電容器充電和放電實驗的裝置改進

◆湖南省汨羅市第四中學 任擎宇

電容器在各種電子儀器中應用廣泛，充電、放電是電容器工作的主要形式，也是學生必須掌握的一個知識點。新課標教材中，電容器的充電和放電演示實驗用串聯靈敏電流計來觀察。也可用傳感器檢測裝置進行演示，讓師生對電容器的認識更形象、直觀。

為增強實驗演示效果，我在教學演示的過程中，對該實驗裝置進行了改進。機將電流信號顯示出來。

一、原實驗裝置操作說明

如圖1，當開關打至1時，電源對電容器充電，靈敏電流計檢測到有電流通過，指針偏轉；當開關打至2時，電容器放電，靈敏電流計檢測到有電流通過，指針偏轉。可根據指針的偏轉方向來判斷電流的方向。

圖1 實驗裝置電路圖

用傳感器檢測裝置進行充電和放電演示實驗時，只需將靈敏電流計替換為電流傳感器，再與計算機相連，計算

二、原實驗裝置的不足之處

1.因電容器充電和放電的時間較短，通過靈敏電流計的電流實效較短，不便于觀察。

2.通過靈敏電流計的電流強度若超出其量程，電流計有被燒壞的風險。

3.實驗儀器相互獨立造成實驗操作不便，且桌面演示不便于學生觀察實驗現象，預期效果不明顯。

4.利用傳感器檢測裝置開展實驗在部分學校未被普及。

三、改進裝置原理

電容器的充放電時間較短，不便于觀察實驗現象。根據石英鐘耗電量小的特點，我將鬧鐘接入電路，可延長電容器充放電的時間，并根據石英鐘工作時所需電流的方向判斷充放電電流的方向。

如圖2所示，自制帶支架的木板，木板上有如圖1所示的電路圖和A、B兩個鬧鐘，K為單刀雙擲開關，C為電容器，E為電源。當開關打至1時，電源給電容器充電，A鬧鐘開始走動，充電完成后，A鬧鐘停止走動。再將開關打至2，電容器放電，B鬧鐘開始走動，放電完成后，B鬧鐘停止走動。還可用鬧鐘的轉動方向表示電流的方向。

圖2 改進后的實驗裝置結構原理圖

四、演示方法

1.將電池的正負極分別與石英鐘的正負極連接，指針走動；若接反，指針靜止。

2.在木板上將電路連接好，分別將A、B鬧鐘的指針撥到0秒位置，開關處于斷開狀態。

3.將開關K打到1，電容器充電，A鬧鐘開始走動，說明左邊回路有電流通過，且為順時針方向。A鬧鐘停止走動，則充電完成。

4.將開關打至2，電容器放電，B鬧鐘開始走動，說明右邊回路有電流通過，且為順時針方向。B鬧鐘停止走動，則放電完成。

5.重復演示實驗，達到最佳效果。

五、創新點

1.用石英鐘代替靈敏電流計，延長充、放電的時間，增強了演示效果。

2.根據石英鐘工作所需電流的方向，學生能更簡便地判斷充放電電流的方向。

3.改進后的裝置操作簡單、實驗現象明顯，成本較低，能更好地達到教學效果。

圖3 改進后的實驗裝置實物