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        平行板電容器充放電演示裝置

        2012-04-29 05:32:33劉玉明朱向陽
        物理教學(xué)探討 2012年4期
        關(guān)鍵詞:制作

        劉玉明 朱向陽

        摘要:用日常生活中常用的廉價(jià)材料,設(shè)計(jì)了平行板電容器、放電的演示裝置,演示效果良好。

        關(guān)鍵詞:平行板電容器;制作;廉價(jià)材料

        中圖分類號(hào):G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-6148(2012)4(S)-0060-2

        在人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·物理(選修3-1)“電容器的電容”一節(jié)的教學(xué)中,為了直觀地展示電容器的充、放電現(xiàn)象,筆者設(shè)計(jì)并用廉價(jià)材料制作了平行板電容器充、放電的演示裝置。取得了良好的教學(xué)效果。

        1實(shí)驗(yàn)器材

        J2309平行板電容器,J2310感應(yīng)起電機(jī),氖管,5W節(jié)能燈(紅光或白光),泡沫條、PVC管等。

        2實(shí)驗(yàn)裝置

        圖1是電容器充、放電實(shí)驗(yàn)裝置圖片。

        3裝置制作

        1)電容器支架。用PVC管、管卡和彎頭等給水材料制作成支撐電容器兩極板的支架,兩極板的中心各固定1根PVC管,兩管的另一端分別套接在支架上端的彎頭和三通上。支架的活動(dòng)結(jié)構(gòu)便于實(shí)驗(yàn)時(shí)改變極板間的距離及正對(duì)面積。還可用于“研究影響平行板電容器電容大小的因素”實(shí)驗(yàn)。

        2)充、放電泡沫條顯示裝置。在泡沫條(長(zhǎng)5cm、寬1cm、高1cm)的重心位置附近(不能在重心上)開個(gè)小孔,孔內(nèi)插段塑料筆芯,用大頭針穿過筆芯插在支撐桿(PVC管)的上端,泡沫條在豎直面上可繞大頭針自由轉(zhuǎn)動(dòng),通常情況下,泡沫條處于自然下垂?fàn)顟B(tài)。實(shí)驗(yàn)中,泡沫條置于兩極板之間,充電時(shí)由于兩極板帶上異種電荷,使處在電場(chǎng)中的泡沫條極化而受到電場(chǎng)力的作用,從而使泡沫條由原來的下垂?fàn)顟B(tài),旋轉(zhuǎn)至水平橫向狀態(tài),依此說明兩極板帶上了電荷。電容器放電后,泡沫條由水平橫向狀態(tài)旋轉(zhuǎn)至下垂?fàn)顟B(tài),依此說明兩極板由帶電狀態(tài)因放電過程而不帶電了。

        3)放電顯示裝置。為了更好地說明電容器的放電過程是把存儲(chǔ)的電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。還可利用平行板電容器放電激發(fā)氖管和節(jié)能燈或日光燈發(fā)光演示放電現(xiàn)象。在1塊線槽板的兩端各固定1塊金屬片,兩金屬片相距2cm左右,之間夾1個(gè)氖管,線槽板安裝在PVC管的上端(圖2)。演示電容器放電時(shí),把兩金屬片分別與電容器的正、負(fù)極板接觸。便可看到氖管閃亮發(fā)光。

        節(jié)能燈顯示放電裝置的制作:拆除燈頭內(nèi)的電子器件,外接導(dǎo)線直接與燈管兩端的燈絲連接,外接導(dǎo)線的線頭各接1金屬桿,兩桿套在同一絕緣桿上,并固定在PLC管的上端,如圖3所示。演示電容器放電時(shí),把兩金屬桿分別與電容器的正、負(fù)極板接觸,便可看到節(jié)能燈閃亮發(fā)光。

        4實(shí)驗(yàn)方法

        1)電容器充電。如圖1,把電容器兩極板相距7era放置,泡沫條置于極板之間(不與板面接觸)。起電機(jī)的兩放電球分別與兩極板接觸(也可用導(dǎo)線連接)。搖動(dòng)起電機(jī),向電容器充電,然后斷開電容器與起電機(jī)的連接,可看到泡沫條仍然能保持水平橫向狀態(tài)。說明兩極板存儲(chǔ)了電荷。

        2)電容器放電。用導(dǎo)體把已充電的兩極板短接,可聽到“啪”的放電聲響,同時(shí)可看到泡沫條由水平橫向旋轉(zhuǎn)至自然下垂?fàn)顟B(tài)。說明兩極板由帶電狀態(tài)因放電過程而不帶電了。再讓起電機(jī)給電容器充電,充電后電容器保持與起電機(jī)連接(利用萊頓瓶存儲(chǔ)的電荷,增強(qiáng)兩極板之間的電能),把放電顯示裝置(氖管或節(jié)能燈顯示裝置)的導(dǎo)體與兩極板接觸,可看到氖管或節(jié)能燈閃亮發(fā)光。說明電容器放電過程把存儲(chǔ)的電能轉(zhuǎn)化為光能。

        5結(jié)束語

        由于平行板電容器的開放性結(jié)構(gòu)和直觀明了的充、放電現(xiàn)象,所以在本節(jié)教學(xué)中,如果先演示平行板電容器的充、放電現(xiàn)象,然后再按教材圖示演示成品電容器(如電解電容器)的充、放電現(xiàn)象,將有助于學(xué)生掌握電容器的構(gòu)造和充、放電原理。

        參考文獻(xiàn):

        [1]羅星凱,低成本、高智慧的物理實(shí)驗(yàn)欣賞[J],物理教學(xué)探討,2000(9):1-3

        (欄目編輯王柏廬)

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