如何做好导体和电介质增大电容演示实验

一、实验分析电容器中插入导体板和介质板增大电容的实验是通过静电计指针的偏转角a的大小变化来说明电容器电容C的变化的（图1）．Q一定时，若α大，则C／小；反之则C大、本实验的目的有两个．图1（1）在电容器中插入电介质板时，α的减小量α1要较大；（2）在电容器中插入导体板时，α的减小量凸a。要大，而且凸α2要明显地大于α1．在电容器中插入电介质板时（图2），设极板面积为S，两极板相距为d，插入厚度为t1、相对介电常数为的电介质板．则电容器的电容由变为电容增量为若插入厚度为t2的导体板，则电容由C0变为电容的增量为根据…     

插入平行板电容器的电介质板所受的静电场力

插入平行板电容器的电介质平板受静电场力一类问题,常用虚功原理计算.因其只考虑场能变化,不考虑电荷间作用的具体过程,计算过程简单.这类问题也可用库仑定律求解,只是计算过程较繁冗,但是可以得到介质极受力时,电荷间相互作用的清晰物理图象.下面我们用库仑定律计算理想电容器内介质板的受力问题。 设平行板电容器极板长为l,宽为b,极板间距为2a,充以电荷Q.将一宽为b,原为2a,相对介电常数为εγ的大介质板插入电容器中(如下图所示). 当介质板插入到电容器的深度为x(l>x≥a)时,极板及介质板电有密度分别为a;、a:、a’.计算可得 惯 阶面密度…     

对高中同学讲解平行板电容器电容公式的一点体会

高中物理课本第三册对平行板电容器电容公式的引导,是首先用演示实验来使同学们看到平行板电容器电容的大小跟两板的形状和大小、两版间的相对位置以及两板间的电介质等条件有关;然后再指出用精密的实验可以得到电容的大小跟这些条件间的数量关系;(1)与雨板间的距离成反比;(2)与板的面积成正比;(3)与两板间的电介质的介电常数成正比。最后提出:如果用S(厘米~2)表示板的面积,l(厘米)     

两个带等量异号电荷的金属球间的相互吸引力

一、引言 两个点电荷间的相互作用力可由库仑定律表达出,这是一种特殊情况.两个带电金属球间相互吸引力,却是常遇到的问题,一般书籍中均未介绍,本文利用静电镜象法给予计算.二、静电镜象法 根据静电镜象法,半径均为a的两个金属球,各带相异电荷,电量均为Q,两球心相距为2d,则两球间相互吸引力等于半径为a的金属球,带电量为Q,与一个接地的无限大金属平面形成电容器而出现的相互吸引力(球心距平面为d)(见图1). 在空气中,半径为a的金属球单独存在,若球面电势为 V2,相当于球心带电量为 q0=4πε0αV2,今使金属球心距接地的无限大金属平面为d,为…     

物理问题的几何解法

借助几何知识求解物理问题往往能起到化繁为简、化难为易、一目了然的作用,而且对物理概念的理解更为深刻,现举例如下: 例1 如图1(a),小球重G,用OP和OQ两绳悬挂在棚顶上,分别与棚顶成α、β角(α β>90°),如果悬点P和α角不变,而将悬点Q向右移动(设OQ绳可适当伸长,OP绳     

一道速度突变题的解答及思考

【题目】在一个水平的匀强电场中,用长为l的细线把一质量为m的带电小球悬挂在O点,如图1(a)所示.电场强度为E,小球带正电荷q.小球在电场中平衡时,悬线OA偏离竖直线的角度为θ.现把小球拿至B点,细线OB位于水平方向,在B点由     

错在哪里——兼谈圆周运动中的一类最值问题

【题目】图1为"S"字形玩具轨道.该轨道是用内壁光滑的薄壁细圆管弯成,固定在竖直平面内.轨道弯曲部分是由两个半径相等的半圆连接而成,圆半径比细管内径大得多,轨道底端与水平地面相切.弹射装置将一个小球(可视为质点)从a点水平弹射向b点并进入轨道,经过轨道后从P点水平抛出,已知小球与地面ab段间的动摩擦因数μ=0.2,不计其     

上期《问题思考》解答

1.本题是求在悬线断开的一瞬间,A、B两球对于地面的加速度。 设悬线断开前,悬线的张力为T,弹簧的恢复力为 T1。此时A球所受的合力FA及B球所受的合力FB均为零:在悬线断开的一瞬间,弹簧仍是原来的长度,所以T=0,而T′不变。此时A球和B球所受的合力分别为根据第二定律,设悬线断开的一瞬间A球和B球的加速度分别为aA和aB,则有由此可得 2.在此转动中,圆形平板受到摩擦力矩M的作用产生一个与旋转方向相反的角加速度a0M与a满足如下关系 M=Ia式中 I= mR2为圆板的转动惯量。 由于此转动是等减角速运动,所以满足加下方程式中ω为未角速度,θ转…     

