◆湖南省汨羅市第四中學(xué) 任擎宇

電容器在各種電子儀器中應(yīng)用廣泛，充電、放電是電容器工作的主要形式，也是學(xué)生必須掌握的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。新課標(biāo)教材中，電容器的充電和放電演示實(shí)驗(yàn)用串聯(lián)靈敏電流計(jì)來(lái)觀察。也可用傳感器檢測(cè)裝置進(jìn)行演示，讓師生對(duì)電容器的認(rèn)識(shí)更形象、直觀。

為增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)演示效果，我在教學(xué)演示的過(guò)程中，對(duì)該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)。機(jī)將電流信號(hào)顯示出來(lái)。

一、原實(shí)驗(yàn)裝置操作說(shuō)明

如圖1，當(dāng)開(kāi)關(guān)打至1時(shí)，電源對(duì)電容器充電，靈敏電流計(jì)檢測(cè)到有電流通過(guò)，指針偏轉(zhuǎn)；當(dāng)開(kāi)關(guān)打至2時(shí)，電容器放電，靈敏電流計(jì)檢測(cè)到有電流通過(guò)，指針偏轉(zhuǎn)。可根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向來(lái)判斷電流的方向。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置電路圖

用傳感器檢測(cè)裝置進(jìn)行充電和放電演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需將靈敏電流計(jì)替換為電流傳感器，再與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算

二、原實(shí)驗(yàn)裝置的不足之處

1.因電容器充電和放電的時(shí)間較短，通過(guò)靈敏電流計(jì)的電流實(shí)效較短，不便于觀察。

2.通過(guò)靈敏電流計(jì)的電流強(qiáng)度若超出其量程，電流計(jì)有被燒壞的風(fēng)險(xiǎn)。

3.實(shí)驗(yàn)儀器相互獨(dú)立造成實(shí)驗(yàn)操作不便，且桌面演示不便于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，預(yù)期效果不明顯。

4.利用傳感器檢測(cè)裝置開(kāi)展實(shí)驗(yàn)在部分學(xué)校未被普及。

三、改進(jìn)裝置原理

電容器的充放電時(shí)間較短，不便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。根據(jù)石英鐘耗電量小的特點(diǎn)，我將鬧鐘接入電路，可延長(zhǎng)電容器充放電的時(shí)間，并根據(jù)石英鐘工作時(shí)所需電流的方向判斷充放電電流的方向。

如圖2所示，自制帶支架的木板，木板上有如圖1所示的電路圖和A、B兩個(gè)鬧鐘，K為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，C為電容器，E為電源。當(dāng)開(kāi)關(guān)打至1時(shí)，電源給電容器充電，A鬧鐘開(kāi)始走動(dòng)，充電完成后，A鬧鐘停止走動(dòng)。再將開(kāi)關(guān)打至2，電容器放電，B鬧鐘開(kāi)始走動(dòng)，放電完成后，B鬧鐘停止走動(dòng)。還可用鬧鐘的轉(zhuǎn)動(dòng)方向表示電流的方向。

圖2 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)原理圖

四、演示方法

1.將電池的正負(fù)極分別與石英鐘的正負(fù)極連接，指針走動(dòng)；若接反，指針靜止。

2.在木板上將電路連接好，分別將A、B鬧鐘的指針撥到0秒位置，開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)。

3.將開(kāi)關(guān)K打到1，電容器充電，A鬧鐘開(kāi)始走動(dòng)，說(shuō)明左邊回路有電流通過(guò)，且為順時(shí)針?lè)较?。A鬧鐘停止走動(dòng)，則充電完成。

4.將開(kāi)關(guān)打至2，電容器放電，B鬧鐘開(kāi)始走動(dòng)，說(shuō)明右邊回路有電流通過(guò)，且為順時(shí)針?lè)较?。B鬧鐘停止走動(dòng)，則放電完成。

5.重復(fù)演示實(shí)驗(yàn)，達(dá)到最佳效果。

五、創(chuàng)新點(diǎn)

1.用石英鐘代替靈敏電流計(jì)，延長(zhǎng)充、放電的時(shí)間，增強(qiáng)了演示效果。

2.根據(jù)石英鐘工作所需電流的方向，學(xué)生能更簡(jiǎn)便地判斷充放電電流的方向。

3.改進(jìn)后的裝置操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，成本較低，能更好地達(dá)到教學(xué)效果。

圖3 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物