學生自制電容器 理解電容器充放電過程

王 震 徐昊成

（遼寧師范大學物理與電子技術學院，遼寧 大連 116029）

1 拆解紙質電容器

高中物理“電容器”這節課的教學中，教師通常讓學生將一個紙質的電容器拆開（圖1），觀察紙質電容器的主要構造.學生會發現電容器有兩片錫箔（導體），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，學生歸納得出電容器的概念和主要構造，之后繼續學習電容器的充放電過程.

電容器的構造簡單、明了，教師讓學生拆解和觀察了它的構造后，就可以讓學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，這樣就構成了四層結構，兩層塑料薄膜和兩層鋁箔相互重疊.

③ 用紙質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互相合作，讓鋁箔和薄膜對齊地卷好.

圖3

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

3 觀察自制電容器的充放電過程

學生對自制的電容器，或許只是認為結構上和真實的電容器相似而已，可當教師告訴學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，學生充滿了強烈的好奇心.

（1）具體操作.

教師把學生卷好的電容器插到一個底座上，用數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為0（圖4）.

（2）將電源直接并聯到電容器兩端（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，發現多用電表的示數迅速地達到某一個最大值，然后緩慢地回到0.（圖6）

圖4

圖5

圖6

（3）換另外學生制作的電容器，請該生到講臺前重復上述操作.

教師演示的過程刺激著學生的感官，引起學生觀察的興趣.學生主動分析和解釋實驗現象，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.教師利用學生自制的電容器進行演示，學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不同，電容是用來描述電容器容納電荷本領的物理量.學生在學習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εr為2.45，k為9×109.則電容為

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