题目
一个平行板电容器,充电后与电源相连,当用绝缘手柄将电容器两极板间距离拉大,则极板带电量Q、电场强度的大小E.电场能量W将发生如下变化()A. Q减小,E减小,W减小B. Q增大,E增大,W增大C. Q增大,E不变,W增大D. Q减小,E不变,W不变
一个平行板电容器,充电后与电源相连,当用绝缘手柄将电容器两极板间距离拉大,则极板带电量Q、电场强度的大小E.电场能量W将发生如下变化()
A. Q减小,E减小,W减小
B. Q增大,E增大,W增大
C. Q增大,E不变,W增大
D. Q减小,E不变,W不变
题目解答
答案
A. Q减小,E减小,W减小
解析
考查要点:本题主要考查平行板电容器在与电源保持连接时,改变极板间距对电荷量、电场强度及电场能量的影响。
解题核心思路:
- 电压不变:电容器与电源相连,极板间电压$V$始终等于电源电压。
- 电容变化:极板间距$d$增大,电容$C$减小(公式$C = \frac{\varepsilon S}{4\pi k d}$)。
- 电量变化:由$Q = CV$可知,$C$减小导致$Q$减小。
- 电场强度:由$E = \frac{V}{d}$可知,$d$增大导致$E$减小。
- 电场能量:由$W = \frac{1}{2} C V^2$可知,$C$减小导致$W$减小。
破题关键:明确电容器与电源相连时电压恒定,结合公式逐层推导各物理量的变化。
步骤1:分析电压与电容的关系
电容器与电源相连,极板间电压$V$保持不变。当间距$d$增大时,电容$C$减小(公式$C = \frac{\varepsilon S}{4\pi k d}$)。
步骤2:推导电量变化
由电荷量公式$Q = CV$可知,$C$减小且$V$不变,因此$Q$减小。
步骤3:推导电场强度变化
电场强度公式为$E = \frac{V}{d}$,$V$不变而$d$增大,因此$E$减小。
步骤4:推导电场能量变化
电场能量公式为$W = \frac{1}{2} C V^2$,$C$减小且$V$不变,因此$W$减小。