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)生必須掌握的一個知識點。新課標(biāo)教材中,電容器的充電和放電演示實驗用串聯(lián)靈敏電流計來觀察。也可用傳感器檢測裝置進(jìn)行演示,讓師生對電容器的認(rèn)識更形象、直觀。
為增強實驗演示效果,我在教學(xué)演示的過程中,對該實驗裝置進(jìn)行了改進(jìn)。
一、原實驗裝置操作說明
如圖1,當(dāng)開關(guān)打至1時,電源對電容器充電,靈敏電流計檢測到有電流通過,指針偏轉(zhuǎn);當(dāng)開關(guān)打至2時,電容器放電,靈敏電流計檢測到有電流通過,指針偏轉(zhuǎn)。可根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)方向來判斷電流的方向。
用傳感器檢測裝置進(jìn)行充電和放電演示實驗時,只需將靈敏電流計替換為電流傳感器,再與計算機相連,計算機將電流信號顯示出來。
二、原實驗裝置的不足之處
1.因電容器充電和放電的時間較短,通過靈敏電流計的電流實效較短,不便于觀察。
2.通過靈敏電流計的電流強度若超出其量程,電流計有被燒壞的風(fēng)險。
3.實驗儀器相互獨立造成實驗操作不便,且桌面演示不便于學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象,預(yù)期效果不明顯。
4.利用傳感器檢測裝置開展實驗在部分學(xué)校未被普及。
三、改進(jìn)裝置原理
電容器的充放電時間較短,不便于觀察實驗現(xiàn)象。根據(jù)石英鐘耗電量小的特點,我將鬧鐘接入電路,可延長電容器充放電的時間,并根據(jù)石英鐘工作時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兩個鬧鐘,K為單刀雙擲開關(guān),C為電容器,E為電源。當(dāng)開關(guān)打至1時,電源給電容器充電,A鬧鐘開始走動,充電完成后,A鬧鐘停止走動。再將開關(guān)打至2,電容器放電,B鬧鐘開始走動,放電完成后,B鬧鐘停止走動。還可用鬧鐘的轉(zhuǎn)動方向表示電流的方向。
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;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,開關(guān)處于斷開狀態(tài)。
3.將開關(guān)K打到1,電容器充電,A鬧鐘開始走動,說明左邊回路有電流通過,且為順時針方向。A鬧鐘停止走動,則充電完成。
4.將開關(guān)打至2,電容器放電,B鬧鐘開始走動,說明右邊回路有電流通過,且為順時針方向。B鬧鐘停止走動,則放電完成。
5.重復(fù)演示實驗,達(dá)到最佳效果。
五、創(chuàng)新點
1.用石英鐘代替靈敏電流計,延長充、放電的時間,增強了演示效果。
2.根據(jù)石英鐘工作所需電流的方向,學(xué)生能更簡便地判斷充放電電流的方向。
3.改進(jìn)后的裝置操作簡單、實驗現(xiàn)象明顯,成本較低,能更好地達(dá)到教學(xué)效果。
發(fā)明與創(chuàng)新·中學(xué)生2022年2期