廣東省中山市卓雅外國(guó)語(yǔ)學(xué)校-高中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)說(shuō)課-電容器的電容

第7頁(yè)電容器的電容使用教材：人民教育出版社課程研究所.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)〔物理〕.高二選修3-1第一章第八節(jié).人民教育出版社實(shí)驗(yàn)器材：電容器〔3300uF〕、開(kāi)關(guān)、干電池、平面鏡、多塊同樣規(guī)格玻璃板和PVC發(fā)泡板、數(shù)字多用表、支架展臺(tái)、實(shí)物投影儀實(shí)驗(yàn)改良要點(diǎn)：尋找表征電容器儲(chǔ)存電荷特性的物理量教材中的方案：教學(xué)實(shí)施中存在的問(wèn)題：教材并未給出此實(shí)驗(yàn)的具體方案，如果沒(méi)有實(shí)驗(yàn)探究，僅憑講解，學(xué)生很難理解QU改良方案：電容器所帶電荷量不易直接測(cè)得，受到庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，可以將 將帶電量為Q的電容器與不帶電的相同的電容器并聯(lián)，屢次操作，可使 電容器的帶電量改變?yōu)镼2，Q4如果使用指針式電壓表直接測(cè)兩極間的電壓，電容那么會(huì)通過(guò)電壓表放 電，電荷量發(fā)生改變，而且放電過(guò)程中電壓表讀數(shù)快速減小，無(wú)法準(zhǔn)確讀 數(shù)。通過(guò)不斷嘗試，發(fā)現(xiàn)用數(shù)字式多用電表〔電壓擋〕測(cè)電容器兩極間電 壓U時(shí)，由于數(shù)字電壓表內(nèi)阻大，電容器幾乎不放電，讀數(shù)精確、穩(wěn) 定、易讀。因此，本實(shí)驗(yàn)采用數(shù)字式多用電表〔電壓擋〕測(cè)量電容器 兩端的電壓。實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖：圖1尋找表征電容器儲(chǔ)存電荷特性的物理量實(shí)驗(yàn)裝置圖探究影響平行板電容器的電容大小的因素教材中的方案教學(xué)實(shí)施中存在的問(wèn)題：精度不高。實(shí)驗(yàn)中利用靜電計(jì)指針的偏角大小判斷電勢(shì)差大小比擬粗 略，實(shí)驗(yàn)誤差較大；實(shí)驗(yàn)很難操作。靜電計(jì)所帶電荷量不多但電壓高，容易因?yàn)榭諝獬?濕或者絕緣性能不佳而漏電，影響實(shí)驗(yàn)的效果，甚至導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的成功率較 低；不便于定量研究。很難定量改變極板間距離和正對(duì)面積。教材中的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)巧妙、儀器簡(jiǎn)單、操作方便。但是由于漏電的影響，導(dǎo)致平常教學(xué)中實(shí)驗(yàn)很難成功，所以大局部教師選擇用動(dòng)畫(huà)、視頻或者純理論來(lái)替代實(shí)驗(yàn)的教學(xué)。改良方案：用數(shù)字多用表的電容擋直接測(cè)量電容器的電容；將手持式裝置改為固定式裝置；通過(guò)在兩極板間添加多塊相同厚度的玻璃板、錯(cuò)開(kāi)正對(duì)面積實(shí)現(xiàn)極板 間距離、正對(duì)面積的定量改變；通過(guò)在兩極板間改變電介質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)介電常數(shù)的改變。實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖：圖1正對(duì)時(shí)的實(shí)驗(yàn)裝置圖圖2錯(cuò)開(kāi)后的裝置圖圖3極板接線裝置圖4玻璃板抽拉裝置實(shí)驗(yàn)原理：尋找表征電容器儲(chǔ)存電荷特性的物理量通過(guò)電荷平分使一個(gè)電容器的帶電量定量改變?yōu)镼等比倍數(shù)，測(cè)出相對(duì)應(yīng)的電容器兩極間的電勢(shì)差U，列表得出同一個(gè)電容器比值Q探究影響平行板電容器的電容大小的因素利用控制變量法，研究一個(gè)平行板電容器的電容大小與極板間距離d、正對(duì)面積S之間的定量關(guān)系和電容大小與兩極間電介質(zhì)的定性關(guān)系。實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究得出一個(gè)電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極間的電勢(shì)差U成正比，比值QU通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究影響平行板電容器的電容大小的因素；通過(guò)運(yùn)用“控制變量法〞探究影響平行板電容器的電容大小的因素，進(jìn)一步體會(huì)科學(xué)探究的過(guò)程與方法；在教學(xué)過(guò)程中滲透決定事物本質(zhì)的是自身的因素，而與外部因素?zé)o關(guān)的思想。