电容器多功能演示装置的制作及课堂应用

姜先策，张作前

（海军航空工程学院青岛校区航空机械系，山东青岛266041）

电容器多功能演示装置的制作及课堂应用

姜先策，张作前

（海军航空工程学院青岛校区航空机械系，山东青岛266041）

电容器多功能演示装置的原理、制作方法和在课堂教学中的具体应用。关键词：电容器；演示；教学

0 前言

电容器作为电路中的基本元器件，具有通交流隔直流的特点，并且是个储能器件。在物理教学当中，由于学生日常生活中直接用到电容的机会较少，对其缺少感性认识，仅凭教员的语言描述或动画演示，很难达到预期的教学效果。为此，制作了一个电容器多功能演示装置，并将其用于课堂教学演示。教学实践表明，演示效果直观明显，辅助教学效果非常理想。

1 原理图及说明

如图1所示，其中虚线框内部分采用桥式整流将220V交流电变为220 V直流电。当开关K1拨到2侧，3个电容并联后和灯泡串联，其两端交流电，因为电容器通交流，所以灯泡将持续发光。当开关K1拨到1侧，3个电容并联后和灯泡串联，其两端为上正下负的直流电，在电容被直流充电的短暂过程中，将有脉冲电流通过灯泡灯丝而短暂发光然后熄灭，表明充电完成。断开开关K1，闭合K2，3个并联电容器、灯泡和K2构成回路，灯泡会因电容器放电而短暂发光。断开K2，闭合K1，充电完成后断开，将表笔接触小铜板上焊锡点，相当于电容器被短路，产生放电火花和爆炸声响，表笔被融化的焊锡粘住。断开表笔，重新给电容器充电。在塑料笔管中放入细铁钉，然后闭合开关K3，电容放电电流通过线圈，由于电磁感应，线圈中的磁场与铁钉中的感应电流磁场相互作用，铁钉将被发射出去。

图1 原理图

2 制作说明

2.1 材料准备

①无极电容（450 V，30 μF）3个；②日光灯镇流器1个；②双刀双掷开关1个；③220 V，30 W白炽灯1个、灯座1个；④空气开关2个；⑤万用表红色表笔1只；⑥方形小铜板1块；⑦中性笔笔芯1根；⑧木板1块（50×40 cm）；⑨其他材料。铜质漆包线（直径1 mm）、粗导线、香蕉头插座、接线柱2个、电源插头1个、502胶1瓶、能装下小铜板的塑料盒1个；⑧工具。电钻、电烙铁、螺丝刀、剪刀、钳子等。

2.2 制作方法及步骤

（1）整流稳压电路的制作。将日光灯镇流器的包装盒打开，取出其电路板，除4个整流二极管和与之相并联的电解电容外，其他元器件一律用电烙铁拆除。然后放回包装盒即可。

（2）线圈的制作。将中性笔笔芯剪成4 cm长的1段，在其一端的表面密绕1层铜质漆包线，宽度约1.5 cm，用502胶涂抹固定后，同样方法绕10层，注意留好引线。

（3）根据原理图在木板上用铅笔画好各器件的位置及导线位置。

（4）将元器件按画好的位置固定到木板上。用小螺钉把双刀双掷开关、灯和座、空气开关、加工好的镇流器、固定到木板上。将线圈引线接到两个接线柱上。用电钻在木板相应位置钻孔，将接线柱及线圈固定好。用胶带将3个无极电容并列缠紧，在木板上钻孔，用金属丝固定。用电钻在小铜板两端钻孔，放入小塑料盒，用螺丝钉固定到木板上。

（5）按原理图1用导线把个元器件连接起来。

3 课堂演示应用

3.1 电容器通交流隔直流演示

（1）通交流演示。将开关K1拨到2（交流），灯泡点亮，亮度一直保持。

（2）隔直流演示。将开关K1拨到1（直流），灯泡一闪而灭。

3.2 电容器放电演示

（1）点亮灯泡。断开K1，闭合K2，将看到灯泡一闪而灭。

（2）电容焊。断开K2，将表笔笔尖缠绕焊锡丝后接入电路，打开小铜块外面的保护罩（防止不小心触电），将开关K1拨到1（直流），然后断开，用红色表笔笔尖的焊锡丝接触铜块，将看到放电闪光，同时听到“啪”地一声放电结束后，表笔因焊锡融化粘在小铜板上。

（3）电磁线圈炮的演示。拔掉红色表笔，盖好演示电熔焊的小铜块的保护罩，将用铁钉制成的弹丸放入缠绕有线圈的中性笔笔芯中。将开关K1拨到1（直流），对电容进行充电，待灯泡熄灭后断开K1，闭合K3，可看到铁钉做成的弹丸被发射出去。

4 制作及演示注意事项

因演示装置用的是220 V交流电，为避免不小心触电，在各连接部位要做好绝缘处理，尽量不要裸露。在演示过程中，要注意个开关闭合断开的正确顺序，造成演示失败，影响教学效果。

〔编辑利文〕

G633.7

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.52