源，则电容器所带电量Q保持不变，当极板距离d，正对面积S 变化时，有 对于电场强度变化，我们还可以认为一定量的电荷对应着一定数目的电场线，若电量不变，则电场线数目不变，当两板间距离变化时，场强不变；当两板正对面积变化时，引起电场线的疏密程度发生了变化，如图1所示，电容器的电量不变，正对面积减小时，场强增大。 图1 这样，越大，电场线就越密，E就越大，反之就越小；不变时，不管极板间距离 如何变化，电场线的疏密程度不变，则E不变。则此式可知，在电量保持不变的情况下，电场强度与板间的距离无关。 例1. 一平行板电容器充电后与电源断开，负极接地，在两极板间有一正电荷（电量很小）固定在P点，如图2所示，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，将正极板移到虚线所示的位置，则（）

图2 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； 解析：电容器充电后与电源断开，说明电容器带电量不变。正极板向负极板移近，由 可知电容增大，由可知，U变小，而，由此可看出，场强E 不变。因E不变，P点与负极板间的距离不变，可知P点的电势U P不变，那么正电荷的电势能就不变，综上所述，A、C选项正确。 例2. 平行板电容器两极板与静电计的连接如图3所示，对电容器充电，使静电计张开某一角度，撤去电源后以下说法正确的是（） 图3 A. 增大两板间距离，静电计指针张角变大； B. 减小两板间距离，静电计指针张角变大； C. 将两板错开一些，静电计指针张角变大； D. 将某电介质插入极板间，静电计指针张开角度变大。

介电常数实验报告

基础实验物理报告 学院专业： 实验名称 介电常数实验报告姓名班级 学号 一、实验原理 二、实验设备 三、实验内容 四、实验结果

一、实验原理 介电常数是电介质的一个材料特征参数。 用两块平行放置的金属电极构成一个平行板电容器，其电容量为： D S C ε= D 为极板间距，S 为极板面积，ε即为介电常数。材料不同ε也不同。在真空中的介电常数为0ε，m F /1085.8120-?=ε。 考察一种电介质的介电常数，通常是看相对介电常数，即与真空介电常数相比的比值r ε。 如能测出平行板电容器在真空里的电容量C 1及充满介质时的电容量C 2，则介质的相对介电常数即为 1 2r C C ε= 然而C 1、C 2的值很小，此时电极的边界效应、测量用的引线等引起的分布电容已不可忽略，这些因素将会引起很大的误差，该误差属系统误差。本实验用电桥法和频率法分别测出固体和液体的相对介电常数，并消除实验中的系统误差。 1． 用电桥法测量固体电介质相对介电常数 将平行板电容器与数字式交流电桥相连接，测出空气中的电容C 1和放入固体电介质后的电容C 2。 1101C C C C 分边++= 222C C C C 分边串++= 其中C 0是电极间以空气为介质、样品的面积为S 而计算出的电容量： D S C 00ε= C 边为样品面积以外电极间的电容量和边界电容之和，C 分为测量引线及测量系统等引起的分布电容之和，放入样品时，样品没有充满电极之间，样品面积比极板面积小，厚度也比极板的间距小，因此由样品面积内介质层和空气层组成串联电容而成C 串，根据电容串联公式有： (D-t) εt S εε t S εεt D S εt S ε ε D-t S ε C r r r r += + -?= 00000 串

