對平行板電容器實驗裝置的改進

馬順存

(湖南師范大學 附屬中學，湖南 長沙 410006)

“探究平行板電容器電容大小的影響因素”是人教版高二物理選修3-1第1章第8節“電容器的電容”中重要的演示實驗[1]. 教材中提供的實驗方案是將靜電計與平行板并聯，利用靜電計指針偏轉角度的大小反映兩極板間電壓的大小，從而定性地探究影響平行板電容器電容大小的因素. 該實驗對于引導學生建立電容器的形象概念，幫助學生了解影響平行板電容器電容的相關因素發揮著重要的作用. 但該實驗要做成功卻非常困難,主要原因為：1)該課程往往趕上梅雨季節，空氣比較潮濕，容易漏電；2)平行板、靜電計間的電壓高，容易漏電；3)靜電計的絕緣塞的絕緣性不好. 很多情況下，靜電計的漏電主要發生在指針與外殼連接處的絕緣塞處，而通過空氣途徑漏電程度要比想象的小；為解決以上問題，筆者改進了平行板電容器實驗裝置.

1 實驗裝置及其制作

改進后的平行板電容器實驗裝置如圖1所示: 由空氣隔離罩、靜電計升降臺、平行板滑動裝置、隔離板轉動裝置組成.

圖1 改建后的平行板電容器實驗裝置

主要材料：平行板(φ200 mm)、靜電計、有機玻璃板(厚4 mm)、塑料棒(φ25 mm)、有機玻璃膠(三氯甲烷)、云母板、齒條升降桿、齒輪、導線及膠水等.

制作步驟：

1)用有機玻璃板制作600 mm×420 mm×610 mm的長方體箱子，頂面可以不密封，為活動板，方便裝配器件. 底部隔出120 mm高的隔離密封層.

2)如圖2所示左面距隔板上方約20 mm上方開220 mm×130 mm的口，再裝上滑道門(便于給平行板帶電). 前方在隔板上開φ25 mm的孔，將φ25 mm的塑料棒據成適當長度，穿過孔，在底板上做一底座，距底座20 mm處安裝金屬橫桿，通過轉動金屬橫桿來控制塑料棒插入和移出電介質.

圖2 頂面視圖

3)在隔板中央偏前方開1.3 mm×3.0 mm的小孔，將升降座安裝在隔板的下方，升降桿穿過小孔，用玻璃膠固定. 將調節桿加長至玻璃框外，便于操作.

4)在升降桿上固定絕緣平臺，將靜電計固定在平臺上. 用白板筆將靜電計的指針涂紅色，更換靜電計的絕緣塞(由有機玻璃自制). 在靜電計的指針的頂桿鉆φ4 mm的孔，并攻φ5 mm的螺絲孔. 將平行板安裝在靜電計的頂端，用φ5 mm的螺絲固定.

5)在頂板上安裝導軌，將另一平行板安裝在導軌上，通過細麻繩拖動平行板(期間安裝2個小定滑輪)，使平行板左右移動.

6)用A3紙裁出50張φ200 mm的圓、并用膠水粘貼成紙質電介質圓盤. 用云母板制作φ200 mm的圓盤，用有機玻璃棒做手柄，用螺絲將手柄固定在豎直的塑料棒上，如圖3所示.

圖3 側面視圖

7) 將所有儀器組裝完成，將底板密封，用塑料棒做4個腳安裝在底板上. 將隔層噴上藍色油漆，按實驗方案接上導線，實驗儀器即制作完成.

2 實驗儀器的使用

1)打開右側小門，用起電機給平行板帶上電荷，并關上小門.

2)通過升降桿調節靜電計的高度來改變平行板間的距離d，當d減小時，C增大，U減小，偏轉角度變小；當d增大時，C減小，U增大，偏轉角度變大.

3)通過調節上平行板左右移動來改變平行板間的正對面積S，當S減小時，C減小，U增大，偏轉角度變大；當S增大時，C增大，U減小，偏轉角度變小.

4)通過轉動邊緣直桿移動電介質. 插入電介質時，C增大，U減小，偏轉角度變小；移出電介質時，C減小，U增大，偏轉角度變大.

3 結束語

為解決空氣潮濕漏電問題，可以用箱子將實驗儀器密封，特殊環境下還可以用電風吹或干燥劑干燥箱子內部. 改進后的裝置更換了自制絕緣塞，可以解決靜電計高壓漏電問題. 自制云母板加紙盤作為電解質，使實驗效果更加明顯. 該實驗儀器制作美觀、實驗操作方便、實驗現象明顯，能很好地進行課堂演示實驗.