楊杰

（南寧市第二中學，廣西 南寧 530029）

電容器是社會生活中極為常見的電子元件，在生活中發(fā)揮著重要用。傳統(tǒng)的課堂教學很難讓學生對電容器的物理模型與工作機制有很深刻的認識。本文介紹了一種可以進行定量分析的演示教具，方便學生更好地接受電容定義的描述。

一、儀器電路圖

實驗裝置如圖1示，虛線框內是由9V方電池、電位器R1、三極管、發(fā)光二極管、定值電阻R2 構成的恒流電源電路，電容器是待測的，微電流傳感器用于監(jiān)測充電電流，電壓傳感器用于測量電容器的電壓，開關用于控制電容器充電。

圖1 儀器電路圖

（一）恒流電源電路分析

如圖，發(fā)光二極管D 導通時兩端電壓恒定，設導通電壓為VD，則

VB＝VCC-VD=VA-VD

三極管T 的BE 兩端電壓也恒定，設為VBE，則

VE＝VB+VBE ＝VCC－VD+VBE

流過R1 的電流為

又∵IR1=IE=IC+IB，IB

∴ IC≈IE=IR1

調節(jié)R1 可得到不同的恒定電流，R2 起限流作用，防止發(fā)光二極管燒毀。

（二）實驗原理

實驗原理是根據(jù)Q=It，只要測出充電電流的大小和充電的時間，即可得出電容器所帶的電量Q，再通過電壓表測量電容器充電后的電壓U，通過觀察Q 與U 的比值說明電容器所帶電量與電容器兩極間的電勢差成正比。本教具可以演示的實驗內容包括電容器所帶的電荷量與電容器兩極間的電勢差成正比，其比值是一個常量。

二、教具制作方法

材料準備：木板一塊，微電流傳感器，電壓傳感器，9V 電池一個，100kΩ 電位器一個，220Ω 電阻一個，綠光LED 一只，三極管一只（s9012）,電容器兩只，船形開關一只，香蕉插頭兩對，木盒一個。用軟件在電腦上畫好電路圖，然后用激光雕刻機將電路圖刻到木板上，做成教具的面板。將元件安裝到面板上的相應位置，注意發(fā)光二極管的正負。用導線將各元件按照電路圖的連接關系連接起來，各個連接點也用用熱熔膠固定，以防松脫。裝上電池，接入待測電容器，測試充電電流是否可以調節(jié)，電容器電壓是否可以測量。測量完成后，將面板放入木盒中，完成安裝。

三、使用方法

流程：1.調節(jié)充電電流：將待測電容器接入電路板，閉合開關，調節(jié)電位器R1，使充電電流達到100μA。2.電容器放電：開關保持斷開狀態(tài)，將待測電容器兩極短路使其充分放電，然后再接入電路中。3.測量數(shù)據(jù)：接入電壓傳感器，設置電壓傳感器采樣時間為10 秒，即閉合開關后每10 秒鐘記錄一次電壓值。4.將測量的數(shù)據(jù)記錄到表格中。5.更換另一個電容器重復上述步驟，分析數(shù)據(jù)，總結結論。

四、實驗數(shù)據(jù)記錄

按照上述步驟，分別用電容為2200μF 和1000μF 的電容器，控制充電電流為100μA 做實驗，得到數(shù)據(jù)如表1、表2。

表1 C=2200μF

表2 C=1000μF

五、實驗結論

從數(shù)據(jù)可以看出：在誤差允許的范圍內，電容器所帶的電荷量與電容器兩極間的電勢差成正比，其比值是一個常量。對于不同的電容器，這個比值不同。

六、總結

本實驗可以引導學生對電容器進行定量分析，通過實驗直接得出電容器的電容量，讓學生體驗科學探究的過程。本教具結構簡單、取材容易、操作方便，采用電流和電壓傳感器，采集數(shù)據(jù)方便準確，能讓學生從實驗的方法學習電容的概念，有利于培養(yǎng)學生的實驗操作技能和科學精神。