电容计算公式

教你两条不变应万变得原理：?? 1.电容器的计算依据是高斯通量定理和电压环流定律；? 2.电感的计算依据是诺伊曼公式。? 要一两个答案查书就够了，要成高手只能靠你自己！慢慢学，慢慢练。? 容量是电容的大小与电压没有关系。电压是电容的耐压范围。可变电容一般用在低压电路中?电容的计算公式：? 平板C=Q/U=Q/Ed=εS/4πkd?1.?所以E=4πkQ/εS即场强E与两板间距离d无关。2.当电容器两端接电时，即电压U一定时，U=Ed，所以U和d成正比。??? 容抗用XC表示，电容用C（F）表示，频率用f（Hz)表示，那么Xc=1/2πfc?容抗的单位是欧。知道了交流电的频率f和电容C，就可以用上式把容抗计算出来。??? 感抗用XL表示，电感用L（H）表示，频率用f（Hz)表示，那么XL=2πfL感抗的单位是欧。知道了交流电的频率f和线圈的电感L，就可以用上式把感抗计算出来。?? 已知容抗与感抗，则对应的电压与电流可以用欧姆定律算出，如果电容与电阻和电感一起使用，就要考虑相位关系了。?2、电容器的计算公式：?C=Q\U? ?=S\4*? Q为电荷量?U为电势差?S为相对面积?D为距离?实际是圆周率?K为静电力常数??? 并联：C=C1+C2? ?????电路中各电容电压相等；总电荷量等于各电容电荷量之和。?串联：1/C=1/C1+1/C2? ?????电路中各电容电荷量相等；总电压等于各电容电压之和。? 电容并联的等效电容等于各电容之和!电容的并联使总电容值增大。当电容的耐压值符合要求，但容量不够时，可将几个电容并联。??? 3、Q=UI=I2Xc=U2/Xc????这是单相电容的???????Xc=1/2*? 为什么我看到一个三相电容上面标的额定容量是30Kvar，而额定容量是472微法。额定电压是450伏。额定电流是安??三角接法？? 答：C＝KVar/(U×U×2×π×f×? ?＝30/(450×450×2××50×≈472(μF)? 4、我知道电容公式有C=εS/D和C=Q/U,那么他们与电容"C"的关系，我特别想知道：我知道"U"与电容成反比，但是我在听老师讲时，没听到为什么成反比，就像知道"Q"与电容的关系时，就明白，一个电容放得的电荷越多就越大？还有"ε"是什么，与电容有什么关系？?再请问在计算中应注意什么？电容是如何阻直通交的呢？? 五一长假除了旅游还能做什么？辅导补习美容养颜家庭家务加班须知 第?2?页?共?3?页? 答：电容c是常数，只跟自身性质有关，即使没有电压，电荷?它也是存在的，ε是介电，跟电介质的性质有关，交流能不停的对电容充电放电（因为交流的方向是变化的），二直流无此性质，所以通交流阻直流，更专业的话，大学物理里面会讲，如果你要求不高的话就不用深究了?5、电容降压? 在常用的低压电源中，用电容器降压（实际是电容限流）与用变压器相比，电容降压的电源体积小、经济、可靠、效率高，缺点是不如变压器变压的电源安全。通过电容器把交流电引入负载中，对地有220V电压，人易触电，但若用在不需人体接触的电路内部电路电源中，本弱点也可克服。如冰箱电子温控器或遥控电源的开/关等电源都是用电容器降压而制作的。?? ?相对于电阻降压，对于频率较低的50Hz交流电而言，在电容器上产生的热能损耗很小，所以电容器降压更优于电阻降压。?? ?????电容降压的工作原理并不复杂。他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70mA。虽然流过电