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容：尋找表征電容器儲(chǔ)存電荷特性的物理量將帶電量為Q的電容器與另一個(gè)不帶電的相同電容器并聯(lián)，屢次操作，可使該電容器的帶電量定量改變?yōu)镼2，Q4。用數(shù)字式電壓表測(cè)出該電容器兩端對(duì)應(yīng)的電壓U，觀察得出QU是一個(gè)常量的事實(shí)。探究影響平行板電容器的電容大小的因素用控制變量法，在正對(duì)面積不變時(shí)，在平行板間放入3、2、1塊有機(jī)玻璃板，對(duì)應(yīng)的間距變?yōu)?d、2d、d；間距保持為d時(shí)，正對(duì)面積通過(guò)錯(cuò)開(kāi)的方式由S變?yōu)閟2、s4、。分別測(cè)出對(duì)應(yīng)的電容，記錄在實(shí)驗(yàn)表格中，觀察得出平行板電容器與相關(guān)因素的定量關(guān)系。改變兩極板間電介質(zhì)，測(cè)出對(duì)應(yīng)的電容，得出電容C與兩極間電介質(zhì)有關(guān)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程：尋找表征電容器儲(chǔ)存電荷特性的物理量將帶電量為Q的電容器與另一個(gè)不帶電的相同電容器并聯(lián)，依次操作，可使該電容器的帶電量改變?yōu)镼2，Q4，用數(shù)字式電壓表測(cè)出該電容器兩端對(duì)應(yīng)的電壓U；將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)一的表格中；實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，一個(gè)電容器所帶的電荷量Q與電容器兩極間的電勢(shì)差U成正比，比值QU是一個(gè)常數(shù)，這個(gè)比值表征了電容器儲(chǔ)存電荷的特性。探究影響平行板電容器的電容大小的因素正對(duì)面積保持為S不變時(shí)，在平行板間放入3、2、1塊有機(jī)玻璃板，對(duì)應(yīng)的間距變?yōu)?d、2d、d；分別測(cè)出對(duì)應(yīng)的電容，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)二的表格中；將玻璃板全部抽出，極板間有一層極薄的絕緣膜，間距保持不變，正對(duì)面積通過(guò)錯(cuò)開(kāi)的方式由S變?yōu)閟2、s4。分別測(cè)出對(duì)應(yīng)的電容，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)三的表格中；正對(duì)面積為S時(shí)，電介質(zhì)替換為厚度為d的PVC發(fā)泡板。測(cè)出對(duì)應(yīng)的電容，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)四的表格中；實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，平行板電容器的電容與正對(duì)面積成正比，與極板間距成反比，與電介質(zhì)材料有關(guān)。實(shí)驗(yàn)參數(shù)電路板中電容器電容為3300uF，電池為一節(jié)干電池，平面鏡、玻璃板、PVC發(fā)泡板尺寸：長(zhǎng)500mm，寬500mm，厚度d=5mm.實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)：優(yōu)點(diǎn)：尋找表征電容器儲(chǔ)存電荷特性的物理量用電量等分的方法巧妙化解了電荷量難以定量測(cè)量的問(wèn)題，非?？旖?地得到電容的帶電量與電勢(shì)差成正比的關(guān)系，大大降低了學(xué)生對(duì)電容定義 理解的難度；雖然降低了教學(xué)難度，卻沒(méi)有降低教學(xué)要求，同時(shí)復(fù)原了物理本質(zhì)問(wèn) 題。探究影響平行板電容器的電容大小的因素在“探究影響平行板電容器的電容大小的因素實(shí)驗(yàn)〞中并未直接測(cè)出 平行板間距和正對(duì)面積，在平行板間放入假設(shè)干塊相同厚度的玻璃改變對(duì)應(yīng) 的極板距離，通過(guò)改變錯(cuò)開(kāi)面積的方式得到不同的正對(duì)面積。簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn) 過(guò)程，實(shí)驗(yàn)可操作性強(qiáng)；實(shí)驗(yàn)儀器取材方便，平面鏡、玻璃、數(shù)字多用表都是常見(jiàn)的材料和儀 器，儀器組裝方便，整套儀器價(jià)格也不高，適宜推廣。誤差分析：電容的定義電量等分時(shí)兩個(gè)電容不一樣〔選用更大的電容誤差更小〕；數(shù)字式多用表電勢(shì)差擋的誤差。探究影響平行板電容器的電容大小的因素平面鏡反面金屬極板鍍有一層很薄的絕緣材料，玻璃板之間有空氣間 隙，導(dǎo)致極板間距并不是準(zhǔn)確的3d、2d、和d〔選用介質(zhì)常數(shù)大的電介質(zhì) 材料誤差更小〕；平行板電容器的邊緣效應(yīng)〔