对“平行板电容器”课堂演示实验的探讨，本文主要内容关键词为：电容器论文,演示论文,课堂论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
研究平行板电容器的电容与哪些因素有关的演示实验（如图1），是高中物理电容器这一节内容的重点，所以实验的成功与否对课堂教学非常重要.
图1
一、对原实验的探讨
1.实验原理
此实验是用了高中物理实验中常用的控制变量法，即控制平行板电容器两板的电量不变，结合用静电计测电容器两端的电势差，来研究电容与正对面积、两板间距离、及中间电介质的关系。但此实验的现象却时好时坏。分析发现，此实验中平行板电容器两板的电量不变有点牵强。当静电计通过两根导线并联在电容器两端时，由于静电计及两根导线各自都可以看成一个电容器，所以实际上是三个电容器并联，如图2所示。三电容器并联后的总电容为
，所以要说不变的是三电容器上所带的总电量不变才对。除非当平行板电容器的电容远远大于两导线和静电计的电容之和（即
），才可以近似认为平行板上的电量不变。
图2
以我们演示实验所用的平行板电容器为例：两圆形平形板直径约20cm，以空气为电介质时，它的电容与两极间距离d的关系见表1
表1
d/cm 0.5 1.0 2.0 10.0 20.0
C/pF 56
28
142.8 1.4
再用DT5803型的数字万用表测得静电计及两导线的电容之和大约为8pF，所以研究电容与两极板之间距离时，极板移动幅度不宜过大。特别是当极板间的距离大于10cm时，电路中起主导作用的电容器已经不是平行板电容器了，多数的电量都集中在静电计上，两极板的距离改变不会使静电计的指针偏角发生变化。当然在研究正对面积与电容的关系时，也要注意正对面积不宜过小，以免造成指针偏角不变化的情况。
2.可操作性
此实验是属于静电演示实验，实验中对空气的干燥性要求很高。特别在南方地区或阴雨连绵的天气，由于空气不够干燥，教室里又有很多学生，空气中的水气会很快把平行板电容器上的电荷导走，所以只能用烘箱把仪器先烘一段时间（保持仪器的干燥），再速战速决把实验做完，课堂的效果可想而知。
二、对原实验创新的失败
笔者一直认为做电路实验比静电实验来得的简单，所以曾经有这样的一个不成熟的电路图在脑海里浮现（如图3）。当电容器与恒压电源相连，可以认为电容器两端的电压不变，在改变两极板的距离及正对面积时，通过判断灵敏电流表的指针偏转情况确定电容器的冲放电，从而知道电容器上的电量是增是减，最后确定电容与这些影响因素的关系。但把低压学生电源换成高压发生器，把灵敏电流表换成微电流传感器，都没有看到预想的结果。最后在反思中发现此实验不能成功的原因是平行板电容器的电容实在太小，几十个皮法的电容要在灵敏电流表中有明显的冲放电流必须加一千万伏特以上的直流高压，显然在实验室里缺乏可操作性，当然也就理解了为什么课本中不采用控制电压不变来研究的原因了。
实验失败后，笔者专门学了用flash制作小课件，按照上面的电路设计在电脑上看到了自己想要看到的结果，把它作为辅助教学，但心里却充满遗憾。
图3
三、对原实验的再次突破
物理新教材中已经融入了许多新的科学技术知识及先进的测量工具，数字万用表的普及使用给物理演示实验提供了新的思路。笔者用DT5803型的数字万用表轻松地找到了平行板电容器的电容与正对面积，两极板间的距离及电介质之间的关系。
操作之前先用数字万用表测量几个已知电容值的电解电容器，每次读数都要稳定一定时间，最后表明测量值与标称值非常接近，让学生认识到数字万用表的精确度比较高。
实验采用的是两块直径约为23cm的圆形铜板电容器，装置如图4所示。电容器极板的两根引线插入数字表的专用的电容测试座中（不要插入表笔插孔COM、V/Ω），量程调至2μF档。注意实验时两板保持竖直且平行。
图4
实验步骤如下：
1)使两极板正对且相距为2cm，打开数字表开关，数字显示为20pF，再把两极板距离调到1cm，显示电容为39pF，继续使极板距离调到0.5cm，显示电容为72pF。根据上述结果，同学们很快可推出：平行板电容器的电容与极板的间距约成反比。
2)保持两极板间距1cm不变，分别在中间插入塑料板或玻璃板（因为间隙比较小，所以最好不要碰到两极板），电容器的电容均变大。插入塑料板时使电容器的电容从39pF增大到56pF。由此可推出：平行板电容器的电容与极板间的电介质有关。
3)改变两极板正对面积，显示结果为：正对面积越大，电容越大。再换用电子管收音机的可变电容器做实验，转动动片，使其正对面积由最大调到最小，电容则从386pF变到26pF。由此可推出：平行板电容器的电容随正对面积增大而增大。
归纳上述实验现象，再引出课本中的结论就显得水到渠成了。
演示实验是物理教师顺利开展课堂教学的重要手段，也是培养科学探究能力的重要载体，我们要用心对待每一个演示，课前做好充分的准备或替补实验，甚至多媒体课件，使实验效果达到最优化。如果真因为某些客观原因，导致实验不能成功，或现象不明显时，我们要跟学生一起分析失败的原因，不得搪塞，其实教师对演示实验的科学操作，严谨探究的态度对学生何尝不是一种示范！