小谈中学物理中电容器的储能-幻灯片.docVIP

小谈中学物理中电容器的储能 电容器是储存电荷和电能的电子元件，是电路中被广泛应用的一种基本元件。若把一个已充电的电容器的两个极用导线短路而放电，则可见放电火花，则可见到放电火花，放电火花的能量是由充了电的电容器储存的电场能转化来的。那么，如何计算一个电势差为U、电容为C的电容器它所储存的电场能呢？ 这可以从电容器带电的过程来分析。 如图。可以等效地认为，电容器的带电过程就是不断地把元电荷+dq从原来不带电的A板移到另一极板B上，使A板带负电，B板带正电。在该过程中，随电容器带电量增加，在其内部产生逐渐增强的电场，外力移动电荷+dq要不断克服电场力做功，消耗外界的能量。例如用电源给电容器充电时，消耗电源的化学能转化为电容器的电场能。 在不断移动+dq使其从A到B的过程中，设某一时刻，两板间的电势差为U，带电量为q，此时要搬运+dq从负极板到正极板需要做的功 而 所以 因此，电容器从q=0到q=Q的带电过程中，外力所做的总功为： 即 这就是带电量为Q、电势差为U的电容器所具有的能量。 在中学数学中，要学到一些简单的积分知识，学生应有能力自己推导得出这一结论。但在实际教学中，发现学生并不真正地知道何时使用积分，不能将其恰当地用于物理学习中。 鉴于此，我们在教学中不要求学生用积分知识推导得出。这一表达式，但要求学生要理解带电的电容器中含有一定的电场能。下面这个问题可以帮助理解。 例：如图示，位于同一水平面的两根平行导轨间的距离为L，导线的左端连接一个电容C，放在导轨上的导体杆cd与导轨接触良好，cd杆在平行导轨平面的水平力作用下从静止开始以加速度a做匀加速直线运动，磁感应强度为B的匀强磁场如图示。导轨足够长，不计任何电阻和摩擦，求从导体杆开始运动经过时间t电容器吸收的能量E=？ 分析：整个过程中的功能关系为：外力F在t时间内做的功一部分转化为cd杆的动能，另一部分则被电容器吸收，转化为电容器极板间的电场能。所以，关键是求出外力F做的功。 解：设cd杆受的外力为F 以cd为研究对象，受力分析后应用牛顿第二定律，有： 对应做功情况： 代入F，得： 所以 若直接应用 ，t时刻C两端的，可得 由求解过程可见，该求解过程反以锻炼学生应用多种物理规律求解物理问题的能力。也可以很好的了解电容器内所储存的电场能。故作一小谈，愿与同行共享。 后记：在高中物理的教学和学习中，对一些在高中不做要求属于大学阶段的物理知识，有些问题利用高中所学学生有能力解决或定性解决。利用高中的方法解决大学的问题（例如：黑洞），教师有意识地诱导学生在这一方面进行思考和探求，可以训练思维、开拓视野、培养素质、提高能力。这一点，对我们高中物理教师在教学中应引起注意。