《2025年教材完全解读高中物理必修第三册粤教版》

例3-1 2024·广元模拟
如图所示的实验装置可用来探究影响平行板电容器电容的因素，其中电容器左侧极板和静电计外壳接地，电容器右侧极板与静电计金属球相连。当两平行板带有等量异种电荷时，静电计的指针相对竖直方向有一个偏角，已知电容器所带电荷量不变。（请在以下各横线上选填“变大”“变小”或“不变”）

图为探究平行板电容器电容因素的实验装置图
(1) 上移其中一极板时，可观察到静电计指针偏角；
(2) 将极板间距离减小时，可观察到静电计指针偏角；
(3) 在两极板间插入电介质时，可观察到静电计指针偏角。
解 (1) 上移其中一极板，正对面积$ S $减小，根据平行板电容器电容的决定式$ C = \frac{\varepsilon_r S}{4\pi k d} $知，电容减小，由于电荷量$ Q $不变，根据$ U = \frac{Q}{C} $知，电势差$ U $增大，指针偏角变大。
(2) 根据$ C = \frac{\varepsilon_r S}{4\pi k d} $知，将极板间距离减小时，电容增大，由于电荷量$ Q $不变，根据$ U = \frac{Q}{C} $知，电势差$ U $减小，指针偏角变小。
(3) 根据$ C = \frac{\varepsilon_r S}{4\pi k d} $知，两极板间插入电介质时，电容增大，由于电荷量$ Q $不变，根据$ U = \frac{Q}{C} $知，电势差$ U $减小，指针偏角变小。
答 (1) 变大；(2) 变小；(3) 变小

答案：
(1)变大
(2)变小
(3)变小
解：
(1)上移极板，正对面积$S$减小，由$C = \frac{\varepsilon_r S}{4\pi k d}$知$C$减小，$Q$不变，由$U=\frac{Q}{C}$知$U$增大，偏角变大。
(2)板间距$d$减小，由$C = \frac{\varepsilon_r S}{4\pi k d}$知$C$增大，$Q$不变，由$U=\frac{Q}{C}$知$U$减小，偏角变小。
(3)插入电介质，$\varepsilon_r$增大，由$C = \frac{\varepsilon_r S}{4\pi k d}$知$C$增大，$Q$不变，由$U=\frac{Q}{C}$知$U$减小，偏角变小。