電容器多功能演示裝置的制作及課堂應用

姜先策，張作前

（海軍航空工程學院青島校區(qū)航空機械系，山東青島266041）

電容器多功能演示裝置的制作及課堂應用

姜先策，張作前

（海軍航空工程學院青島校區(qū)航空機械系，山東青島266041）

電容器多功能演示裝置的原理、制作方法和在課堂教學中的具體應用。關(guān)鍵詞：電容器；演示；教學

0 前言

電容器作為電路中的基本元器件，具有通交流隔直流的特點，并且是個儲能器件。在物理教學當中，由于學生日常生活中直接用到電容的機會較少，對其缺少感性認識，僅憑教員的語言描述或動畫演示，很難達到預期的教學效果。為此，制作了一個電容器多功能演示裝置，并將其用于課堂教學演示。教學實踐表明，演示效果直觀明顯，輔助教學效果非常理想。

1 原理圖及說明

如圖1所示，其中虛線框內(nèi)部分采用橋式整流將220V交流電變?yōu)?20 V直流電。當開關(guān)K1撥到2側(cè)，3個電容并聯(lián)后和燈泡串聯(lián)，其兩端交流電，因為電容器通交流，所以燈泡將持續(xù)發(fā)光。當開關(guān)K1撥到1側(cè)，3個電容并聯(lián)后和燈泡串聯(lián)，其兩端為上正下負的直流電，在電容被直流充電的短暫過程中，將有脈沖電流通過燈泡燈絲而短暫發(fā)光然后熄滅，表明充電完成。斷開開關(guān)K1，閉合K2，3個并聯(lián)電容器、燈泡和K2構(gòu)成回路，燈泡會因電容器放電而短暫發(fā)光。斷開K2，閉合K1，充電完成后斷開，將表筆接觸小銅板上焊錫點，相當于電容器被短路，產(chǎn)生放電火花和爆炸聲響，表筆被融化的焊錫粘住。斷開表筆，重新給電容器充電。在塑料筆管中放入細鐵釘，然后閉合開關(guān)K3，電容放電電流通過線圈，由于電磁感應，線圈中的磁場與鐵釘中的感應電流磁場相互作用，鐵釘將被發(fā)射出去。

圖1 原理圖

2 制作說明

2.1 材料準備

①無極電容（450 V，30 μF）3個；②日光燈鎮(zhèn)流器1個；②雙刀雙擲開關(guān)1個；③220 V，30 W白熾燈1個、燈座1個；④空氣開關(guān)2個；⑤萬用表紅色表筆1只；⑥方形小銅板1塊；⑦中性筆筆芯1根；⑧木板1塊（50×40 cm）；⑨其他材料。銅質(zhì)漆包線（直徑1 mm）、粗導線、香蕉頭插座、接線柱2個、電源插頭1個、502膠1瓶、能裝下小銅板的塑料盒1個；⑧工具。電鉆、電烙鐵、螺絲刀、剪刀、鉗子等。

2.2 制作方法及步驟

（1）整流穩(wěn)壓電路的制作。將日光燈鎮(zhèn)流器的包裝盒打開，取出其電路板，除4個整流二極管和與之相并聯(lián)的電解電容外，其他元器件一律用電烙鐵拆除。然后放回包裝盒即可。

（2）線圈的制作。將中性筆筆芯剪成4 cm長的1段，在其一端的表面密繞1層銅質(zhì)漆包線，寬度約1.5 cm，用502膠涂抹固定后，同樣方法繞10層，注意留好引線。

（3）根據(jù)原理圖在木板上用鉛筆畫好各器件的位置及導線位置。

（4）將元器件按畫好的位置固定到木板上。用小螺釘把雙刀雙擲開關(guān)、燈和座、空氣開關(guān)、加工好的鎮(zhèn)流器、固定到木板上。將線圈引線接到兩個接線柱上。用電鉆在木板相應位置鉆孔，將接線柱及線圈固定好。用膠帶將3個無極電容并列纏緊，在木板上鉆孔，用金屬絲固定。用電鉆在小銅板兩端鉆孔，放入小塑料盒，用螺絲釘固定到木板上。

（5）按原理圖1用導線把個元器件連接起來。

3 課堂演示應用

3.1 電容器通交流隔直流演示

（1）通交流演示。將開關(guān)K1撥到2（交流），燈泡點亮，亮度一直保持。

（2）隔直流演示。將開關(guān)K1撥到1（直流），燈泡一閃而滅。

3.2 電容器放電演示

（1）點亮燈泡。斷開K1，閉合K2，將看到燈泡一閃而滅。

（2）電容焊。斷開K2，將表筆筆尖纏繞焊錫絲后接入電路，打開小銅塊外面的保護罩（防止不小心觸電），將開關(guān)K1撥到1（直流），然后斷開，用紅色表筆筆尖的焊錫絲接觸銅塊，將看到放電閃光，同時聽到“啪”地一聲放電結(jié)束后，表筆因焊錫融化粘在小銅板上。

（3）電磁線圈炮的演示。拔掉紅色表筆，蓋好演示電熔焊的小銅塊的保護罩，將用鐵釘制成的彈丸放入纏繞有線圈的中性筆筆芯中。將開關(guān)K1撥到1（直流），對電容進行充電，待燈泡熄滅后斷開K1，閉合K3，可看到鐵釘做成的彈丸被發(fā)射出去。

4 制作及演示注意事項

因演示裝置用的是220 V交流電，為避免不小心觸電，在各連接部位要做好絕緣處理，盡量不要裸露。在演示過程中，要注意個開關(guān)閉合斷開的正確順序，造成演示失敗，影響教學效果。

〔編輯利文〕

G633.7

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.52