2020届高三高考物理二轮复习实验专题强化训练：探究影响平行板电容器电容大小的因素

探究影响平行板电容器电容大小的因素 一、实验题 1.在探究平行板电容器的电容与哪些因素有关的实验中，某同学猜测电容可能与极板间的距离d、极板的正对面 积S及插入极板间的介质有关．他将一个已经充电的平行板电容器与静电计连接如图所示．实验时保持电容器极板所带的电量不变，且电容器B板位置不动． (1)实验中静电计用来测量_______________． (2)将A板向右平移，静电计指针张角_______；将A板竖直向下平移，则静电计指针张角______；在A、B板 间插入电介质，则静电计指针张角_______.(填“变大”、“变小”或“不变”) (3)若将电容器水平放置，如图所示，有一带点液滴静止在电容器内部某处，现将电容 器A板向下平移一小段距离，则液滴在该处的电势能___________(填“变大”、“变 小”或“不变”)，液滴____________(填“静止不动”、“向下运动”、“向上运动”) 2.如图所示的实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素，其中电容器左侧极板 和静电计外壳均接地，电容器右侧极板与静电计金属球相连，使电容器带电后与电源断开． (1)影响平行板电容器电容的因素有________． A.两极板的正对面积 B.两板间距离 C.电介质的介电常数 D.极板的材料 (2)在实验室中完成这个实验的方法是________． A.类比法 B.控制变量法 C.假设法 D.微小量放大法 (3)上移左极板，可观察到静电计指针偏角________(选填“变大”“变小”或“不变”)． 3.在探究平行板电容器的电容与哪些因素有关的实验中，某同学猜测电容可能与极板间的距离d、极板的正对面 积S及插入极板间的介质有关．他将一个已经充电的平行板电容器与静电计连接如图所示．已知静电计指针张

2020年高考物理实验专项复习：《探究影响平行板电容器电容大小的因素》(解析版)

《探究影响平行板电容器电容大小的因素》 一、实验题 1.在探究平行板电容器的电容与哪些因素有关的实验中，某同学猜测电容可能与极板间的距离d、 极板的正对面积S及插入极板间的介质有关．他将一个已经充电的平行板电容器与静电计连接如图所示．已知静电计指针张角随着电容器两极间的电势差的增大而增大．实验时保持电容器极板所带的电量不变，且电容器B板位置不动． (1)将A板向左平移，静电计指针张角______；将A板竖直向上平移，则静电计指针张角______； 在A、B板间插入电介质，则静电计指针张角_______． (2)实验中静电计不可以用电压表替代，原因是：________． 2.如图所示的实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素，其中电容器左侧极板和静电计 外壳均接地，电容器右侧极板与静电计金属球相连，使电容器带电后与电源断开． (1)下列关于实验中使用静电计的说法正确的是________． A.静电计可以用电流表替代 B.静电计可以用电压表替代 C.使用静电计的目的是观察电容器电压的变化情况 D.使用静电计的目的是测量电容器电量的变化情况 (2)下列做法可使静电计张角变小的有_________． A.将左极板缓慢左移

B.将左极板缓慢上移 C.在两极板间插入云母板(介电常数大于1) D.在两极板间插入较厚的金属板 3.在探究平行板电容器的电容与哪些因素有关的实验中，某同学猜测电容可能与极板间的距离d、 极板的正对面积S及插入极板间的介质有关．他将一个已经充电的平行板电容器与静电计连接如图所示．实验时保持电容器极板所带的电量不变，且电容器B板位置不动． (1)实验中静电计用来测量_______________． (2)将A板向右平移，静电计指针张角_______；将A板竖直向下平移，则静电计指针张角______； 在A、B板间插入电介质，则静电计指针张角_______.(填“变大”、“变 小”或“不变”) (3)若将电容器水平放置，如图所示，有一带点液滴静止在电容器内部 某处，现将电容器A板向下平移一小段距离，则液滴在该处的电势能 ___________(填“变大”、“变小”或“不变”)，液滴____________( 填“静止不动”、“向下运动”、“向上运动”) 4.如图所示的实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素，其中电容器左侧极板和静电计 外壳均接地，电容器右侧极板与静电计金属球相连，使电容器带电后与电源断开． (1)影响平行板电容器电容的因素有________． A.两极板的正对面积 B.两板间距离 C.电介质的介电常数 D.极板的材料 (2)在实验室中完成这个实验的方法是________． A.类比法 B.控制变量法

