题目
如果电容器两极板间的电势差保持不变,这个电容器在电介质存在时所储存的自由电荷与没有电介质(即真空)时所储存的电荷相比()A. 增多B. 不变C. 无法确定D. 减少
如果电容器两极板间的电势差保持不变,这个电容器在电介质存在时所储存的自由电荷与没有电介质(即真空)时所储存的电荷相比()
A. 增多
B. 不变
C. 无法确定
D. 减少
题目解答
答案
A. 增多
解析
考查要点:本题主要考查电容器电容与电介质的关系,以及电势差固定时电荷量的变化。
解题核心思路:
- 电容公式:$C = \frac{Q}{U}$,当电势差$U$固定时,电容$C$越大,储存的电荷量$Q$越大。
- 电介质的作用:插入电介质会使电容$C$增大(公式$C = \frac{\varepsilon S}{4\pi kd}$,其中$\varepsilon > \varepsilon_0$)。
- 结论:电介质存在时,$C$增大,$Q$随之增大。
关键点:明确电势差固定时,电容与电荷量的正比例关系,以及电介质对电容的增强作用。
步骤1:分析电容与电介质的关系
电容器的电容公式为:
$C = \frac{\varepsilon S}{4\pi kd}$
其中$\varepsilon$是电介质的介电常数。当插入电介质时,$\varepsilon > \varepsilon_0$($\varepsilon_0$为真空介电常数),因此电容$C$增大。
步骤2:推导电荷量的变化
根据电容定义式$Q = CU$,当电势差$U$保持不变时:
- 无电介质时,电荷量为$Q_0 = C_0 U$,其中$C_0 = \frac{\varepsilon_0 S}{4\pi kd}$。
- 有电介质时,电容变为$C = \varepsilon_r C_0$($\varepsilon_r > 1$为相对介电常数),此时电荷量为:
$Q = C U = \varepsilon_r C_0 U = \varepsilon_r Q_0$
因此,$Q > Q_0$,即储存的自由电荷增多。
结论:正确答案为A. 增多。