電容器串聯(lián)一課教學偶得

摘要：專業(yè)理論課的教學較為枯燥，如果配以適當演示實驗或實驗，就會使抽象的理論知識較為直觀地呈現(xiàn)在學生面前。成功順利開展演示實驗或實驗需要我們做好充分的準備。當然對于在演示實驗中偶然遇到的問題，也可作為學生深入討論的素材。從而激發(fā)了學生的思考力和探究興趣，為教“活”學生打下基礎。

關鍵詞：電容器；串聯(lián)；實驗；電壓；測量

中圖分類號：TM 713；TM 721.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315(2010)9-115-001

一、前言

《電工基礎》是一門以觀察、實驗為基礎的自然學科，許多知識是在觀察和實驗的基礎上認真總結和思考得來的。在《電工基礎》課的理論教學中，當我們進行到電容器的串聯(lián)這一課時，傳統(tǒng)的教學模式是從理論分析方面來講授相關知識的。當配以適當演示實驗來驗證相關知識時，就會對學生掌握知識、運用知識起到很大的積極作用，同時，還能激發(fā)學生求知欲望，培養(yǎng)學生嚴謹求實和認真探索的科學態(tài)度。但有時也會出現(xiàn)實驗結果與理論分析明顯不符甚至產(chǎn)生矛盾的情況，這就需要深入細致地討論、分析和總結方可解決矛盾之所在，使實驗更好地服務教學。

在本節(jié)課的演示實驗中發(fā)現(xiàn)存在著這樣兩個問題，需加以進一步說明、分析和驗證，才可使學生透徹地理解電容器串聯(lián)的相關知識。

如圖1所示：電容器C1、C2、C3組成串聯(lián)電路，其串聯(lián)等效電容為C，E為電壓源，U為線路總電壓，電容器C1、C2、C3兩端的電壓分別為U1、U2、U3，帶的電量分別為Q1、Q2、Q3，三個電容器所帶的總電量為Q。它們之間的關系式為：

Q=U×C U=U1+U2+U3

Q=Q1=Q2=Q3 U1×C1=U2xC2=U3×C3

二、串聯(lián)電容器上電壓的測量

從電工電子專業(yè)知識和正常的思維來分析，我們用普通模擬式萬用表或電壓表就可測出U和U1、U2、U3的電壓，來驗證公式U=U1+U2+U3。但實際我們只能測出總電壓U的值，在測量U1、U2或U3中的任何一個的電壓時，電壓卻是逐漸變小，直至接近為零，而不是我們理論上計算的某一定值。假如我們沒有做好充分演示實驗和心理準備，就會把自己置于被動的境地，使演示實驗不能服務課堂教學，學生也容易陷入困惑狀態(tài)之中。

下面我們就來討論分析上述問題存在原因：當我們用模擬式萬用表或電壓表測量C1、C2、C3上的電壓時，由于此種表的內(nèi)阻不大，在測量電容的電壓時，電容器和模擬式萬用表或電壓表在連接上就構成了一個電容器放電回路，進行了放電，而且C1、C2、C3上的電量是感應出來的，由于不能得到持續(xù)的補充電荷，所以隨放電時間的延長，測量的電壓值就越來越小，最后接近為零。我們能夠測量出總電壓U是因為雖然此種情況電容器C1的正極板、C3的負極板與測量用的模擬式萬用表或電壓表也構成一個電容器放電回路，但電壓源E能給它們持續(xù)的充電，用來補充放電損耗，所以用模擬式萬用表或電壓表能測量出總電壓U。當然，我們測出的電壓也可以認為是測量電源的端電壓，因為我們使用的萬用表兩表筆同時也是直接跨接在電源的兩端，所以電源電壓不變，測量值當然也不會改變。

我們怎樣才能測量出C1、C2、C3上的電壓U1、U2和U3呢?經(jīng)過思考和同學問的討論，改用了內(nèi)阻為無窮大接近開路的數(shù)字式萬用表來測量，就能測量出U1、U2和U3上電壓值。在這種情況下電容器幾乎不放電。

三、串聯(lián)電容器上電壓之間的關系的驗證

根據(jù)串聯(lián)電容器上電壓之間的關系Q=Q1=Q2=Q3，當我們利用數(shù)字式萬用表測量出C1、C2、C3上的電壓U1、U2、U3以及總電壓U時，卻發(fā)現(xiàn)用U1×C1=U2×C2=U3×C3來分析計算卻不成立，多次試驗測量總是有較大的差別。例如：用三個220UF耐壓值相同的電容器串聯(lián)，外加15V電壓時，用數(shù)字式萬用表測量出的三個電壓值分別為3.35V、8.24V和3.41V，這與理論分析的結果完全不同。苦思冥想、認真分析后認為；可能是電容器在串聯(lián)實驗前已經(jīng)帶了一定的電量所導致。采取的解決辦法是：在做實驗前先把各電容器進行充分的短路放電，然后再用數(shù)字式萬用表快速測量出U1、U2、U3的值分別為4.97V、5.05V和4.98V，忽略誤差影響與理論分析相符。這樣就驗證了公式U1×C1=U2×C2=U3×C3與Q=Q1=Q2=Q3的成立，問題得以圓滿解決。

電工教學要努力創(chuàng)設學生動手實驗和觀察的機會，當然在教學中我們配以適當演示實驗來驗證理論知識時，有時會出現(xiàn)實驗結果與理論知識明顯不符的情況出現(xiàn)，這就需要我們充分準備、冷靜認真分析討論、采取科學的實驗方法找出原因所在，使實驗更好地服務我們的教學，使學習的重心從強調(diào)知識的傳承和積累向知識的探究過程轉化，學生的被動接受知識向主動獲得知識轉化。當然也能進一步提高學生的學習積極性和主動性，又可使學生透徹得掌握相關知識，也可使教師的教學活動變得形象、生動、有趣味性，以此提高教學效果和學生的學習興趣，達到“學以致用”的教學目標。

四、結束語

在演示實驗教學過程中如果教師對結論成竹在胸，也可以把存在的問題作為學生在課堂上或者在實驗室里討論和研究的對象，這樣，更能有助于激發(fā)學生的發(fā)散性思維，從而培養(yǎng)學生的分析和解決問題的綜合能力。