问题 问答题

(18分)

现代技术中,传感器是指这样一类元件:它能够将诸如力、温度、光、声、化学成分等大量电学量按照一定规律转换为电学量。如图所示的装置就是一种测压强的传感器。图中AB为大小、形状完全相同的金属板,它们构成一个电容器,其中A权被固定,两金属板的正对面积为S。金属板是空气的介电常数为,静电力常量为kCD是两根完全一样的轻质弹簧,它们的劲度系数为两弹簧一端固定,另一端与金属板B上的绝缘杆相连。传感器未工作时,弹簧处于自然长度,两金属板间的距离为

(1)现将两金属板与直流电源相连对电容器进行充电,充至电容器两极间电压为U后与电源断开。由于两金属板带电导致的两板间距的变化忽略不计,求电容器所带电荷量;

(2)若仅已知现对极板B的右侧施加一均匀向左的待测压强P,甲同学说:可以通过测量施加压强前后两极板间的电压U0对压强进行测量;乙同学说:可以通过测量施加压强前后电容器的带电量对压强进行测量。

a.你选择上述哪种方法,指出这种方法中开关所处的状态,并简要说明理由。

b.根据你选择的方法,通过推导写出压强的表达式。

答案

(1)

(2)a.若采用甲同学方法,将开关S断开,使极板上所带电荷量保持不变。

若采用乙同学的方法,将开关S闭合,使两极板间的电压保持不变。

b.甲同学方法:

乙同学的方法:

(1)因为电容器的电容

  所以  6分

(2)a.若采用甲同学方法,将开关S断开,使极板上所带电荷量保持不变。

b.由题意可知:

     

解得:   12分

a.若采用乙同学的方法,将开关S闭合,使两极板间的电压保持不变。

b.由题意可知:

    

解得          12分

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