自制电容器开启探究之旅

黄俊铭 朱凯建 李浩

在学习电容器构造、电容器充放电、影响电容大小的因素等知识后，我们发现电容器种类繁多，外形“千奇百怪”。既然任何两个彼此绝缘又相隔很近的导体，都可以看成一个电容器，那么自己动手制作一个电容器应该不难吧。

于是我们成立了研究小组，开启了自制电容器的探究之旅。

一、自制电容器

（一）平行板电容器

教材中介绍的平行板电容器由两块平行铝板构成，如图1（a）。然而，铝板不易得，所以我们改用易得的锡箔纸、A4纸、饮料瓶等。

我们将锡箔纸固定在A4纸表面，制成极板，再在两块极板之间夹一张A4纸，制成简单的平行板电容器，如图1（b）。

（二）管状电容器

在平行板电容器的基础上，将其卷成管状，并从两块极板引出导线，制成管状的电容器。制作这种电容器的材料与平行板电容器一样，但更节约空间，如图1（c）。

（三）瓶状电容器

受课后习题“电容器可测液体高度”的启发，我们用饮料瓶、锡箔纸和金属丝等材料制作了一个特别的电容器：在塑料瓶外包裹一层锡箔纸，瓶内有一根金属丝穿过瓶盖，与盖上用锡箔纸做的小球相连，并往瓶内加入电解质溶液，如图1（d）。

二、测量自制电容器的电容

使用数字多用表测量自制电容器的电容大小。每种电容器分别在不同位置共测量6次，得到6组数据，取平均值，平行板、管状、瓶状电容器的电容值分别是2.84 nF、6.70 nF、1.35 nF。

测量结果显示：瓶状电容器的电容最小，管状电容器的电容最大。有趣的是，制作管状电容器与平行板电容器的材料一致，管状电容器的电容却明显较大。对此，我们讨论推测，这是因为两块极板之间的距离相同，而管状电容器中两块极板的重叠面积大于平行板电容器的，根据电容的决定式，正对面积增加，则电容变大。

我们还意外发现，在测量管状电容器的电容过程中，如果用手按压电容器，数字多用表的示数会变大！重复操作几遍，结果依然如此。经过讨论我们认为，该电容器的正对面积没有改变，用手按压电容器这个行为很有可能令两块极板间的距离减小，导致电容变大。

发现问题并能用所学知识解释现象、解决问题，这样的体验让我们很兴奋，很有成就感！

三、探究影响平行板電容器电容的决定因素

实验采用控制变量法，分别探究平行板电容器的相对面积与相对距离对电容的影响。

（一）实验1：保持两块平行板距离d不变，改变相对面积S

将平行板电容器上的极板分为9等分，上下两块极板重合时，相对面积记为9S，将上极板往左移动一格，则相对面积变为8S，由此实现面积的定量改变。用万用表记录电容数据，如表1所示。

利用Excel表格处理数据，以电容均值为y轴，两板相对面积为x轴，获得两者的散点图。通过连线发现，在误差允许范围内，是一条过原点的直线，如图2，说明电容与两板相对面积成正比。

（二）实验2：保持两平行板相对面积S不变，改变板间距离d

将平行板电容器上下两块极板重合，保持相对面积为9 S不变，在两块极板之间分别放入厚度相同的书籍，放入一本，板间距离记为1 d，放入两本，记为2 d，以此类推，实现板间距离的定量改变。用万用表记录电容数据，如表2所示。

利用Excel表格处理数据，以电容均值为y轴，板间距离d为x轴，获得一条类似反比的曲线，如图3（a），由此，推测电容与板间距离成反比，但这条曲线无法准确说明反比关系。我们转换思路，以电容的倒数为y轴，板间距离为x轴，得到一条过原点的直线，如图3（b），这说明电容的倒数与板间距离成正比，即电容与板间距离成反比。

通过自制的电容器，我们从定量的角度验证了电容的决定式，并在课堂上展示给其他同学看，帮助大家更深入地理解这个公式，我们觉得很有成就感！

四、探究感想

经过本次实验，我们感触良多。实践探究比理论复杂得多，理论学习是回顾前人总结好的知识，而在实践探究中，我们面对的是最真实、最原始的现象，需要细心地探索、处理数据，得出结论。将课堂上学习的知识与实际生活联系起来，能解释生活中的一些现象。

创新探究活动增强了我们的动手实践能力，提高了团队协作能力，培养了我们发现问题、解决问题的科学思维。在高中生活中，这种提升自我能力的机会十分宝贵，我们一定会秉承实事求是、刻苦钻研的科学精神，在往后的学习和生活中继续开展实践探究，不断提升自我。（指导老师：李子根）

（栏目编辑  秦银银）