創新實驗定量探究影響平行板電容器電容大小的因素

李小帥

摘要：對于探究影響平行板電容器電容大小的因素實驗，課本上一直沿用傳統的實驗方法沒有改變，針對其存在的一些不足，采取通過自制創新實驗儀器對其進行改進創新。

關鍵詞：平行板電容器;傳統實驗;自制實驗教具;改進創新

課本上傳統的實驗方案，它是把靜電計的金屬球與一個導體連接，金屬外殼與另一個導體連接。然后利用靜電計指針的偏轉情況來推知兩個導體間電勢差的大小，然后根據定義式C=Q/U分析出電容的變化。通過對教材實驗方案的認真研究與推敲，我認為傳統實驗方案存在以下幾點不足。

一、傳統實驗存在的不足

1.實驗原理不容易理解

主要表現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出來的，在保證Q不變的情況下，用兩個極板電勢差的變化情況反映電容的變化情況，不能直接得出結論，只能間接反映。教師需要解釋靜電計的結構和測量原理，學生對實驗原理理解有困難。

2.實驗環境要求比較高

在開始實驗之前首先要給平行板電容器充電，在實驗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重，特別是空氣濕度比較潮濕的情況下，對環境要求很高，很難控制，所以這個實驗操作起來現象不明顯，并且不容易成功。

3.實驗研究為定性研究

利用靜電計探究平行板電容器電容的影響因素實驗中，兩個圓形極板間距離以及正對面積都不能定量的給出，因此這個實驗只能是利用指針的偏轉大小定性分析出電容與幾個物理參量之間的關系，不能定量得出結論。

二、傳統試驗改進

針對實驗存在的不足，我將實驗進行以下改進和創新。

為了能夠快速、安全的獲得平行板電容器的電容值，利用數字式電容表直接測量電容，操作非常簡單，測量準確度高，能夠直接顯示電容的示數。而且通過數字式電容表的使用使得實驗原理的理解變得簡單，就是通過板間距離、正對面積以及電介質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差的變化來得到電容的變化。而且數字式電容表的使用將原先控制電荷量不變轉化為控制兩個極板間電壓不變，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，所以數字式電容表的使用解決了這個難題。

為了能夠定量研究電容與板間距離、正對面積的關系，我設計了二維移動軌道以及將圓形極板變為矩形極板，定量的得到兩個極板之間的距離以及正對面積，將定性分析轉化為定量探究的一個過程。

三、自制實驗教具

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

實驗器材：鋁板（2塊）、二維移動導軌、刻度尺、指針、木板底座、數字式萬用表、導線

四、實驗步驟

實驗1：保持正對面積S、空氣介質不變，探究電容C與板間距離d的關系

1、將數字式萬用表開關打到2000pF量程，帶夾子一端夾住平行板的兩個邊緣.

2、首先測量并記錄板間距離d=2mm距離下的電容.

3、依次增大板間距離，每次增大2mm，使兩個極板之間的距離為4mm、6mm、8mm、10mm、12mm，測量并記錄對應距離下的電容值.

4、依次做完6組數據，關閉萬用表開關.

5、整理數據處理，作出c-d與c-1/d圖像.

實驗2：保持板間距離d、空氣介質不變，探究電容C與正對面積之間的關系

1、每次通過移動導軌使鋁板移動5cm，可以令其正對面積分別為S、0.9S、0.8S、0.7S、0.6s測量并記錄對應面積下的電容值.

2、依次做完五組數據，關閉萬用表開關.

3、整理數據處理，作出c-s圖像.

實驗3：保持板間距離S、極板間距離d不變，探究電容C與電介質關系

1、當極板間介質為空氣時，測量并記錄數據;

2、極板間依次插入有機玻璃介質、塑料板介質、KT板介質并測量記錄電容數值。

3、實驗完畢，關閉萬用表開關.

五、歸納總結，得出結論

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

六、教學反思

教學方式的變革決定著學習方式的變革。教學方式的選擇與教學目標和教學內容有著內在的統一性。“要積極探索基于情境、問題導向的互動式、啟發式、探究式、體驗式教學”。強調圍繞真實問題的解決創設教學情境，開展以任務解決為重點的實踐性、活動性教學。大力倡導學習、運用“學習金字塔”理論，改變教與學的方式，提高教學效率。

教學評價要成為教學反思、診斷、反饋、改進的重要手段和方法。教學目標導引下的教、學、評要高度一致。評：目標設定是否科學合理，是否反映課程標準的規定。評：基于目標的內容選擇和再組織是否具有針對性和適切性。評：教學方式和教學組織過程對于實現教學目標是否具有清晰指向性。本實驗從定性分析轉化為定量探究，實驗的改進和創新都以提升學生綜合素質，著力發展核心素養為目標。

通過探究實驗，學生很容易理解平行板電容器電容的決定因素，解決了教學中的一大難點，實驗現象十分明顯，能夠保證課堂教學的順利進行。實驗改進之后不易受到空氣濕度的影響，對環境沒有那么高的要求，操作性比較強，實驗容易成功。