創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)定量探究影響平行板電容器電容大小的因素

李小帥

摘要：對(duì)于探究影響平行板電容器電容大小的因素實(shí)驗(yàn)，課本上一直沿用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法沒有改變，針對(duì)其存在的一些不足，采取通過自制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)儀器對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：平行板電容器;傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn);自制實(shí)驗(yàn)教具;改進(jìn)創(chuàng)新

課本上傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方案，它是把靜電計(jì)的金屬球與一個(gè)導(dǎo)體連接，金屬外殼與另一個(gè)導(dǎo)體連接。然后利用靜電計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)情況來推知兩個(gè)導(dǎo)體間電勢(shì)差的大小，然后根據(jù)定義式C=Q/U分析出電容的變化。通過對(duì)教材實(shí)驗(yàn)方案的認(rèn)真研究與推敲，我認(rèn)為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案存在以下幾點(diǎn)不足。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在的不足

1.實(shí)驗(yàn)原理不容易理解

主要表現(xiàn)在平行板電容器電容大小的決定因素是通過電容的定義式間接推導(dǎo)出來的，在保證Q不變的情況下，用兩個(gè)極板電勢(shì)差的變化情況反映電容的變化情況，不能直接得出結(jié)論，只能間接反映。教師需要解釋靜電計(jì)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量原理，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解有困難。

2.實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求比較高

在開始實(shí)驗(yàn)之前首先要給平行板電容器充電，在實(shí)驗(yàn)的過程中而且要保持平行板電容器電荷量不變，但電容器自身放電比較嚴(yán)重，特別是空氣濕度比較潮濕的情況下，對(duì)環(huán)境要求很高，很難控制，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作起來現(xiàn)象不明顯，并且不容易成功。

3.實(shí)驗(yàn)研究為定性研究

利用靜電計(jì)探究平行板電容器電容的影響因素實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)圓形極板間距離以及正對(duì)面積都不能定量的給出，因此這個(gè)實(shí)驗(yàn)只能是利用指針的偏轉(zhuǎn)大小定性分析出電容與幾個(gè)物理參量之間的關(guān)系，不能定量得出結(jié)論。

二、傳統(tǒng)試驗(yàn)改進(jìn)

針對(duì)實(shí)驗(yàn)存在的不足，我將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行以下改進(jìn)和創(chuàng)新。

為了能夠快速、安全的獲得平行板電容器的電容值，利用數(shù)字式電容表直接測(cè)量電容，操作非常簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確度高，能夠直接顯示電容的示數(shù)。而且通過數(shù)字式電容表的使用使得實(shí)驗(yàn)原理的理解變得簡(jiǎn)單，就是通過板間距離、正對(duì)面積以及電介質(zhì)的變化用電容表直接讀出，不需要再間接地利用電容的定義式通過電勢(shì)差的變化來得到電容的變化。而且數(shù)字式電容表的使用將原先控制電荷量不變轉(zhuǎn)化為控制兩個(gè)極板間電壓不變，我們知道由于電容器的放電，控制電荷量不變是不容易的，而控制電壓不變是可以做到的，所以數(shù)字式電容表的使用解決了這個(gè)難題。

為了能夠定量研究電容與板間距離、正對(duì)面積的關(guān)系，我設(shè)計(jì)了二維移動(dòng)軌道以及將圓形極板變?yōu)榫匦螛O板，定量的得到兩個(gè)極板之間的距離以及正對(duì)面積，將定性分析轉(zhuǎn)化為定量探究的一個(gè)過程。

三、自制實(shí)驗(yàn)教具

兩塊矩形鋁板（50cm×25cm）充當(dāng)電容器的兩個(gè)極板，分別固定在水平面內(nèi)的三個(gè)滑軌上，可以分別沿橫縱兩個(gè)方向隨意移動(dòng)，上面分別固定了刻度尺、指針，我們可以通過移動(dòng)滑軌利用刻度尺清晰的得到兩極板之間的距離以及正對(duì)面積。不同的絕緣介質(zhì)，有機(jī)玻璃板、塑料板、kt板用于探究不同介質(zhì)對(duì)電容的影響。數(shù)字式萬用表直接讀取電容的數(shù)值。

實(shí)驗(yàn)器材：鋁板（2塊）、二維移動(dòng)導(dǎo)軌、刻度尺、指針、木板底座、數(shù)字式萬用表、導(dǎo)線

四、實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)1：保持正對(duì)面積S、空氣介質(zhì)不變，探究電容C與板間距離d的關(guān)系

1、將數(shù)字式萬用表開關(guān)打到2000pF量程，帶夾子一端夾住平行板的兩個(gè)邊緣.

