丁文俊

摘要：改进“探究影响平行板电容器电容大小的因素”实验的装置，让实验效果更明显、易于操作，避免了漏电、静电计本身也是电容器以及操作繁琐等问题。借助数字式多用表测量不同形态自制电容器的电容，学生对“任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器”的理解更深刻，真正掌握电容器概念。通过改进实验装置进行探究和测量自制不同形态电容器的电容，有利于实现学生深度学习，提升物理核心素养。

关键词：电容实验 深度学习

一、思考

教材中探究影响平行板电容器电容大小的因素实验时，采用两块20cm直径的金属圆板与静电计并联，通过接触让平行板电容器带上电荷，再采用控制变量法，研究正对面积、间距以及两板间电介质对电容大小的影响。该实验装置存在以下不足：受天气影响明显，潮湿天气时漏电明显;插入常用固体介质时，静电计张角变化不明显;插入水介质时，又存在诸多不便;静电计本质也是一个电容器，实际上静电计张角反映的是两个电容器并联后的情况;需要通过静电起电机产生电荷，让平行板电容器带上电;操作繁琐，开展学生小组实验较困难，致使学生探究热情不高。教材仅用一句话指明“任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一個电容器”，而且出现的电容器都是不同型号的厂家标准电容器。笔者通过改进实验装置、自制电容器以及更改测量电容大小的方式，解决以上提到的教与学困难。

二、实验改进之处

1  借助数字多用表替代静电计检测电容大小

数字式多用表主要利用电容器的充放电特性，进行电容大小的测量。本实验采用胜利VC890D数字多用表（如图1）。在电容档位中，最小量程6nF，最大量程20mF，该多用表系统根据被测值自动调节量程。当量程为6nF时，分辨力为1pF。由于引线和仪表的分布电容影响，未接入被测电容器时，多用表有些残留读数。在小电容测量时较为明显，将测量结果减去残留读数，得到即较为准确的读数。

借助数字式多用表替代静电计，可直接读出电容值大小，不需要对被测电容器手动充电，不需要考虑漏电情况，可测量微小值电容，还排除了静电计作为并联电容对测量的影响。

2  自制悬挂式平行板电容器，探究影响平行板电容器电容大小的因素

2.1 自制创新教具介绍

选用高度可调节的2个三脚架和1根不锈钢管作为实验支架，两平行金属板采用2mm厚、直径0.7m的圆铝板（如图2），铝板上固定有亚克力板制作的挂扣（如图3），且铝板上安装有外接线头，接线头端使用鳄鱼夹。亚克力材料制作的圆柱体透明容器（如图4），用于注入去离子水，厚度43cm，直径70cm，同样固定有挂扣。人教版3-4中提供的几种常用电介质的相对介电常数如表1，其中水的相对介电常数最高，实验现象最明显。生活用水含有较多矿物质，导致实验效果不理想。笔者采用电导率大于 、电阻率大于 的去离子水替代普通的纯净水。将去离子水注入平行板之间的容器时，两板的电容值明显发生变化。

2.2 实验装置

自制创新教具，胜利VC890D数字多用表（电容档位）

2.3 实验步骤

①安装实验装置（如图5）。悬挂好两块平行板电容器。多用表旋至“20mF”档位，记录由于引线和仪表的分布电容的引起的残留数据，为0.075nF。在后面的实验操作中，尽量保持电容器两根引线的相对位置不变。将多用表正负极与两平行铝板上的接线头连接。

②保持两板间距d不变，改变正对面积S。通过旋转其中一块铝板，来改变正对面积。两板间距是20cm时，从正对旋转过900过程中，电容值逐渐减小（见表2）。

③保持正对面积S不变，改变两板间距d。通过水平移动其中一块铝板，来改变两板间距。两板间距从5cm增加到30cm过程中，电容值逐渐减小（见表3）。

④保持正对面积和两板间距不变，改变电介质。在两铝板之间悬挂圆柱体容器，注入去离子水，电容值逐渐增加（见表4）。V为内部空腔的体积。

2.4 结论.

平行板电容器的电容与两板的正对面、距离以及电介质有关。d不变，S减小时，C变小;S不变， d减小时，C变小;保持d和S不变，改变电介质时，C发生变化。

3  利用数字多用表测量不同形态的自制电容器，深度理解电容器概念

测量聚苯乙烯电容器、电解电容器、可变电容器等常规电容器外，再进行测量其它形态的自制电容器。

说明：导线采用中策RVV2*1型号电线，两位同学为高中生，锡箔纸长46cm宽30cm。本实验不需要定量计算，但测量电容值，学习者能深刻理解电容器。

三、结语

通过改进“探究影响平行板电容器电容大小的因素”的实验装置和测量电容值的方法，实验效果明显、更易于操作，避免了漏电以及静电计本身也是电容器等的影响。测量厂家生产的常规电容器以及不同形态的自制电容器，学生能深刻理解“任何两个彼此绝缘又相距很近的导体，都可以看成一个电容器”，掌握电容器的本质属性。通过实验改进，使得该实验具有学生分组实验的可操作性，将演示实验变为学生实验。该创新实验，学生能更多的接触、感知和体验物理探究过程，促进学生进行深度学习，不断提升物理核心素养。

参考文献：

[1]傅宝川.探究平行板电容器电容影响因素的实验改进[J].湖南中学物理，2019，34（09）：95-96.

[2]张亚茹，孟秀兰，尹哲.“探究平行板电容器电容大小影响因素”实验之改进[J].物理教师，2016，37（07）：50-51.

[3]赖君，张军朋.“电容器的电容”演示实验的改进和教学的优化设计[J].物理通报，2018（02）：73-76.