《电容器、电容》教学实验的创新设计

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1.设计意图

《电容器、电容》是高考的热点，也是电场一章的重点和难点，在教材中占有重要地位。它是学完匀强电场后的一个重要应用，也是后面学习交流电路（电感和电容对交流电的影响）和电子线路（电磁振荡）的预备知识，在教材中起承上启下的作用。如电容器的充放电学生没有感性认识，以及教材上由“实验表明：电容器所带的电荷量Q与其两端的电势差U成正比，比值Q/U是个常数。它表征了电容器容纳电荷的本领，故定义C=Q/U，”为了能让学生容易听懂这方面知识同时让学生们切实感觉到物理是一门实验学科，本人设计了以下两个实验。

2.实验原理及过程

（1）巧用石英钟演示电容器的充放电

如图1所示，实验前取出石英钟上的电池，并按图所示连接好线路。当开关K拨到1时，电容器充电，石英钟A开始走动计时，电容器充足后，石英钟A就停走。然后把K拨到2，电容器放电，石英钟B开始走动计时，放电结束后，石英钟B停走。由于石英钟耗电量很小，充、放电后均能走动好长时间（约1分钟）。实验可见度大、效果显著，学生一看就明白。

（2）创建演示实验，帮助理解概念

教材上由“实验表明：电容器所带的电量Q与其两端的电势差U成正比，比值Q/U是个常数。它表征了电容器容纳电荷的本领，故定义C=Q/U”没有安排实验，何以表明？学生怀疑其真实性，没有说服力。

我用图2所示的高阻放电法，得出了“同一个电容器所带的电量与其两端的电势差成正比，比值Q/U是个常数；不同电容器Q/U这个常数不同”的结论，而且还测出了电容器的电容量。

图2中C为电解电容（16V，470μF），R为电阻箱（0～99.999KΩ），μA为数字电流表，■为数字电压表，E为学生电源直流电压档。

（1）E调至12V，闭合开关S，调节电阻箱R，使uA读数为200μA，并由■读出C的充电电压（实测为12.4V），填入表2中。断开S，调节R，同时开始计时，每隔5s读一次放电电流I1，共读出约13组数据，填入表1对应栏中。

（2）由表1中I1的数据在图3中描点作图。

（3）由I=Q/t得Q=It，即I-t图中曲线下面的“面积”'代表了电荷量Q，而“面积”可以用曲线下面的格子数目来表示（不足半格的舍去，超过半格的计一格），每一小格代表达式1s×10μA的电量，填入表2中。

（4）E调至6V（实测为6.2V），重复1、2、3步，放电电流填入表1的I2栏中，在图2中作出图线，结果填入表2中。

（5）E调至4V（实测为4.1V），重复1、2、3步，放电电流填入表1的I3栏中，在图2中作出图线，结果填入表2中。

考虑到课堂时间有限，课前在实验室做了一组实验，如下表示：

3.本实验设计优点之处

实验材料易找、装置简单、易于操作、可见度大、直观性强、现象明显的出乎学生意料的新奇的实验，增强演示实验的可见性、真实性和趣味性，提高实验效果，演示实验能帮助学生直观、生动、形象、深刻地理解物理概念和规律。

（作者单位：湖南省永州四中）