電容器學習中的認識誤區

葉建新

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）37-0147-01

電容器是中學物理中的一個重要的電學儀器，高考中有關電容器的題目也經常出現，如2016年湖北省理綜的第14題。學生在剛接觸電容器的時候，認識上會有一些誤區，本文特就此類認識加以說明。

一、電容器的電容大，可以儲存的電荷就一定多

在教學中，我們常把電容器與水容器進行比較，從而引入電容器的電容，如圖1：

圖1

電容器的電容是描述電容器儲存電荷本領的物理量，定義式C= 或C= ，它對應的是水容器的橫截面積，而不是容積，所以電容器的電容所對應的也不是容納電荷的多少，而是每升高或降低單位電壓需要改變的電量。即電容器的電容對應于水容器的橫截面積，電容器的額定電壓對應于水容器的高，所以電容器所能儲存電荷Qm=CU額。

例1.電容器A的電容比電容器B的電容大，這表明（ D ）

A.A所帶的電荷量比B多

B.A比B能容納更多的電荷量

C.A的體積比B的體積大

D.兩電容器的電壓都改變1 V時，A的電荷量改變比B的大

結論：電容器的電容大，并不表示電容器可以儲存的電荷就一定多。

二、靜電計就是驗電器

驗電器和靜電計是研究靜電場特性的兩種重要實驗儀器，但對這兩種儀器在結構和作用方面的異同，多數學生存在一些誤解。

1.構造上的差異。

驗電器是檢驗物體是否帶電的儀器，構造如圖2所示。

驗電器的球形金屬外殼與帶有金屬小球的金屬桿是絕緣的，金屬桿的下端有很薄的金屬箔片。

靜電計是測量電勢差的儀器，是在驗電器的基礎上改造而成的。

靜電計也是主要由相互絕緣的兩部分構造而成。除金屬外殼外，中間的金屬桿下端有一個可轉動的指針，指針轉動的角度可由固定在外殼上的表盤讀出。結構如圖3所示。

2.工作原理不同。

驗電器的工作原理：同種電荷相互排斥。電荷量越大、排斥力越大、張角越大。

靜電計的原理是：靜電計本身是一個電容很小的電容器。因為指針的偏轉角變化對靜電計的電容的影響很小，故在指針轉動過程中可近似認為靜電計的電容值不變。現以測電容器電壓為例說明其原理。將一個已充電電量為Q的平板電容器與靜電計相連，此時指針和金屬桿帶正電，外殼的內表面將出現負的感應電荷，從而在金屬桿與外殼間形成電場，指針表面的電荷受到電場力的作用，或者說受到來自桿上同種電荷的排斥力及金屬盒內壁的異種電荷的吸引力，使得指針偏轉，帶電量越多，場強越強，則指針的偏角也越大。

3.用途不同。

驗電器的主要用途：檢驗物體是否帶電，比較帶電的種類以及所帶電荷量的多少等。

靜電計的主要用途：（1）定性測量兩導體的電勢差（或者定性測量某導體的電勢）；（2）可以測量直流電路中的電勢差。

例2.如圖4所示，用靜電計可以測量已充電的平行板電容器兩極板之間的電勢差U，現使B板帶電，則下列判斷正確的是（AB ）

A.增大兩極之間的距離，指針張角變大

B.將A板稍微上移，靜電計指針張角將變大

C.若將玻璃板插入兩板之間，則靜電計指針張角變大

D.若將A板拿走，則靜電計指針張角變為零

結論：驗電器與靜電計從原理和用途上看都不能說是一回事，它們只是在結構上相似而已。

三、在平行板電容器中插入導體與插入電介質，引起電容器的電容變化相同

1.電介質是能夠被電極化的絕緣體，電介質的帶電粒子是被原子、分子的內力或分子間的力緊密束縛著，因此這些粒子的電荷為束縛電荷。在外電場作用下，這些電荷也只能在微觀范圍內移動，產生極化。在靜電場中，電介質內部可以存在電場，這是電介質與導體的基本區別。

2.在平行板電容器中插入電介質，引起電容器的電容變化。

例3.（2016年湖北高考理綜14）一平行電容器兩極板之間充滿云母介質，接在恒壓直流電源上，若將云母介質移出，則電容器（ ）

A.極板上的電荷量變大，極板間的電場強度變大

B.極板上的電荷量變小，極板間的電場強度變大

C.極板上的電荷量變大，極板間的電場強度不變

D.極板上的電荷量變小，極板間的電場強度不變

解析：這是一道關于電容器動態平衡問題的題目，首先確定的是不變量U，根據平行板電容器的決定式C=εrS/4πkd可知，當云母介質移出時，εr變小，C變小，又因為C= ，得Q=CU，所以Q減小，即極板上的電荷量變小，而E= ，得E不變，故選D。

3.在平行板電容器中插入導體，引起電容器的電容變化。

當平行板電容器中插入導體后，導體最終會處于靜電平衡狀態，內部場強處處為零，如果電容器兩極板電壓不變，則兩極板之間的電場線變短了，場強增大，根據E= 等效極板間距減小，電容增大了。如圖5所示。

結論：在平行板電容器中插入電介質，改變的是εr，在平行板電容器中插入導體，等效于減小了極板間的距離。

《電容器、電容》是高考的熱點，是電場一章的重點和難點，在教材中占有重要地位。它是學完勻強電場后的一個重要應用，也是后面學習交流電路（電感和電容對交流電的影響）和電子線路（電磁振蕩）的預備知識，在教材中起承上啟下的作用。所以，我們有必要對以上幾個認識加以判別，澄清，掌握，以便更好的學習后面的物理知識。