题目
一个平行板电容器没有介质时的电容 _(0)=dfrac ({varepsilon )_(0)s}(d) ,今在两极-|||-板间平行插入面积为S,厚度为 (alt d) ,相对介电系数-|||-为 _(1)=2 的介质后的电容值为 ()-|||-A. .dfrac ((2d-a){E)_(0)S}((d-a)a)-|||-B. dfrac ({S)_(0)S}(2d-a) . !-|||-C. dfrac ({{80)^5}(d-a)}-|||-D. dfrac (2{sigma )_(0)s}(2d-a)

题目解答
答案

解析
本题考查平行板电容器电容的计算以及电容器的串联知识。关键是将插入介质后的电容器等效为两个电容器的串联,再利用串联电容公式求解。
步骤1:等效为串联电容器
平行板电容器插入介质后,可将其视为两个电容器的串联:
- 一部分是有介质的电容器(面积$S$,厚度$a$,相对介电常数$\varepsilon_r=2$);
- 另一部分是无介质的电容器(面积$S$,厚度$d-a$)。
步骤2:计算两个电容器的电容
电容器电容公式为$C=\frac{\varepsilon S}{d}$($\varepsilon$为介电常数,$S$为极板面积,$d$为极板间距):
- 有介质的电容$C_1$:$\varepsilon=\varepsilon_0\varepsilon_r=2\varepsilon_0$,厚度$a$,则
$C_1=\frac{2\varepsilon_0 S}{a}$ - 无介质的电容$C_2$:$\varepsilon=\varepsilon_0$,厚度$d-a$,则
$C_2=\frac{\varepsilon_0 S}{d-a}$
步骤3:串联电容总电容计算
串联电容器总电容公式为$\frac{1}{C}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}$:
代入$C_1$和$C_2$:
$\frac{1}{C}=\frac{a}{2\varepsilon_0 S}+\frac{d-a}{\varepsilon_0 S}=\frac{a + 2(d-a)}{2\varepsilon_0 S}=\frac{2d - a}{2\varepsilon_0 S}$
取倒数得:
$C=\frac{2\varepsilon_0 S}{2d - a}$
选项匹配
题目选项中B选项应为“$\frac{2\varepsilon_0 S}{2d - a}$”(原选项可能存在输入错误,如“$S_0$”应为“$\varepsilon_0$”),故正确答案为B。