馬順存

(湖南師范大學(xué) 附屬中學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410006)

“探究平行板電容器電容大小的影響因素”是人教版高二物理選修3-1第1章第8節(jié)“電容器的電容”中重要的演示實(shí)驗(yàn)[1]. 教材中提供的實(shí)驗(yàn)方案是將靜電計(jì)與平行板并聯(lián)，利用靜電計(jì)指針偏轉(zhuǎn)角度的大小反映兩極板間電壓的大小，從而定性地探究影響平行板電容器電容大小的因素. 該實(shí)驗(yàn)對(duì)于引導(dǎo)學(xué)生建立電容器的形象概念，幫助學(xué)生了解影響平行板電容器電容的相關(guān)因素發(fā)揮著重要的作用. 但該實(shí)驗(yàn)要做成功卻非常困難,主要原因?yàn)椋?)該課程往往趕上梅雨季節(jié)，空氣比較潮濕，容易漏電；2)平行板、靜電計(jì)間的電壓高，容易漏電；3)靜電計(jì)的絕緣塞的絕緣性不好. 很多情況下，靜電計(jì)的漏電主要發(fā)生在指針與外殼連接處的絕緣塞處，而通過(guò)空氣途徑漏電程度要比想象的?。粸榻鉀Q以上問(wèn)題，筆者改進(jìn)了平行板電容器實(shí)驗(yàn)裝置.

1 實(shí)驗(yàn)裝置及其制作

改進(jìn)后的平行板電容器實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示: 由空氣隔離罩、靜電計(jì)升降臺(tái)、平行板滑動(dòng)裝置、隔離板轉(zhuǎn)動(dòng)裝置組成.

圖1 改建后的平行板電容器實(shí)驗(yàn)裝置

主要材料：平行板(φ200 mm)、靜電計(jì)、有機(jī)玻璃板(厚4 mm)、塑料棒(φ25 mm)、有機(jī)玻璃膠(三氯甲烷)、云母板、齒條升降桿、齒輪、導(dǎo)線及膠水等.

制作步驟：

1)用有機(jī)玻璃板制作600 mm×420 mm×610 mm的長(zhǎng)方體箱子，頂面可以不密封，為活動(dòng)板，方便裝配器件. 底部隔出120 mm高的隔離密封層.

2)如圖2所示左面距隔板上方約20 mm上方開220 mm×130 mm的口，再裝上滑道門(便于給平行板帶電). 前方在隔板上開φ25 mm的孔，將φ25 mm的塑料棒據(jù)成適當(dāng)長(zhǎng)度，穿過(guò)孔，在底板上做一底座，距底座20 mm處安裝金屬橫桿，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)金屬橫桿來(lái)控制塑料棒插入和移出電介質(zhì).

圖2 頂面視圖

3)在隔板中央偏前方開1.3 mm×3.0 mm的小孔，將升降座安裝在隔板的下方，升降桿穿過(guò)小孔，用玻璃膠固定. 將調(diào)節(jié)桿加長(zhǎng)至玻璃框外，便于操作.

4)在升降桿上固定絕緣平臺(tái)，將靜電計(jì)固定在平臺(tái)上. 用白板筆將靜電計(jì)的指針涂紅色，更換靜電計(jì)的絕緣塞(由有機(jī)玻璃自制). 在靜電計(jì)的指針的頂桿鉆φ4 mm的孔，并攻φ5 mm的螺絲孔. 將平行板安裝在靜電計(jì)的頂端，用φ5 mm的螺絲固定.

5)在頂板上安裝導(dǎo)軌，將另一平行板安裝在導(dǎo)軌上，通過(guò)細(xì)麻繩拖動(dòng)平行板(期間安裝2個(gè)小定滑輪)，使平行板左右移動(dòng).

6)用A3紙裁出50張φ200 mm的圓、并用膠水粘貼成紙質(zhì)電介質(zhì)圓盤. 用云母板制作φ200 mm的圓盤，用有機(jī)玻璃棒做手柄，用螺絲將手柄固定在豎直的塑料棒上，如圖3所示.

圖3 側(cè)面視圖

7) 將所有儀器組裝完成，將底板密封，用塑料棒做4個(gè)腳安裝在底板上. 將隔層噴上藍(lán)色油漆，按實(shí)驗(yàn)方案接上導(dǎo)線，實(shí)驗(yàn)儀器即制作完成.

2 實(shí)驗(yàn)儀器的使用

1)打開右側(cè)小門，用起電機(jī)給平行板帶上電荷，并關(guān)上小門.

2)通過(guò)升降桿調(diào)節(jié)靜電計(jì)的高度來(lái)改變平行板間的距離d，當(dāng)d減小時(shí)，C增大，U減小，偏轉(zhuǎn)角度變?。划?dāng)d增大時(shí)，C減小，U增大，偏轉(zhuǎn)角度變大.

3)通過(guò)調(diào)節(jié)上平行板左右移動(dòng)來(lái)改變平行板間的正對(duì)面積S，當(dāng)S減小時(shí)，C減小，U增大，偏轉(zhuǎn)角度變大；當(dāng)S增大時(shí)，C增大，U減小，偏轉(zhuǎn)角度變小.

4)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)邊緣直桿移動(dòng)電介質(zhì). 插入電介質(zhì)時(shí)，C增大，U減小，偏轉(zhuǎn)角度變??；移出電介質(zhì)時(shí)，C減小，U增大，偏轉(zhuǎn)角度變大.

3 結(jié)束語(yǔ)

為解決空氣潮濕漏電問(wèn)題，可以用箱子將實(shí)驗(yàn)儀器密封，特殊環(huán)境下還可以用電風(fēng)吹或干燥劑干燥箱子內(nèi)部. 改進(jìn)后的裝置更換了自制絕緣塞，可以解決靜電計(jì)高壓漏電問(wèn)題. 自制云母板加紙盤作為電解質(zhì)，使實(shí)驗(yàn)效果更加明顯. 該實(shí)驗(yàn)儀器制作美觀、實(shí)驗(yàn)操作方便、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，能很好地進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn).