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电容器是一种重要的电学元件,基本工作方式就是充电和放电。由这种充放电的工作方式延伸出来的许多电学现象,使得电容器有着广泛的应用。

如图1所示,电源与电容器、电阻、开关组成闭合电路。已知电源电动势为E,内阻不计,电阻阻值为R,平行板电容器电容为C,两极板间为真空,两极板间距离为d,不考虑极板边缘效应。

(1)闭合开关S,电源向电容器充电。经过时间t,电容器基本充满。

a.求时间t内通过R的平均电流

b.请在图2中画出充电过程中电容器的带电量q随电容器两极板电压u变化的图像;并求出稳定后电容器储存的能量E0;

(2)稳定后断开开关S。将电容器一极板固定,用恒力F将另一极板沿垂直极板方向缓慢拉开一段距离x,在移动过程中电容器电量保持不变,力F做功为W;与此同时,电容器储存的能量增加了ΔE。请推导证明:W = ΔE。要求最后的表达式用已知量表示。

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