平行板電容示教儀

楊智程

作品簡(jiǎn)介

平行板電容示教儀是針對(duì)高中物理教學(xué)實(shí)際需要開(kāi)發(fā)的，可以定量研究平行板電容器的決定式C=εS/4πkd，不需要給電容器帶電荷，使實(shí)驗(yàn)不受環(huán)境條件影響。

研究?jī)r(jià)值

高中物理選修3-1第一章第八節(jié)《電容器的電容》，有一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)“研究影響平行板電容器電容大小的因素”，是本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的難點(diǎn)，做好演示實(shí)驗(yàn)是突破難點(diǎn)的最好辦法。然而，教材中的實(shí)驗(yàn)存在諸多問(wèn)題。

（1）靜電實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)環(huán)境都有著極高的要求，一般課堂上很難看到靜電計(jì)的偏角發(fā)生明顯變化，演示效果大打折扣。

（2）實(shí)驗(yàn)無(wú)法對(duì)極板間距、正對(duì)面積等進(jìn)行定量測(cè)量，只能通過(guò)觀察靜電計(jì)偏角大小來(lái)間接反映電容器電容的變化，因此，實(shí)驗(yàn)只能是定性描述。定性研究的前提是電容器兩極板帶電量Q值恒定，而這一點(diǎn)在實(shí)際操作中也是很難保證的。

（3）學(xué)生對(duì)靜電計(jì)工作原理（靜電計(jì)的偏角大小可以反映平行板電容器兩極板間的電壓）的理解也存在很大困難，這就大大增加了學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)的理解難度。

基于以上考慮，在老師的指導(dǎo)下我發(fā)明了這樣一套教學(xué)儀器。

工作原理

我發(fā)明的這款儀器可以定量研究平行板電容器的決定式C=εS/4πkd。用兩塊鋁板充當(dāng)平行板電容器的極板，一塊固定在螺旋測(cè)位計(jì)上，另一塊固定在滑塊上。

通過(guò)調(diào)節(jié)螺旋測(cè)位計(jì)改變兩極板之間的距離，研究電容與極板間距的關(guān)系；通過(guò)移動(dòng)滑塊改變兩極板正對(duì)面積，研究電容與極板正對(duì)面積的關(guān)系；在兩極板間插入不同介質(zhì)板，研究電容與介質(zhì)介電常數(shù)的關(guān)系。電容值用數(shù)字電容表測(cè)量，就可以進(jìn)行具體的定量分析。

創(chuàng)新點(diǎn)

（1）通過(guò)螺旋測(cè)微結(jié)構(gòu)，解決了兩極板間距變化的精密測(cè)量。

（2）通過(guò)滑塊解決了兩極板正對(duì)面積的定量變化。

（3）極板間可以插入不同介質(zhì)材料，研究介電常數(shù)的影響。

（4）用電容表直接測(cè)量平行板電容器的電容值，不需要給電容器帶電荷，實(shí)驗(yàn)不受環(huán)境條件影響。