解析 根据C=分析每一步操作造成的影响如下:
(1)合上K,电对电容器充电,电容器两端电压为U,设电容为C,则带电荷量Q1=CU,板间形成一个匀强电场,电场强度为E1=.
(2)插入金属板,板的两侧出现等量异号的感应电荷,上、下形成两个匀强电场区域,其宽度均为.由于整个金属板为等势体,则M板与金属板之间、金属板与N板之间的电势差均为,因此,其电场强度增为原的2倍,即E2=2E1.显然,在插入过程中,电必须对M、N两板继续充电,使板上电荷量增为原的2倍,即Q2=2Q1.
(3)断开K,M、N两板的电荷量保持不变,即Q3=Q2=2Q1.
(4)抽出金属板,电容器的电容仍为C,而电荷量为2Q1,所以两板间电势差变为=2U=20 V.
12.答案 (1)1×10-9 F (2)2×103 V/m,方向竖直向下(3)-20 V
解析 (1)由电容定义式C== F=1×10-9 F
(2)两板之间为匀强电场E==V/m=2×103 V/m,方向竖直向下.
(3)M点距A板间距离为dAM=d-dBM=1 cm
A与M间电势差UAM=EdAM=20 V
又UAM=φA-φM,φA=0可得φM=-20 V.