演示實(shí)驗(yàn)《研究影響平行板電容器電容大小的因素》之改進(jìn)

高中物理選修3-1第一章第八節(jié)《電容器的電容》有這樣一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)——“研究影響平行板電容器電容大小的因素”，是本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的難點(diǎn)，做好演示實(shí)驗(yàn)是突破該難點(diǎn)的最好辦法!針對(duì)課本原有實(shí)驗(yàn)，個(gè)人認(rèn)為原有實(shí)驗(yàn)存在以下不足：

1.該實(shí)驗(yàn)是一個(gè)靜電實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置（平行板電容器和靜電計(jì)的防漏電性能）、實(shí)驗(yàn)環(huán)境（周圍空氣的濕度）都有著極高的要求，一般課堂上很難看到靜電計(jì)的偏角發(fā)生明顯變化，從而使演示效果大打折扣，甚至使好多老師望而卻步進(jìn)而放棄該實(shí)驗(yàn)的演示。

2.課本通過(guò)觀察靜電計(jì)的偏角大小來(lái)間接反映平行板電容器的電容變化，使觀察者的重點(diǎn)有所偏移；同時(shí)學(xué)生對(duì)靜電計(jì)工作原理（靜電計(jì)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(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)的理解難度，對(duì)學(xué)生的思維能力是一個(gè)很大的考驗(yàn)。

3.由于無(wú)法獲取電容的具體數(shù)值，課本對(duì)影響電容大小因素的探究停留在定性階段；并且其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(diǎn)在實(shí)際操作中是很難保證的。基于以上考慮，我對(duì)該實(shí)驗(yàn)嘗試了以下改進(jìn)：

一、第一次實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1.自制U型木架，在其內(nèi)側(cè)開(kāi)四條槽道，槽間距分別為3mm、6mm、9mm，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)板間距的控制變量。

2.自制面積相同鋁板兩塊，并在其中一塊鋁板上標(biāo)有明顯分界線，將其面積三等分，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)正對(duì)面積的控制變量。

3.自制不同材質(zhì)的絕緣板兩塊（面積比鋁板稍大，以方便操作），用以實(shí)現(xiàn)對(duì)介電常數(shù)的定性研究。

4.引入數(shù)字萬(wàn)用表(型號(hào)DT9205N) ，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)電容值的直接測(cè)量而不需要通過(guò)觀察靜電計(jì)的偏角來(lái)間接反映電容值的大小。同時(shí)也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電容值的定量記錄。

數(shù)字萬(wàn)用表的使用在實(shí)現(xiàn)了對(duì)電容直接測(cè)量的同時(shí)大大降低了對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求，從而使實(shí)驗(yàn)演示變得簡(jiǎn)單直觀，容易實(shí)現(xiàn)；也正是其對(duì)電容值較為準(zhǔn)確的測(cè)量，便于幫助我們找到電容與各個(gè)物理量之間的定量關(guān)系。綜上，本次實(shí)驗(yàn)改進(jìn)完成了變間接為直接、變難做為易做、變定性為定量的轉(zhuǎn)變，大大降低了演示難度，達(dá)到較好的演示效果。然而本次改進(jìn)仍有不足：

1.所開(kāi)槽道是固定的間距，使得鋁板之間的板間距只是在3mm、6mm、9mm之間調(diào)節(jié)，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，且每次變換槽道都需要將鋁板移進(jìn)移出，使演示變得繁瑣；

2.數(shù)字萬(wàn)用表并非電容專用表，對(duì)應(yīng)測(cè)量電容檔位可調(diào)范圍較小，所測(cè)電容值存在較大誤差。鑒于以上考慮，我又對(duì)其進(jìn)行了再次改進(jìn)。

二、第二次改進(jìn)

1.將實(shí)驗(yàn)室中常見(jiàn)的光具座加工，使其支架長(zhǎng)度符合本次改進(jìn)尺寸；將一塊鋁板固定于滑塊上(先將鋁板固定于游標(biāo)卡尺上，使鋁板平面與游標(biāo)卡尺可調(diào)方向垂直，再與滑塊固定，使鋁板平面與滑桿平面平行，該鋁板充當(dāng)動(dòng)片角色)，充分利用其側(cè)面的標(biāo)尺以實(shí)現(xiàn)正對(duì)面積的連續(xù)可調(diào)和控制變量目的。

2.因?yàn)樗娩X板面積較小，根據(jù)可知要想測(cè)得較為明顯電容值應(yīng)使板間距不能太大(本次試驗(yàn)控制在1cm以內(nèi))。游標(biāo)卡尺（雙縫干涉演示儀的鏡頭）的使用實(shí)現(xiàn)了板間距的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)微調(diào)和定量研究目的，是該實(shí)驗(yàn)較為巧妙之處。

3.專業(yè)數(shù)字電容表(VC6013)的使用使準(zhǔn)確測(cè)量電容值得以實(shí)現(xiàn)，大大提高了測(cè)量精度，使演示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更具有說(shuō)服力!

以上為筆者對(duì)該演示實(shí)驗(yàn)的再次改進(jìn)，它將第一次改進(jìn)中存在的缺陷彌補(bǔ)，在實(shí)際教學(xué)中達(dá)到了更好的演示效果并得到了組內(nèi)同仁的廣泛認(rèn)可。

然而由于筆者認(rèn)知有限，再加上加工技術(shù)及備用材料所限，這兩次改進(jìn)必定存在考慮不周之處，請(qǐng)各位專家及同仁不吝賜教！