学生自制电容器 理解电容器充放电过程

王 震 徐昊成

（辽宁师范大学物理与电子技术学院，辽宁 大连 116029）

1 拆解纸质电容器

高中物理“电容器”这节课的教学中，教师通常让学生将一个纸质的电容器拆开（图1），观察纸质电容器的主要构造.学生会发现电容器有两片锡箔（导体），中间是一层薄纸（绝缘体）隔开，每片锡箔引出一个电极.通过拆解电容器，学生归纳得出电容器的概念和主要构造，之后继续学习电容器的充放电过程.

电容器的构造简单、明了，教师让学生拆解和观察了它的构造后，就可以让学生亲自动手制作一个简易的电容器.

图1

2 自制简易电容器

（1）提供的材料.

两个带有引线的条形铝箔（引线也用铝箔做成，粘到条形的铝箔上），条形铝箔长90cm、宽12cm；一条绝缘的塑料薄膜（长184cm、宽14cm）；绝缘纸筒（纸筒用的是卷塑料薄膜的纸芯）（图2）

图2

（2）制作方法.

① 把长条的塑料薄膜对折，对折后长度由原来的184cm变成长度为92cm的双层，宽度仍然为14cm.

②将90cm长的一条铝箔放入到对折的塑料薄膜中；将另一张铝箔放在塑料薄膜上，这样就构成了四层结构，两层塑料薄膜和两层铝箔相互重叠.

③ 用纸质的纸筒把对齐好的薄膜和铝箔卷起来（为了使铝箔不露出来，塑料薄膜的长和宽要稍大一些）.卷好后用透明胶布把卷筒粘好，这样就制成了一个简易的电容器，即两个正对的铝箔中间夹上一层绝缘塑料薄膜（图3）.

制作的过程中需要注意：铝箔的两根引线不要卷进去，要露在外面；卷筒的过程需要两个同学互相合作，让铝箔和薄膜对齐地卷好.

图3

学生亲身感受到了电容器的制作过程，既加深了学生对电容器概念和构造的理解，同时也培养了学生小组合作的意识.

3 观察自制电容器的充放电过程

学生对自制的电容器，或许只是认为结构上和真实的电容器相似而已，可当教师告诉学生要利用刚刚制造的电容器来进行电容器的充电和放电实验时，学生充满了强烈的好奇心.

（1）具体操作.

教师把学生卷好的电容器插到一个底座上，用数字万用表测量电容器两端的电压，即用多用电表的表笔触铝箔做的两根引线，观察到多用电表的示数为0（图4）.

（2）将电源直接并联到电容器两端（图5），过几秒钟后断开电源，用多用电表再测量电容器两端的电压，发现多用电表的示数迅速地达到某一个最大值，然后缓慢地回到0.（图6）

图4

图5

图6

（3）换另外学生制作的电容器，请该生到讲台前重复上述操作.

教师演示的过程刺激着学生的感官，引起学生观察的兴趣.学生主动分析和解释实验现象，归纳出电容器的工作过程，即两条铝箔分别带上等量异号电荷的过程叫做充电过程（图5）；用导线把充电后的电容器的两极连通（图6），两条铝箔上的电荷中和，电容器又不带电了，这个过程叫做放电过程.教师利用学生自制的电容器进行演示，学生更加直观地理解了电容器储能和释放电荷的过程.

4 计算自制电容器的电容

电容器容纳电荷的本领不同，电容是用来描述电容器容纳电荷本领的物理量.学生在学习了电容的概念和平行板电容器电容的计算公式后，就可以算出自制的电容器的电容.（学生自制的电容器可以看成是平行板电容器）

自制电容器的介质厚度d为0.01cm（两层铝箔和一层绝缘塑料薄膜的厚度），相对介电常数εr为2.45，k为9×109.则电容为

学生利用熟悉、价廉的生活物品，自制实验仪器，使难于理解的物理现象新奇、有趣地呈现在面前，会增加学生对物理课的亲切感和提高学习的效果.