電容器充放電實驗演示儀

蘇靜 阮長久 阮馨儀

(金華第一中學(xué) 浙江 金華 321015)

普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理·選修3-1》，第一章第八節(jié)電容器的電容中電容器的充放電是難點.電容器的充電、放電過程是短暫的，不容易捕捉和觀察.但是充放電過程本身又包含了電容器的工作原理，所以在課堂中有必要對電容器的充放電過程進(jìn)行放大，從而加深學(xué)生對電容器工作原理的認(rèn)識．為此筆者制作了一套多功能電容器充放電演示儀，教學(xué)效果較好．

1 工作原理

對學(xué)生來說，電容器是一個新鮮的物理器件，電容是一個比較抽象的概念；若只停留在理論的講述和抽象的論證上，學(xué)生難以理解和接受．

常規(guī)實驗方式：用電池組或者學(xué)生電源對電容器進(jìn)行充電，充電電路中連接一個小燈泡，通過小燈泡的亮滅感知充電過程中電路中電流的變化，充電完畢，燈泡熄滅，電流消失．放電過程，把電容器和小燈泡串聯(lián)，通過觀察小燈泡的“閃亮”，體驗放電過程的短暫和正負(fù)電荷中和的實際效果．這種方式效果比較明顯，使學(xué)生對充放電現(xiàn)象有個基本的感知．但是，怎么才能讓充放電實驗留下較為永久的記憶呢？

改進(jìn)方式：換電池組為220 V電壓，換小燈泡為25 W的白熾燈，換用大電容的電容器，制作60 cm×50 cm示教板，如圖1所示.在示教板上畫上充電電路(電源、開關(guān)、電容器和白熾燈串聯(lián)電路)，閉合開關(guān)，白熾燈變亮與熄滅形成強烈對比，給學(xué)生以強烈的視覺沖擊．放電過程，用一根長直導(dǎo)線兩端與電容器兩極板3-3′接觸.大容量的電容器放電出現(xiàn)火花，還伴有學(xué)生都能聽見的聲響.也可以通過燈泡放電，還可以通過保險絲放電，從而演示充電后的電容器確實有電，放電電流可以產(chǎn)生多種效果．

通過改進(jìn)實驗，使充放電現(xiàn)象得到放大，給學(xué)生以視覺和聽覺沖擊，形成親身體驗，學(xué)生對充放電實驗留下刻骨銘心的記憶，對電容器的工作原理也會有更深刻的理解．

圖1 實驗裝置的示教板

2 元件選擇

“220 V，25 W”白熾燈泡2只, 80 μF/330 V電解電容器2個;S為“220 V，10 A”閘刀開關(guān),D為耐壓大于400 V的整流二極管,量程為500 V的44C2型電壓表1只,35 cm導(dǎo)線一段, 直徑0.5 mm鎳鉻絲1根.

3 說明

本裝置由于采用220 V電壓，故使用時應(yīng)特別小心.使用完畢后電容器要處于放電狀態(tài)．本實驗采用了燈泡和大容量的電容器，充電時間大大延長，可以連續(xù)充放電，視覺效果很生動，整個裝置放在一塊木板上，在板上畫有電路圖．

這樣，學(xué)生對電路圖一目了然，對出現(xiàn)的充放電現(xiàn)象觀察得清楚，便于學(xué)生從深層次去思考.