居 津

(江苏省苏州实验中学，江苏 苏州 215011)

电容器是一种重要的电学元件,有着广泛的应用．平行板电容器是最简单的、也是最基本的电容器,几乎所有的电容器都是平行板电容器的变形,所以平行板电容器的电容决定因素的探究是“电容器”章节的重点,也是难点．

人教版高中物理3-1“电容器的电容”章节中,利用以下装置(图1)对平行板电容器电容的决定因素进行了探究．利用静电计指针的偏转角度体现出电容器两极板间电势差的大小,再由电容的定义式反应出电容的大小与影响因素间的关系．

图1 研究平行板电容器电容大小的因素

本探究装置的一些缺点:

(1) 只能定量探究平行板电容器电容与影响因素的关系;

(2) 静电实验装置易漏电,对实验装置和实验环境要求较高,需要一个相对干燥、通风的环境;本实验对实验者的操作要求比较高;

(3) 在两极板间距改变时,实验效果有时不明显,静电计指针偏转过小,不便于全体学生的观察;

(4) 由于本实验对操作要求较高,故大部分教师授课时多采用演示实验,不便于学生实验观察能力和动手能力的培养

(5) 本探究实验装置的设计非常巧妙,但原理介绍需要占用一定量的课堂时间,学生的理解和实验现象记录亦需要大量时间,导致有时完不成教学任务,课堂效率较低．

图2 数字电容表

鉴于以上一些缺点,笔者设计利用一些简单的装置,让学生亲手操作,在较短时间内定量探究平行板电容器电容的决定因素．

实验目的:定量探究平行板电容器电容的决定因素

实验装置:数字电容表(图2)、铝箔胶带(图3)、pad钢化膜(图4)

图3 铝箔胶带

平行板电容器的制作:将铝箔胶带剪成完全相同的两张,分别粘贴在钢化膜正反两面,即做成一个简易的平行板电容器(图5)．

图5 自制简易的平行板电容

实验1、 探究平行板电容器电容与正对面积的关系

实验操作:

(1) 将两条20 cm×9.8 cm铝箔胶带平整地黏贴在同一钢化膜两面的指定位置．(注: 1. 可使用尺辅助捋平铝箔; 2. 黏贴时可沿钢化膜某一边界，便于两铝箔胶带对齐)

(2) 数字电容表调零,将数字表红黑表笔分别与两铝箔紧密接触,待读数稳定后,得到组别1的数据，记录数据到相应的表格中．(注:测量电容时,保证极板没有与其他导体接触)

图6 铝箔胶带裁剪方法

(3) 在两面铝箔对应位置分别裁剪下5 cm×9.8 cm部分(如图6所示虚线右侧部分)，即裁剪下铝箔胶带的1/4,以减小正对面积(注: 1. 裁剪时可用尺抵住虚线,以防止破坏左侧部分)重复实验步骤2测量剩余铝箔胶带的电容，得到组别2的数据.

图7 裁剪4次后的平行板电容器

(4) 重复步骤3两次，得到组别3.4的数据.

(5) 测量组别5时,只需要裁剪2.5 cm×9.8 cm 如图7所示.

实验1.数据记录与处理如表1、图8所示.

表1 平行板电容与正对面积关系数据记录表

图8 平行板电容器电容与正对面积关系图

实验结论:平行板电容器电容与两极板正对面积成正比

实验2.探究平行板电容器电容与间距的关系

实验操作:

(1) 将两条20 cm×9.8 cm铝箔胶带分别平整地黏贴在不同的两张钢化膜两面的指定位置(如图9)．(注: 1. 可使用尺辅助捋平铝箔; 2. 沿钢化膜边黏贴时勿使铝箔贴出钢化膜边界．)

图9 不同间距的平行板电容器示意图

(2) 对准铝箔位置,将两块钢化膜紧密的贴合在一起．

(3) 数字电容表调零,将数字表红黑表笔分别与两铝箔紧密接触,待读数稳定后,记录数据到相应的表格中．(注:测量电容时,保证极板没有与其他导体接触)

(4) 在两钢化膜之间插入一张钢化膜,重复实验步骤3测量电容大小．(注:测量电容时,要保证两铝箔完全正对,如图10)

图10 不同间距的平行板电容器

(5) 根据上述步骤,分别测得组别1、2、3、4、5对应数据,完成下列表格．(注:测量组别1时,应在已贴有铝箔胶带的硬化膜上另一面相应位置贴上一条新的铝箔,以此测量电容)

实验2.数据记录与处理:(如表2、图11)

实验结论:平行板电容器电容与两极板间距倒数成正比

表2 平行板电容器电容与两极板间距数据记录表

图11 平行板电容器电容与两极板间距关系图

实验3.探究平行板电容器电容与电介质的关系

实验操作:可将两张完全相同的铝箔纸对称粘贴在厚度相同的不同电介质(如陶瓷、玻璃、石蜡、云母等)两侧,用数字电容表测量不同电介质的平行板电容器电容．

实验结论:平行板电容器电容与电介质有关．

综上,笔者设计的本实验装置有以下优点:

(1) 能定量探究平行板电容器电容与影响因素的关系,且实验效果较好,能达到实验目的与要求;

(2) 实验仪器简单易取,成本低．对实验装置和实验环境要求较低,对实验者的操作要求相对较低;

(3) 可由学生自己动手操作,便于全体学生观察,调动学生学习物理的兴趣和课堂积极性,通过动手实验培养学生的观察能力和动手操作能力(如图12),学生在课堂上动手操作探究);

图12 学生定量测量平行板电容器电容影响因素

(4) 本实验对操作要求较低,容易理解,学生较易掌握操作要领,可以在较短时间内完成实验,大大提高课堂效率.

实验是我国物理教学的重要手段,也是优良传统,并一直在不断改革、深化、创新发展过程之中,希望本文能起到抛砖引玉的作用,让创新实验在物理教学中走的更高、更远.