电容器充电和放电实验的装置改进

◆湖南省汨罗市第四中学 任擎宇

电容器在各种电子仪器中应用广泛，充电、放电是电容器工作的主要形式，也是学生必须掌握的一个知识点。新课标教材中，电容器的充电和放电演示实验用串联灵敏电流计来观察。也可用传感器检测装置进行演示，让师生对电容器的认识更形象、直观。

为增强实验演示效果，我在教学演示的过程中，对该实验装置进行了改进。机将电流信号显示出来。

一、原实验装置操作说明

如图1，当开关打至1时，电源对电容器充电，灵敏电流计检测到有电流通过，指针偏转；当开关打至2时，电容器放电，灵敏电流计检测到有电流通过，指针偏转。可根据指针的偏转方向来判断电流的方向。

图1 实验装置电路图

用传感器检测装置进行充电和放电演示实验时，只需将灵敏电流计替换为电流传感器，再与计算机相连，计算

二、原实验装置的不足之处

1.因电容器充电和放电的时间较短，通过灵敏电流计的电流实效较短，不便于观察。

2.通过灵敏电流计的电流强度若超出其量程，电流计有被烧坏的风险。

3.实验仪器相互独立造成实验操作不便，且桌面演示不便于学生观察实验现象，预期效果不明显。

4.利用传感器检测装置开展实验在部分学校未被普及。

三、改进装置原理

电容器的充放电时间较短，不便于观察实验现象。根据石英钟耗电量小的特点，我将闹钟接入电路，可延长电容器充放电的时间，并根据石英钟工作时所需电流的方向判断充放电电流的方向。

如图2所示，自制带支架的木板，木板上有如图1所示的电路图和A、B两个闹钟，K为单刀双掷开关，C为电容器，E为电源。当开关打至1时，电源给电容器充电，A闹钟开始走动，充电完成后，A闹钟停止走动。再将开关打至2，电容器放电，B闹钟开始走动，放电完成后，B闹钟停止走动。还可用闹钟的转动方向表示电流的方向。

图2 改进后的实验装置结构原理图

四、演示方法

1.将电池的正负极分别与石英钟的正负极连接，指针走动；若接反，指针静止。

2.在木板上将电路连接好，分别将A、B闹钟的指针拨到0秒位置，开关处于断开状态。

3.将开关K打到1，电容器充电，A闹钟开始走动，说明左边回路有电流通过，且为顺时针方向。A闹钟停止走动，则充电完成。

4.将开关打至2，电容器放电，B闹钟开始走动，说明右边回路有电流通过，且为顺时针方向。B闹钟停止走动，则放电完成。

5.重复演示实验，达到最佳效果。

五、创新点

1.用石英钟代替灵敏电流计，延长充、放电的时间，增强了演示效果。

2.根据石英钟工作所需电流的方向，学生能更简便地判断充放电电流的方向。

3.改进后的装置操作简单、实验现象明显，成本较低，能更好地达到教学效果。

图3 改进后的实验装置实物