原子在两个平行镜面间两层电介质板中的自发辐射率

利用光子的闭合轨道理论,我们研究了原子在两个平行镜面间两层电介质板（折射率分别为n1,n2）中的自发辐射率. 自发辐射率呈现出多周期的振荡结构。自发辐射率的傅立叶变换中的每一个峰和光子从原子出发到返回原子的一条闭合轨道相对应。结果表明自发辐射率和两层电介质的宽度和折射率有关。和只有一层电介质的辐射率比较,当两层电介质的折射率n1 和 n2 差别很小时, 两层电介质之间分界面的反射效应可以忽略;但是当二者的差别很大时,发射效应变得非常重要且自发辐射率中的振荡减弱。本文的结果为原子在不同电介质间的自发辐射率的研究提供了新的理解。     

电动势、电势差和电压

1 一道物理习题的错解所引起的思考 笔者曾用这样一道物理习题测试学生:"在半径为R的闭合导体回路中有dB/dt＞0的变化磁场,磁场方向垂直纸面向里.O是涡旋电场的中心,a、b是圆周上的任意两点,用一细金属棒把a、b两点连接起来(上图),试确定a、b两点间的电压."很多学生这样回答:"a点的电势高于b点的电势,a、b两点间的电压就是金属棒ab上的电动势."     

物理下册期末测试样卷

一、填空题1. 自然界存在种电荷, 电荷之间的相互作用力叫做力.2. 一平行板电容器的电容为 50μF带电量为 5×10-3C, 两板间电压为V, 若极板间距离为5cm, 两板间的电场强度为V/m.3. 金属导体中自由电子定向移动的方向, 跟导体中电流的方向 .4. 两根同样材料的电阻丝, 长度之比为 1∶ 5,横截面积之比为 2∶3, 则它们的电阻之比为 .5. 电流通过电动机, 电能主要转变成和.6. 如图所示, AB和CD分别为螺线管的中轴线和中垂线, 交于O点, 当螺线管通电后, 螺线管内的小磁针N极指向在上述五点位置中与点相同.7. 有一边长为 0.30m的正方形单匝线…     

美国物理试题与解答──热力学与统计物理部分节选

1.空调装置把热量从室内抽取出来释放到室外以降低室内温度时,它是一个致冷器.设室内温度为T2,室外温度为T1,T1>T2;空调设备按可逆卡诺循环运转,其连续工作的功率为P(J/s). a.若空调设备每秒钟从室内抽取热量Q2(J)并向室外放出热量Q1(J),试用T1和T2表达空调设备的工作效率Q 2/P b.每秒钟由室外通过热导输入室内的热量Q满足牛顿定律:Q=A(T1-T2).假设室外温度恒定,室内温度均匀,试对连续工作的空调设备,用T1、P及A表达出T2。 c.如果空调设备只工作30%的时间就可以在室外温度为 30 oC时使室内温度保持在 20”C,试问要用此设备使室内…     

悬链线的几何特征

悬链线是两端固定绳子在重力场中的平衡位形.定义悬链线的宽度是两个端点的水平距离,高度是最低点到两端点连线的垂直距离.这两者是悬链线的几何特征.文章推导了悬挂重物悬链线宽度和高度所满足的参数方程,实验数据验证了这个关系式.     

H3 PAuPh与(H3PAu)2(1,4-C6H4)2光谱性质的密度泛函研究

用密度泛函(DFT)方法优化了配合物H3 PAuPh(a),(H3 Pau)2(1,4-C6 H4)2(b)的基态的几何结构,并用含时密度泛函方法计算了它们的吸收光谱.结果表明配合物a与b的最低能量吸收谱线的波长分别为257.5 nm和307.6nm,皆具有C(2p)→Au(6p)电荷转移参与下的Px(芳环)→px>(芳环)跃迁本质,并伴有Au(5d)→Au(6p)的金属中心电荷转移性质.配合物b是由两个配合物a相连接而成,配合物b的分子轨道也是由配合物a的分子轨道组合而成.由于轨道组合中存在px或Px相互作用,配合物b的最低能量吸收谱线的波长大于配合物a的相应值.     

