初考-電子工程基本電學大意115 年第 30 題單選題
如圖所示之電路,電容器 C1、C2 及 C3 儲存的電能分別為 W1、W2 及 W3。若 C1:C2:C3=1:2:2,則 W1:W2:W3 為何?
A2:1:1正確答案
B1:2:2
C1:4:4
D4:1:1
A正確答案
三電容器串聯,電荷Q相同,電能W=Q²/2C,W與C成反比,比值算出為2:1:1。
為什麼答案是 A
三電容器串聯,電荷Q相同。W=Q²/2C,W與C成反比。W₁:W₂:W₃ = 1/1 : 1/2 : 1/2 = 2:1:1。
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完整詳解
Pro · 無限重點 三電容器串聯,電荷Q相同,電能W=Q²/2C,W與C成反比,比值算出為2:1:1。
串聯→同電荷Q。W=Q²/2C:W₁=Q²/(2·1);W₂=Q²/(2·2);W₃=Q²/(2·2)。比值=1:1/2:1/2=2:1:1。
逐選項分析
A✓ 正確
三電容器串聯,電荷Q相同。W=Q²/2C,W與C成反比。W₁:W₂:W₃ = 1/1 : 1/2 : 1/2 = 2:1:1。
B✕ 陷阱
此選項誤以為三個電容電壓相同,直接以電容量比代入W=½CV²,忽略串聯電路中電荷Q相同的特性。
C✕
此選項誤以為電能與電容成正比,實際上串聯時電能與電容成反比。
D✕
此選項數值混淆,未正確使用串聯電荷相同、電能與電容成反比的關係。
各電容電荷與電能計算對照
| 電容器 | 電容值(比) | 電荷 | 電能W=Q²/2C |
|---|
| C₁ | 1 | Q | Q²/2 |
| C₂ | 2 | Q | Q²/4 |
| C₃ | 2 | Q | Q²/4 |
| 比值 | — | — | 2 : 1 : 1 |
最常見陷阱:看到C₂、C₃電容值較大(比值為2),直覺認為儲能也較多,直接用W∝C得出1:2:2(選B)。但忽略了C₂與C₃為串聯,電壓只有V/2,W∝CV²,電壓平方項使儲能大幅縮減,正確答案反而是C₁儲能最多。