平行板電容示教儀

楊智程

作品簡介

平行板電容示教儀是針對高中物理教學實際需要開發的，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，使實驗不受環境條件影響。

研究價值

高中物理選修3-1第一章第八節《電容器的電容》，有一個演示實驗“研究影響平行板電容器電容大小的因素”，是本節教學內容的難點，做好演示實驗是突破難點的最好辦法。然而，教材中的實驗存在諸多問題。

（1）靜電實驗對實驗裝置、實驗環境都有著極高的要求，一般課堂上很難看到靜電計的偏角發生明顯變化，演示效果大打折扣。

（2）實驗無法對極板間距、正對面積等進行定量測量，只能通過觀察靜電計偏角大小來間接反映電容器電容的變化，因此，實驗只能是定性描述。定性研究的前提是電容器兩極板帶電量Q值恒定，而這一點在實際操作中也是很難保證的。

（3）學生對靜電計工作原理（靜電計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，這就大大增加了學生對該實驗的理解難度。

基于以上考慮，在老師的指導下我發明了這樣一套教學儀器。

工作原理

我發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。用兩塊鋁板充當平行板電容器的極板，一塊固定在螺旋測位計上，另一塊固定在滑塊上。

通過調節螺旋測位計改變兩極板之間的距離，研究電容與極板間距的關系；通過移動滑塊改變兩極板正對面積，研究電容與極板正對面積的關系；在兩極板間插入不同介質板，研究電容與介質介電常數的關系。電容值用數字電容表測量，就可以進行具體的定量分析。

創新點

（1）通過螺旋測微結構，解決了兩極板間距變化的精密測量。

（2）通過滑塊解決了兩極板正對面積的定量變化。

（3）極板間可以插入不同介質材料，研究介電常數的影響。

（4）用電容表直接測量平行板電容器的電容值，不需要給電容器帶電荷，實驗不受環境條件影響。