创新实验定量探究影响平行板电容器电容大小的因素

李小帅

摘要：对于探究影响平行板电容器电容大小的因素实验，课本上一直沿用传统的实验方法没有改变，针对其存在的一些不足，采取通过自制创新实验仪器对其进行改进创新。

关键词：平行板电容器;传统实验;自制实验教具;改进创新

课本上传统的实验方案，它是把静电计的金属球与一个导体连接，金属外壳与另一个导体连接。然后利用静电计指针的偏转情况来推知两个导体间电势差的大小，然后根据定义式C=Q/U分析出电容的变化。通过对教材实验方案的认真研究与推敲，我认为传统实验方案存在以下几点不足。

一、传统实验存在的不足

1.实验原理不容易理解

主要表现在平行板电容器电容大小的决定因素是通过电容的定义式间接推导出来的，在保证Q不变的情况下，用两个极板电势差的变化情况反映电容的变化情况，不能直接得出结论，只能间接反映。教师需要解释静电计的结构和测量原理，学生对实验原理理解有困难。

2.实验环境要求比较高

在开始实验之前首先要给平行板电容器充电，在实验的过程中而且要保持平行板电容器电荷量不变，但电容器自身放电比较严重，特别是空气湿度比较潮湿的情况下，对环境要求很高，很难控制，所以这个实验操作起来现象不明显，并且不容易成功。

3.实验研究为定性研究

利用静电计探究平行板电容器电容的影响因素实验中，两个圆形极板间距离以及正对面积都不能定量的给出，因此这个实验只能是利用指针的偏转大小定性分析出电容与几个物理参量之间的关系，不能定量得出结论。

二、传统试验改进

针对实验存在的不足，我将实验进行以下改进和创新。

为了能够快速、安全的获得平行板电容器的电容值，利用数字式电容表直接测量电容，操作非常简单，测量准确度高，能够直接显示电容的示数。而且通过数字式电容表的使用使得实验原理的理解变得简单，就是通过板间距离、正对面积以及电介质的变化用电容表直接读出，不需要再间接地利用电容的定义式通过电势差的变化来得到电容的变化。而且数字式电容表的使用将原先控制电荷量不变转化为控制两个极板间电压不变，我们知道由于电容器的放电，控制电荷量不变是不容易的，而控制电压不变是可以做到的，所以数字式电容表的使用解决了这个难题。

为了能够定量研究电容与板间距离、正对面积的关系，我设计了二维移动轨道以及将圆形极板变为矩形极板，定量的得到两个极板之间的距离以及正对面积，将定性分析转化为定量探究的一个过程。

三、自制实验教具

两块矩形铝板（50cm×25cm）充当电容器的两个极板，分别固定在水平面内的三个滑轨上，可以分别沿横纵两个方向随意移动，上面分别固定了刻度尺、指针，我们可以通过移动滑轨利用刻度尺清晰的得到两极板之间的距离以及正对面积。不同的绝缘介质，有机玻璃板、塑料板、kt板用于探究不同介质对电容的影响。数字式万用表直接读取电容的数值。

实验器材：铝板（2块）、二维移动导轨、刻度尺、指针、木板底座、数字式万用表、导线

四、实验步骤

实验1：保持正对面积S、空气介质不变，探究电容C与板间距离d的关系

1、将数字式万用表开关打到2000pF量程，带夹子一端夹住平行板的两个边缘.

2、首先测量并记录板间距离d=2mm距离下的电容.

3、依次增大板间距离，每次增大2mm，使两个极板之间的距离为4mm、6mm、8mm、10mm、12mm，测量并记录对应距离下的电容值.

4、依次做完6组数据，关闭万用表开关.

5、整理数据处理，作出c-d与c-1/d图像.

实验2：保持板间距离d、空气介质不变，探究电容C与正对面积之间的关系

1、每次通过移动导轨使铝板移动5cm，可以令其正对面积分别为S、0.9S、0.8S、0.7S、0.6s测量并记录对应面积下的电容值.

2、依次做完五组数据，关闭万用表开关.

3、整理数据处理，作出c-s图像.

实验3：保持板间距离S、极板间距离d不变，探究电容C与电介质关系

1、当极板间介质为空气时，测量并记录数据;

2、极板间依次插入有机玻璃介质、塑料板介质、KT板介质并测量记录电容数值。

3、实验完毕，关闭万用表开关.

五、归纳总结，得出结论

当平行板电容器两极板间的正对面积减小时、两极板之间的距离增大时能减小电容器的电容;在两极板之间插入不同电介质，能增大平行板之间的电容。

六、教学反思

教学方式的变革决定着学习方式的变革。教学方式的选择与教学目标和教学内容有着内在的统一性。“要积极探索基于情境、问题导向的互动式、启发式、探究式、体验式教学”。强调围绕真实问题的解决创设教学情境，开展以任务解决为重点的实践性、活动性教学。大力倡导学习、运用“学习金字塔”理论，改变教与学的方式，提高教学效率。

教学评价要成为教学反思、诊断、反馈、改进的重要手段和方法。教学目标导引下的教、学、评要高度一致。评：目标设定是否科学合理，是否反映课程标准的规定。评：基于目標的内容选择和再组织是否具有针对性和适切性。评：教学方式和教学组织过程对于实现教学目标是否具有清晰指向性。本实验从定性分析转化为定量探究，实验的改进和创新都以提升学生综合素质，着力发展核心素养为目标。

通过探究实验，学生很容易理解平行板电容器电容的决定因素，解决了教学中的一大难点，实验现象十分明显，能够保证课堂教学的顺利进行。实验改进之后不易受到空气湿度的影响，对环境没有那么高的要求，操作性比较强，实验容易成功。