探究影響平行板電容器電容的因素實驗教學一、使用教材人教版普通高中課程標準實驗教科書：《物理》必修三二、實驗器材1、實驗器材：創新自制教具：“影響平行板電容器電容的因素探究儀”、起電機、電吹風實驗裝置如圖所示:由空氣隔離罩、靜電計升降臺、平行板滑動裝置、隔離板轉動裝置組成。隔離板轉動裝置平行板滑動裝置靜電計升降臺空氣隔離罩圖1正面圖隔離板轉動裝置平行板滑動裝置靜電計升降臺空氣隔離罩圖1正面圖圖2反面圖圖2反面圖2、自制實驗器材制作主要材料及配件：平行板（200mm）、靜電計、有機玻璃板（厚4mm）、塑料棒（25mm）、有機玻璃膠（三氯甲烷）、云母板、齒條升降桿、齒輪、導線及膠水等。制作規格圖紙圖4側面視圖圖3頂面視圖圖4側面視圖圖3頂面視圖制作方法與步驟（1）用有機玻璃板制作一個長刷600mm、寬420mm、高610mm的長方體箱子，頂面可以不密封為活動板方便裝配器件。底部隔出120mm高的隔離密封層。（2）如圖4左面距隔板上方約20mm上方開一個220mm130mm的口，再裝上一個滑道門（便于給平行板帶電）。前方在隔板上開一個25mm的孔，將25mm的塑料棒據成適當長度，穿過孔，在底板上做一底座，距底座20mm處安裝一金屬橫桿，通過轉動金屬橫桿來轉動塑料棒插入和移出電介質。（3）在隔板中央偏前方位置開一個1.3mm3.0mm的小孔，將升降座安裝在隔板的下方，升降桿穿過小孔，用玻璃膠固定好。將調節桿加長至玻璃框外，便于操作。（4）在升降桿上固定一絕緣平臺，將靜電計固定在平臺上。用白板筆將靜電計的指針涂上紅色，更換靜電計的絕緣塞子（由有機玻璃自制）。在靜電計的指針的頂桿鉆一個4mm的孔，并攻5mm的螺絲孔。將一個平行板安裝在靜電計的頂端，用5mm的螺絲固定。（5）在頂板上安裝一導軌，將另一平行板安裝在導軌上，通過細麻繩拖動平行板（期間安裝兩個小定滑輪），使平行板左右移動。（6）用A3紙裁出200mm的圓50張。用膠水將50張圓紙一張張粘貼成一個紙質電介質圓盤。用云母板制作一200mm的圓盤，用有機玻璃棒做一手柄，用螺絲將手柄固定在豎直的塑料棒上，如圖3所示。（7)將所有儀器組裝完成，將地板密封，用塑料棒做四個腳安裝在地板上。將隔層噴上藍色油漆，按實驗方案接上導線，實驗儀器即制作完成。三、實驗創新要點1.傳統實驗方案的主要問題：（1）南方的天氣比較潮濕，特別容易漏電，實驗基本無法操作（2）靜電計本身的電容對平行板電容器電容的影響由于靜電計的接入，實驗中當改變平行板電容器的電容時，其電容器上的電量是在改變的，且變化范圍是比較大的，因為靜電計本身有一定的電容（11.8pF）且保持不變，靜電計和平行板電容器并聯，各自所帶的電量與其電容大小成正比，當靜電計指針變化時，即電勢差改變，則靜電計上所帶的電量必然隨著變化。由于總電量是保持不變的，顯然電容器上所帶電量也必須相應發生改變。如果將靜電計和平行板當做一個整體來看，其總的電荷量是保持不變的。所以這個實驗能否達到預期的效果，關鍵是靜電計的電容是否比平行板間的電容小很多。(3)靜電計的絕緣橡膠塞存在高壓漏電現象（4）一般電介質在插入極板間時，電容變化不是很明顯2.本次實驗教學的改進和實驗儀器的優越性（1）用有機玻璃制作箱子將實驗儀器密封，用電風吹或干燥劑干燥箱子內部，解決空氣潮濕漏電問題。（2）更換靜電計的絕緣橡膠塞為自制絕緣塞子，解決靜電計本身高壓漏電問題。（3）自制云母板加紙盤作為電介質，使實驗效果更加明顯。（4）實驗的時候應盡量減少兩極板間的距離，實驗證明當兩極板之間的距離小于2cm時，靜電計的電容對本實驗的影響不大。（5）探究儀集成板間距調節裝置、正對面積調節裝置、電介質板插入移出及更換裝置，使實驗操作簡單方便。（6）該實驗儀器制作美觀、實驗操作方便、實驗現象明顯，能很好地進行課堂演示實驗。四、實驗原理與設計1、實驗原理使得Q不變，用靜電計測量U的變化來說明電容C的變化五、實驗教學內容使用控制變量法探究平行板電容器的電容與板間距、極板正對面積、電介質性質之間的關系具體實驗步驟如下：1.打開右側小門，用吹風機吹干玻璃罩內空氣，用起電機給極板帶上電荷，并關上小門。2.通過升降桿抬高和降低靜電計的高度來改變平行板間的距離d，當d減小時，C增大，U減小，偏轉角度變小；當d增大時，C減小，U增大，偏轉角度變大。3.通過調節上平行板左右移動來改變平行板間的正對面積S，當S減小時，C減小，U增大，偏轉角度變大；當S增大時，C增大，U減小，偏轉角度變小。4.通過轉動邊緣直桿來插入或移出電介質。插入電介質時，C增大，U減小，偏轉角度變小；移出電介質時，C減小，U增大，偏轉角度變大。六、實驗教學目標1.知識與技能通過實驗探究，使學生了解影響平行板電容器電容的因素，理解掌握平行板電容器電容和板間距、極板正對面積、電介質介電常數之間的關系并能加以實際應用。2.過程與方法使學生掌握實驗探究物理量之間關系的方法。3.情感態度與價值觀讓學生經歷和體驗探究過程，尊重事實和實驗，學會用科學方法積極探究規律與學習新知識，提高解決實驗實際困難的能力。七、實驗教學過程（一）提出問題

