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)