电容器带电粒子在平行板间的运动

三中一轮电容器带电粒子高三（）姓名：一、电容器电容器动态变化的两类题型 （）1．一充电的电容器的电容C、带电量Q、电压U之间的图象如图所示，其中正确的是 （）2．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的变化的情况。在下列图中能正确反映C与d之间变化规律的图像是 3．如图所示，在平行板电容器正中有一个带电微粒。K闭合时，该微粒恰好能保持静止。( )①保持K闭合，用何方法能使该带电微粒向上运动打到上极板 ( )②充电后K断开，用何方法能使该带电微粒向上运动打到上极板 A．上移上极板M B．上移下极板N C．左移上极板M D．把下极板N接地 （）4．如图所示，平行板电容器与电动势为E的直流电源(内阻不计)连接，下极板接地．一带电油滴位于电容器中的P点且恰好处于平衡状态．现 将平行板电容器的上极板竖直向上移动一小段距离，则 A．带电油滴将沿竖直方向向上运动 B．P点的电势将降低 C．带电油滴的电势能将减小 D．电容器的电容减小，极板带电荷量增大 （）5．两块大小、形状完全相同的金属板正对水平放置，构成一个平行板电容器， 将两金属板分别与电源两极相连接，如图所示．闭合开关S达到稳定后，

其内部空间有两个悬浮着的小带电液滴A和B恰好处于静止状态．采用以下哪种办法可使 液滴向上做加速运动 A．断开开关S，使两板靠近一些 B．断开开关S，使两板左、右错开一些 C．保持开关S闭合，使A和B黏合在一起 D．保持开关S闭合，使两板左、右错开一些 （）6．某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板，对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动。在P、Q间距增大过程中A．P、Q构成的电容器的电容增大 B．P上电荷量保持不变 C．M点的电势比N点的低 D．M点的电势比N点的高 二、带电粒子在两极板间的平衡及直线运动 （）7．如图所示，M、N是平行板电容器的两个极板，R0为定值电阻，R1、R2为可调电阻，用绝缘细线将质量为m、带正电的小球悬于电容器内部．闭合S，小球 静止时受到悬线的拉力为 F.调节R1、R2，关于F的大小，判断正确的是 A．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变大 B．保持R1不变，缓慢增大R2时，F将变小 C．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变大 D．保持R2不变，缓慢增大R1时，F将变小 （）8．两平行金属板相距为d，电势差为U，一电子质量为m，电荷 量为e，从O点沿垂直于极板的方向射出，最远到达A点，然后返回，如 图所示，OA＝h，此电子具有的初动能是 A．edh U B．edUh C．eU dh D． eUh d （）9．如图所示，A、B为平行金属板，两板相距为d，分别与电源两极相连，两板

静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真

电磁场与电磁波实验报告 实验一 班级：通信2班 姓名：闫振宇 学号：1306030222 日期：

实验一静电场问题实例，平板电容电容计算仿真 1. 实验目的和任务 a.学习软件maxwell软件的使用方法； b.复习电磁学相关的基本理论； c.通过软件的学习掌握运用maxwell进行电磁场仿真的流程； d.通过对平行班电容器电容计算仿真实验进一步熟悉maxwell软件的应用。 2. 实验内容 1)学习maxwell有限元分析步骤； 2)会用maxwell后处理器和计算器对仿真结果分析； 3)对平板电容器电容仿真计算结果与理论计算值进行比较。 3. 实验原理 平行板电容器原理： 两板上可带等量异号电荷，使板间形成匀强电场。当和用电器构成回路时放电，造成板上电荷、板间电压、场强减弱。如再次充电发生和上述情况相反的过程。 4. 实验步骤 Project>insert maxwell 3D design 选择求解器类型：maxwell>solution type>electric>electrostatic（静电） 4.1 创建下极板六面体 Draw>box 设置起点：(X，Y，Z)>(0,0,0) 坐标偏置(dx，dy，dz)>(25,25,2) Assign maxwell>pec(设置材料为理想导体perfect conductor) 4.2 创建上极板六面体 Draw>box 设置起点：(X，Y，Z)>(0,0,3) 坐标偏置(dx，dy，dz)>(25,25,2) Assign maxwell>pec(设置材料为理想导体perfect conductor) 4.3 创建中间的介质六面体 Draw>box 设置起点：(X，Y，Z)>(0,0,2) 坐标偏置(dx，dy，dz)>(25,25,1) Assign maxwell>mica(设置材料为云母mica)