平行板電容器的電容跟什么因素有關？請同學們結合所學的電容器的基本構造與電容的定義式思考后回答

（二）合理猜想影響平行板電容器電容的因素可能有：板間距？正對面積？電介質性質？其他因素？（三）實驗：探究影響平行板電容器電容的因素

1.實驗目的探究影響平行板電容器電容的因素有哪些

定性探究平行板電容器電容與其相關因素的關系

2.實驗方法控制變量法3.實驗原理關鍵問題是如何測量或反映平行板電容器電容大小及其變化使得U不變，測量Q的變化使得Q不變，測量U的變化4.實驗器材：自制影響平行板電容器電容的因素探究儀(見前文)5.實驗步驟（1）用吹風機將玻璃箱內空氣吹干，降低空氣濕度，防止實驗過程中極板所帶電荷量過快減少，用起電機使極板帶上一定的電荷量。

（2）改變板間距d，觀察和記錄隨著板間距的減小，靜電計所測的兩板間電壓是增大還是減小

（3）改變極板正對面積S，觀察和記錄隨著正對面積的減小，靜電計所測的兩板間電壓是增大還是減小

（4）改變極板間的電介質，將一塊云母片插入兩極板間，觀察和記錄靜電計所測的兩板間電壓是增大還是減小

6.實驗結論（1）平行板電容器的電容與兩極板板間距有關，板間距越小，電容越大

（2）平行板電容器的電容與兩極板正對面積有關，正對面積越小，電容越小

（3）平行板電容器的電容與兩極板間電介質有關，在兩板間的空氣中插入其他電介質，電容增大

（四）平行板電容器電容的決定公式

進一步的定量實驗和理論分析表明，當平行板電容器的兩極板間是真空時，電容C與極板的正對面積S、極板間距離d的關系為：εrεr電容變大為真空時的εr倍，即：εr是一個常數，與電介質的性質有關，稱為電介質的相對介電常數

八、實驗效果評價借助于自制的“影響平行板電容器電容的因素探究儀”，完全解決了傳統靜電實驗中因為空氣潮濕導致漏電過快無法操作的問題，學生在演示