作用在平行板电容器中一片电介质的力

在一些物理学的教科书中,利用虚功原理计算了作用于插入平行板电容器的一片电介质的力.[1],[2]但没有从物理原因上进行分析.这就会产生这样的问题,即垂直方向的电场,怎么会有水平方向的力作用于电介质上?本文通过对于电介质受力的微观机制的分析,计算作用于这片均匀电介质的力.一、电介质受力的微观机制 在电场中的电介质要受到电场作用而极化.在平行板电容器的极板间,插入一片电介质,由于电容器边缘区不均匀电场的作用,电介质中极化的电偶极子排列也是不均匀的.图一是这种情况的示意图. 图一电容器的极板,在z方向宽w,x方向长为L. 在X=X0…     

矩形与圆形截面载流平行双导体间安培力研究

截面形状不同的载流导体在空间中的磁场分布以及对其他导体的安培力,在实际工程应用中有重要意义.本文从理论上分析计算无限长矩形截面和圆形截面载流导体磁场分布,进而对两根平行的矩形截面导体间、圆形截面导体间的安培力进行分析,并利用Matlab软件对磁场分布和安培力做了模拟.结果表明:矩形截面载流导体的磁感线呈近似椭圆状;两平行矩形截面载流导体间的安培力不仅与距离、截面尺寸有关,当距离、截面尺寸一定时还和放置的方向有关.当边长比a/b1时,安培力小于同样面积和载流密度情况下的圆截面导体,且a/b值越小,作用力越大,当a/b1时,大于同样载流情况下的圆截面导体,但随着导体间距增大作用力的差别越来越小.     

弹簧耦合摆在复杂情况下的小振动解

求解弹簧耦合摆的简正频率是理论力学中一道非常经典的题目,用分析力学的角度研究该题是一种重要的方法.目前对弹簧摆的研究多针对两单摆间的距离恰好等于弹簧原长;而当距离略大于或小于弹簧原长时,平衡状态下单摆摆线不再处于竖直状态,由于涉及不同的小角度近似,系统动能和势能的表示都变得更为复杂.本文探究了弹簧耦合摆系统的简正频率与系统静止时摆线偏移竖直方向角度的关系,利用MATLAB计算对比了是否使用小角度近似的运动过程,得到了近似解的适用情况.最后,在不考虑小角度的情况下,计算了拍频与弹簧固有频率、单摆固有频率和单摆平衡状态下偏移角度的关系.     

含色散特异材料三明治结构的量子悬浮效应

在金属板与电介质材料板基底间插入色散特异材料板形成三明治结构,并对其Casimir作用力进行了研究.基于Casimir-Lifshitz理论,通过麦克斯韦应力张量计算了真空涨落的辐射压,并对三明治结构利用电磁模式传输矩阵方法进行了数值计算分析.计算结果表明,原本两板结构中存在的Casimir吸引力,在插入特异材料板后的三明治结构中将转变为斥力,从而使轻薄的金属板产生量子悬浮效应。讨论了特异材料板的色散电磁响应特性以及电介质板基底的影响,结果表明特异材料磁等离子频率越大、磁共振频率越小以及电介质板基底的介电常数越小时,三明治结构中获得的斥力越大.此外,板间距增加到一定范围时,三明治结构中将出现Casimir平衡回复力.特异材料填充因子越小、三明治结构中层距和层厚越大时,三明治结构间的回复力会出现在较长距的位置.三明治结构中的量子悬浮效应与平衡回复力可保证微纳米机械系统稳定性,展现出基于真空辐射压的应用前景.     

对一道电场题解答的质疑

近年来,许多教辅资料、刊物都有这样一题． 【题目】如图1所示,M,N是竖直放置的两平行金属板,分别带等量异种电荷,两极板间产生一个水平向右的匀强电场,场强为E．一个质量为m,电荷量为＋q的微粒,以初速度训。竖直向上,从两极板正中间的A点射入匀强电场中,微粒垂直打到N极板上的C点,已知AB=BC,不计空气阻力,则可知     

超级球在受限空间的力学规律研究

对以一定初速度运动的超级弹力球在两平板约束的三维空间的运动学与动力学规律进行了实验研究与动力学机理分析。主要研究的因素有超级球-平板间摩擦系数和两个约束板的夹角对超级球运动轨迹的影响。超级球在运动过程中空间位置通过录像机横向拍摄,并运用Tracker软件进行分析。研究结果表明,当水平板和竖直板夹角介于70°~90°区间时,超级球与两个板各碰撞1次后,经过类似扇形路径可以回到操作者的手中。当水平板和竖直板夹角介于0°~60°区间时,超级球与水平板碰撞2次,与竖直板碰撞1次,其运动轨迹为左上角重合的类双V结构,并且水平板和竖直板夹角介于0°~30°范围,超级球可以回到操作者手中;但是当水平板和竖直板夹角介于40°~60°范围时,超级球不能回到操作者手中。超级球在与板发生碰撞过程较好地满足机械能能量守恒定律和角动量定理。