平行板电容示教仪

杨智程

作品简介

平行板电容示教仪是针对高中物理教学实际需要开发的，可以定量研究平行板电容器的决定式C=εS/4πkd，不需要给电容器带电荷，使实验不受环境条件影响。

研究价值

高中物理选修3-1第一章第八节《电容器的电容》，有一个演示实验“研究影响平行板电容器电容大小的因素”，是本节教学内容的难点，做好演示实验是突破难点的最好办法。然而，教材中的实验存在诸多问题。

（1）静电实验对实验装置、实验环境都有着极高的要求，一般课堂上很难看到静电计的偏角发生明显变化，演示效果大打折扣。

（2）实验无法对极板间距、正对面积等进行定量测量，只能通过观察静电计偏角大小来间接反映电容器电容的变化，因此，实验只能是定性描述。定性研究的前提是电容器两极板带电量Q值恒定，而这一点在实际操作中也是很难保证的。

（3）学生对静电计工作原理（静电计的偏角大小可以反映平行板电容器两极板间的电压）的理解也存在很大困难，这就大大增加了学生对该实验的理解难度。

基于以上考虑，在老师的指导下我发明了这样一套教学仪器。

工作原理

我发明的这款仪器可以定量研究平行板电容器的决定式C=εS/4πkd。用两块鋁板充当平行板电容器的极板，一块固定在螺旋测位计上，另一块固定在滑块上。

通过调节螺旋测位计改变两极板之间的距离，研究电容与极板间距的关系；通过移动滑块改变两极板正对面积，研究电容与极板正对面积的关系；在两极板间插入不同介质板，研究电容与介质介电常数的关系。电容值用数字电容表测量，就可以进行具体的定量分析。

创新点

（1）通过螺旋测微结构，解决了两极板间距变化的精密测量。

（2）通过滑块解决了两极板正对面积的定量变化。

（3）极板间可以插入不同介质材料，研究介电常数的影响。

（4）用电容表直接测量平行板电容器的电容值，不需要给电容器带电荷，实验不受环境条件影响。