题目
将一空气平行板电容器接到电源上,充电后断开电源,再将一块与极板面积相同的介质板平行地插入电容器两极板之间。由于介质板的插入,对电容器电容及储能的影响为()。电容增大;储能减少;且与介质板相对极A. 板的位置有关电容变小,储能增加;且与介质板相对极B. 板的位置有关电容变小;储能增加;但与介质板相对极C. 板的位置无关电容增大;储能减少;但与介质板相对极D. 板的位置无关
将一空气平行板电容器接到电源上,充电后断开电源,再将一块与极板面积相同的介质板平行地插入电容器两极板之间。由于介质板的插入,对电容器电容及储能的影响为()。电容增大;储能减少;且与介质板相对极
A. 板的位置有关电容变小,储能增加;且与介质板相对极
B. 板的位置有关电容变小;储能增加;但与介质板相对极
C. 板的位置无关电容增大;储能减少;但与介质板相对极
D. 板的位置无关
题目解答
答案
D. 板的位置无关
解析
本题考查电容器电容变化及储能计算,核心在于理解介质插入对电容的影响以及断开电源后电荷守恒对储能的作用。关键点如下:
- 电容变化:插入介质板后,电容增大,与介质是否完全覆盖极板有关。若介质板面积与极板相同,则无论插入位置如何,极板间均被介质完全填充,电容仅由介电常数决定,与位置无关。
- 储能变化:断开电源后电荷量$Q$保持不变,储能公式为$W = \frac{Q^2}{2C}$,电容增大时储能减少。
- 位置无关性:介质板面积与极板相同,插入后极板间介质均匀,电容仅由介电常数决定,与插入位置无关。
电容变化分析
电容器电容公式为:
$C = \frac{\varepsilon S}{4\pi kd}$
插入介质板后,介电常数$\varepsilon$增大,因此电容$C$增大。由于介质板面积与极板相同,无论插入位置如何,极板间均被介质完全填充,故电容变化仅与介电常数有关,与位置无关。
储能变化分析
断开电源后,电荷量$Q$保持不变,储能公式为:
$W = \frac{Q^2}{2C}$
电容$C$增大时,分母增大,导致储能$W$减少。
选项判断
- 电容增大:正确(介质插入使$\varepsilon$增大)。
- 储能减少:正确($Q$不变,$C$增大导致$W$减小)。
- 与位置无关:正确(介质板完全覆盖极板,电容仅由$\varepsilon$决定)。
综上,正确答案为D。