學(xué)生自制電容器 理解電容器充放電過程

王 震 徐昊成

（遼寧師范大學(xué)物理與電子技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116029）

1 拆解紙質(zhì)電容器

高中物理“電容器”這節(jié)課的教學(xué)中，教師通常讓學(xué)生將一個紙質(zhì)的電容器拆開（圖1），觀察紙質(zhì)電容器的主要構(gòu)造.學(xué)生會發(fā)現(xiàn)電容器有兩片錫箔（導(dǎo)體），中間是一層薄紙（絕緣體）隔開，每片錫箔引出一個電極.通過拆解電容器，學(xué)生歸納得出電容器的概念和主要構(gòu)造，之后繼續(xù)學(xué)習(xí)電容器的充放電過程.

電容器的構(gòu)造簡單、明了，教師讓學(xué)生拆解和觀察了它的構(gòu)造后，就可以讓學(xué)生親自動手制作一個簡易的電容器.

圖1

2 自制簡易電容器

（1）提供的材料.

兩個帶有引線的條形鋁箔（引線也用鋁箔做成，粘到條形的鋁箔上），條形鋁箔長90cm、寬12cm；一條絕緣的塑料薄膜（長184cm、寬14cm）；絕緣紙筒（紙筒用的是卷塑料薄膜的紙芯）（圖2）

圖2

（2）制作方法.

① 把長條的塑料薄膜對折，對折后長度由原來的184cm變成長度為92cm的雙層，寬度仍然為14cm.

②將90cm長的一條鋁箔放入到對折的塑料薄膜中；將另一張鋁箔放在塑料薄膜上，這樣就構(gòu)成了四層結(jié)構(gòu)，兩層塑料薄膜和兩層鋁箔相互重疊.

③ 用紙質(zhì)的紙筒把對齊好的薄膜和鋁箔卷起來（為了使鋁箔不露出來，塑料薄膜的長和寬要稍大一些）.卷好后用透明膠布把卷筒粘好，這樣就制成了一個簡易的電容器，即兩個正對的鋁箔中間夾上一層絕緣塑料薄膜（圖3）.

制作的過程中需要注意：鋁箔的兩根引線不要卷進去，要露在外面；卷筒的過程需要兩個同學(xué)互相合作，讓鋁箔和薄膜對齊地卷好.

圖3

學(xué)生親身感受到了電容器的制作過程，既加深了學(xué)生對電容器概念和構(gòu)造的理解，同時也培養(yǎng)了學(xué)生小組合作的意識.

3 觀察自制電容器的充放電過程

學(xué)生對自制的電容器，或許只是認(rèn)為結(jié)構(gòu)上和真實的電容器相似而已，可當(dāng)教師告訴學(xué)生要利用剛剛制造的電容器來進行電容器的充電和放電實驗時，學(xué)生充滿了強烈的好奇心.

（1）具體操作.

教師把學(xué)生卷好的電容器插到一個底座上，用數(shù)字萬用表測量電容器兩端的電壓，即用多用電表的表筆觸鋁箔做的兩根引線，觀察到多用電表的示數(shù)為0（圖4）.

（2）將電源直接并聯(lián)到電容器兩端（圖5），過幾秒鐘后斷開電源，用多用電表再測量電容器兩端的電壓，發(fā)現(xiàn)多用電表的示數(shù)迅速地達(dá)到某一個最大值，然后緩慢地回到0.（圖6）

圖4

圖5

圖6

（3）換另外學(xué)生制作的電容器，請該生到講臺前重復(fù)上述操作.

教師演示的過程刺激著學(xué)生的感官，引起學(xué)生觀察的興趣.學(xué)生主動分析和解釋實驗現(xiàn)象，歸納出電容器的工作過程，即兩條鋁箔分別帶上等量異號電荷的過程叫做充電過程（圖5）；用導(dǎo)線把充電后的電容器的兩極連通（圖6），兩條鋁箔上的電荷中和，電容器又不帶電了，這個過程叫做放電過程.教師利用學(xué)生自制的電容器進行演示，學(xué)生更加直觀地理解了電容器儲能和釋放電荷的過程.

4 計算自制電容器的電容

電容器容納電荷的本領(lǐng)不同，電容是用來描述電容器容納電荷本領(lǐng)的物理量.學(xué)生在學(xué)習(xí)了電容的概念和平行板電容器電容的計算公式后，就可以算出自制的電容器的電容.（學(xué)生自制的電容器可以看成是平行板電容器）

自制電容器的介質(zhì)厚度d為0.01cm（兩層鋁箔和一層絕緣塑料薄膜的厚度），相對介電常數(shù)εr為2.45，k為9×109.則電容為

學(xué)生利用熟悉、價廉的生活物品，自制實驗儀器，使難于理解的物理現(xiàn)象新奇、有趣地呈現(xiàn)在面前，會增加學(xué)生對物理課的親切感和提高學(xué)習(xí)的效果.