题目
一平行板电容器,充电后与电源保持联接,然后使两极板间充满相对介电常量为εr的各向同性均匀电介质,这时两极板上的电荷是原来的 倍;电场强度是原来的 倍;电场能量是原来的 倍.
一平行板电容器,充电后与电源保持联接,然后使两极板间充满相对介电常量为εr的各向同性均匀电介质,这时两极板上的电荷是原来的 倍;电场强度是原来的 倍;电场能量是原来的 倍.
题目解答
答案
εr;1;εr
解析
考查要点:本题主要考查电容器与电源保持连接时,插入电介质后电荷、电场强度、电场能量的变化关系。
解题核心思路:
- 电压不变:电容器与电源保持连接,极板间电压$U$恒定。
- 电容变化:插入电介质后,电容$C$变为原来的$\varepsilon_r$倍。
- 电荷与电容成正比:由$Q=CU$可知,电荷$Q$变为原来的$\varepsilon_r$倍。
- 电场强度不变:$E=\frac{U}{d}$,电压$U$和间距$d$不变,故$E$不变。
- 能量与电容成正比:电场能量$W=\frac{1}{2}CU^2$,电容变为$\varepsilon_r$倍,能量也变为$\varepsilon_r$倍。
电荷变化
电容器与电源连接时,电压$U$固定。电容公式为:
$C = \frac{\varepsilon S}{4\pi kd} = \varepsilon_r C_0$
其中$C_0$为真空时的电容。
由电荷公式$Q=CU$,电荷变为:
$Q' = \varepsilon_r C_0 U = \varepsilon_r Q_0$
结论:电荷是原来的$\varepsilon_r$倍。
电场强度变化
电场强度公式为:
$E = \frac{U}{d}$
由于$U$和$d$均不变,故$E$不变。
结论:电场强度是原来的$1$倍。
电场能量变化
电场能量公式为:
$W = \frac{1}{2}CU^2$
插入电介质后,电容变为$\varepsilon_r C_0$,能量为:
$W' = \frac{1}{2} \varepsilon_r C_0 U^2 = \varepsilon_r W_0$
结论:电场能量是原来的$\varepsilon_r$倍。