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        均分電荷法破解“電容”定義式教學(xué)

        2018-08-31 07:49:10龔文軍
        物理通報(bào) 2018年9期
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)

        龔文軍

        (武漢市第六中學(xué) 湖北 武漢 400016)

        可以用庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)中用到的均分電荷思想,設(shè)計(jì)4個(gè)實(shí)驗(yàn)依次得出相關(guān)結(jié)論,進(jìn)而導(dǎo)出電容器電容的描述方法,得出電容的定義式.經(jīng)過(guò)多年在實(shí)際教學(xué)中的調(diào)試與積累,現(xiàn)將思路整理如下.

        實(shí)驗(yàn)一:發(fā)現(xiàn)不同電容器容納電荷本領(lǐng)不同.

        用相同電壓對(duì)不同規(guī)格(容量)電容器充電后通過(guò)同一個(gè)小燈泡(3.8 V燈絲燈泡)放電,發(fā)現(xiàn)不同規(guī)格電容器放電時(shí)小燈泡亮度和持久度不同.引導(dǎo)得出結(jié)論:不同電容器容納電荷的本領(lǐng)不一樣.

        實(shí)驗(yàn)二:發(fā)現(xiàn)相同電容器所帶電荷量與極板間電勢(shì)差成正比.

        得出電容器容納電荷本領(lǐng)有不同之后,比較用不同電壓對(duì)同一電容器充電再對(duì)同一小燈泡放電現(xiàn)象的不同,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)電容器容納電荷多少與極板間電勢(shì)差大小有關(guān).研究同一電容器極板電荷量與極板間電勢(shì)差的關(guān)系就變得理所當(dāng)然.

        實(shí)驗(yàn)三:發(fā)現(xiàn)不同電容器所帶電荷量與極板間電勢(shì)差的比值不同.

        如果用不同規(guī)格不帶電的電容器與所研究的電容器并聯(lián),實(shí)現(xiàn)電容器極板間電勢(shì)差相等.測(cè)量帶電電容器被不同規(guī)格(容量)的不帶電電容器并聯(lián)前后的極板電勢(shì)差.在實(shí)驗(yàn)二的結(jié)論的基礎(chǔ)上,可以通過(guò)并聯(lián)后極板間電勢(shì)差占原來(lái)電勢(shì)差的比例,算出并聯(lián)后電容器剩余的電荷量.根據(jù)電荷守恒原理,可以得出并聯(lián)的不同規(guī)格電容器分得的電荷量.多次實(shí)驗(yàn)并求出比值可以發(fā)現(xiàn)規(guī)律:“不同電容器所帶電荷量與極板間電勢(shì)差的比值不同”.

        實(shí)驗(yàn)四:發(fā)現(xiàn)電容器所帶電荷量與極板間電勢(shì)差的比值可以描述電容器容納電荷本領(lǐng)的不同.

        用實(shí)驗(yàn)三中兩只比值不同的電容器并聯(lián)后對(duì)同一只小燈泡放電,對(duì)比發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)三中比值較大的電容器對(duì)同一只小燈泡放電時(shí)小燈泡明顯更亮更持久.進(jìn)而得出:“電容器所帶電荷量與極板間電勢(shì)差的比值可以描述電容器容納電荷本領(lǐng)的不同”.所以

        這樣就得出了電容的定義式.

        具體實(shí)驗(yàn)時(shí),最好采用2 000 μF以上的電解電容器.電源用4 ~10 V直流學(xué)生電源,通過(guò)配套的實(shí)驗(yàn)板對(duì)燈絲小燈泡放電效果更好.實(shí)驗(yàn)需要確保用來(lái)分電荷的電容器初始不帶電.必要時(shí)需要設(shè)計(jì)保護(hù)電路.

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