2、首先測(cè)量并記錄板間距離d=2mm距離下的電容.

3、依次增大板間距離，每次增大2mm，使兩個(gè)極板之間的距離為4mm、6mm、8mm、10mm、12mm，測(cè)量并記錄對(duì)應(yīng)距離下的電容值.

4、依次做完6組數(shù)據(jù)，關(guān)閉萬用表開關(guān).

5、整理數(shù)據(jù)處理，作出c-d與c-1/d圖像.

實(shí)驗(yàn)2：保持板間距離d、空氣介質(zhì)不變，探究電容C與正對(duì)面積之間的關(guān)系

1、每次通過移動(dòng)導(dǎo)軌使鋁板移動(dòng)5cm，可以令其正對(duì)面積分別為S、0.9S、0.8S、0.7S、0.6s測(cè)量并記錄對(duì)應(yīng)面積下的電容值.

2、依次做完五組數(shù)據(jù)，關(guān)閉萬用表開關(guān).

3、整理數(shù)據(jù)處理，作出c-s圖像.

實(shí)驗(yàn)3：保持板間距離S、極板間距離d不變，探究電容C與電介質(zhì)關(guān)系

1、當(dāng)極板間介質(zhì)為空氣時(shí)，測(cè)量并記錄數(shù)據(jù);

2、極板間依次插入有機(jī)玻璃介質(zhì)、塑料板介質(zhì)、KT板介質(zhì)并測(cè)量記錄電容數(shù)值。

3、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉萬用表開關(guān).

五、歸納總結(jié)，得出結(jié)論

當(dāng)平行板電容器兩極板間的正對(duì)面積減小時(shí)、兩極板之間的距離增大時(shí)能減小電容器的電容;在兩極板之間插入不同電介質(zhì)，能增大平行板之間的電容。

六、教學(xué)反思

教學(xué)方式的變革決定著學(xué)習(xí)方式的變革。教學(xué)方式的選擇與教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容有著內(nèi)在的統(tǒng)一性?！耙e極探索基于情境、問題導(dǎo)向的互動(dòng)式、啟發(fā)式、探究式、體驗(yàn)式教學(xué)”。強(qiáng)調(diào)圍繞真實(shí)問題的解決創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，開展以任務(wù)解決為重點(diǎn)的實(shí)踐性、活動(dòng)性教學(xué)。大力倡導(dǎo)學(xué)習(xí)、運(yùn)用“學(xué)習(xí)金字塔”理論，改變教與學(xué)的方式，提高教學(xué)效率。

教學(xué)評(píng)價(jià)要成為教學(xué)反思、診斷、反饋、改進(jìn)的重要手段和方法。教學(xué)目標(biāo)導(dǎo)引下的教、學(xué)、評(píng)要高度一致。評(píng)：目標(biāo)設(shè)定是否科學(xué)合理，是否反映課程標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。評(píng)：基于目標(biāo)的內(nèi)容選擇和再組織是否具有針對(duì)性和適切性。評(píng)：教學(xué)方式和教學(xué)組織過程對(duì)于實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)是否具有清晰指向性。本實(shí)驗(yàn)從定性分析轉(zhuǎn)化為定量探究，實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新都以提升學(xué)生綜合素質(zhì)，著力發(fā)展核心素養(yǎng)為目標(biāo)。

通過探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很容易理解平行板電容器電容的決定因素，解決了教學(xué)中的一大難點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象十分明顯，能夠保證課堂教學(xué)的順利進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)之后不易受到空氣濕度的影響，對(duì)環(huán)境沒有那么高的要求，操作性比較強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)容易成功。