1.8电容器的电容

1.8 电容器的电容 一、学习目标 1.知道电容器的概念以及平行板电容器的主要构造 2.理解电容器电容的概念及其定义式C=Q/U ，并能用来进行有关的计算。理解电容器的决定式C=εs/4πkd 3.掌握平行板电容器的决定式，并能用其讨论问题 二、学习重点和难点 1．重点：电容的概念，影响电容大小的因素 2．难点：电容器的电量与电压的关系，电容器的电容的计算与应用 三、你应该掌握的基本内容： 问题导思一：电容器 1、电容器是一种用来做什么的仪器？它的基本构造如何？ 2、平行板电容器：①基本构造： ②带电特点： ③板间场强特征： 2、电容器的充电和放电 （1）把电容器的两极板分别与与电池组的两极相连，会出现怎样的现象？这一过程直到什么时候结束？ ①电荷量： ②板间电压： ③板间电场强度： （2）把充电后的电容器的两极板接通，会出现怎样的现象？这一过程直到什么时候结束？ ①电荷量： ②板间电压： ③板间电场强度： 例1．如图，电容器C 与电压为U 的电源连接成的电路．当电键K 与1接通，电 容器A 板带______电，B 板带______电，这一过程称为电容器的__________过 程．电路稳定后，两板间的电势差为________．当K 与2接通时，流过导线acb 的电流方向为____________，这是电容器的________过程． 问题导思二：电容 （1）定义： 。（2）公式： （3）单位： 符号： ，常用单位还有 、 。1F= F= pF （4）谈谈你对电容理解的几点理解： ① 电容器与电容有什么区别？ + + + + + + + + + + + 极板 电介质

②你对电容器电荷量的认识： ③电容C与Q成正比，与U成反比吗？你怎样认为？ 例2 .某电容器一个极板上带电量1.0×10-5C，两板电压为1V，则此电容器电容为______F，相当于_______μF，若将其充电量加倍，则电容为______μF． 变式训练1、一个电容器当带电量为Q时，板间电势差为U，当它的电量减少3×10-6C时，板间电势差降低2×102V，此电容器的电容为________μF． 问题导思三：平行板电容器的电容 1.探究: 【影响平行板电容器电容大小的因素】 实验1：保持Q和d不变，减小S,观察U的变化情况，说明C随S怎样变化？ 实验2：保持Q和S不变，增大d,观察U的变化情况，说明C随d怎样变化？ 实验3：保持Q、S、d不变，插入电介质,观察U的变化情况，说明C怎样变化？ 通过以上实验关于平行板电容器的电容，我们得到怎样的结论： （1）决定因素：平行板电容器的电容与介电常数成比，跟正对面积成比，跟极板间的距离成比. （2）平行板电容器的决定式： 2．电容器的两种问题专题：①定电压问题②定电量问题 例3：平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板与电源相连，在这种情况下，如增大两板间距d，则板间电势差U、电容器所带电量Q、板间场强E各如何改变？ 变式训练3：拓展：若平行板电容器充电后切断与电源的连接，在这种情况下增大d，则U、Q、E各如何改变？ 问题导思四:常用电容器（看书） 1.常见电容器：电解电容器：，可变电容器，固定电容器。 2.电容器额定电压与击穿电压： ①击穿电压：额定电压： ②电容上标的是哪一个电压？ 课后反思：通过本节课的学习你应该掌握的问题： 1、电容器的概念及电容器充电和放电. 2、电容的概念\定义式及有关的计算 3、平行板电容器的电容及决定因素；平行板电容器的决定式并能运用其讨论有关问题。