专利名称：同轴悬挂式平行板电容器演示器的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种物理演示教具。在高中物理教学中用来演示平行板电容器的电容C0跟两极板之间的距离d、两极板相对面积S和极板间电介质的介电常数ε的关系。
现有的平行板电容器演示器，有的是一个极板固定、手执另一个极板上的绝缘手柄进行演示(①《中学物理教师手册》下册第801页，上海教育出版社，1983年出版，书号7150.2747－2；②《中学物理实验教学研究》第103页，高等教育出版社，书号13010.01218；③高级中学课本《物理》第三册(选修)第209页，人民教育出版社，1992年出版，书号ISBN－107－01314－9／G.2649)。还有的是把两个极板都支撑在底座上，两个底座分置于桌上或安装在水平导轨的滑块上(①《中学理科仪器与实验》第132页，江西人民出版社1983年出版，书号7110.393；②《中学物理实验》下册第38页，广播出版社，1984年出版，书号7236.031；③《物理》第三册第78页，上海科学技术出版社1983年出版，书号13119.595)。
现有平行板电容器演示器的缺点是1、平行板电容器的两个极板的平行没有保障，极板接近时易相碰，导致实验失败，这使演示者不敢在极板很接近的情况下进行演示。这时，平行板电容器的电容小，它在总电容(静电计电容、连接线间电容和平行板电容器并联成总电容)中所占份额就小，平行板电容器的d、s、ε变化引起的电压变化就小，导致静电计指针张角变化小，演示效果就差。
2、演示平行板电容器所用的静电计很不灵敏。0.5千伏到0.8千伏的电压才能使它的指针张开；静电计指针在同一位置，电压可能有0.4千伏的差别；静电计指针静止在某一非零位置后，电压变化上百伏甚至二百伏，才能使指针偏转。这与现有静电计的结构有关；现有静电计闭合时，指针与中心杆完全靠在一起，指针又比中心杆短，当静电计中心杆带电后，分布在指针上的电荷较少，与中心杆的斥力就小，只有当电压足够高、中心杆带电足够多时，指针与中心杆间的斥力才足以克服阻力矩而张开，这使现有静电计很不灵敏。
3、漏电严重，在潮湿地区或阴雨天气不能进行演示。
本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种在不增大极板尺寸的情况下，可增加平行板电容器的电容，增大其在总电容中的份额，提高静电计灵敏度，且可堵绝漏电的平行板电容器演示器。
为达到上述目的，本实用新型根据的原理和技术方案是1、平行板电容器的电容C0＝ (εs)/(4πkd) ……①式中d是两极权间的距离，S是两极板的相对面积，ε是两极板间电介质的介电常数，K为静电力恒量。
当电容器带电量为Q时，若它的两极间电压为U，则C＝ (Q)/(U) ……②在平行板电容器演示实验中，用静电计来显示两极间的电压，静电计指针张角越大，两极间的电压就越高。若保持平行板电容器的带电量Q不变，改变d、s、ε、(插入或拔出介质板)，由静电计指针张角的变化，看出两极板间电压的变化，再由②式判断C的变化，从而定性地验证公式①。
在上述关于实验原理的叙述中，没有考虑静电计的电容C1和连接线间的电容C2。实际上静电计的中心与外壳组成一个电容器，它能用来测电压就是因为中心杆与外壳间电压升高时，中心杆作为电容器的一个极带电就多，指针与中心杆间的斥力就大，指针张角随之增大。用WQ－5A型万用电桥测得(以下引用的测量值都是用它测的)C1为8～12皮法，C2为1～3皮法。在本实验中，在带电量不变的情况下决定电压变化的不是平行板电容器的电容C0，而是C0、C1和C2并联的总电容C＝C0＋C1＋C2。只有C0在总电容C中所占份额较大时，C0的变化才能对C，进而对U有较大的影响，静电计的指针张角才会有明显的改变，演示的效果才会好。而演示用的静电计的尺寸不能小，C1就不能减小，所以改进平行板电容器演示实验的途径是增大C0和减小C2主要是增大C0。
本实用新型把介质极和活动极板皆悬挂在横轴上，并与固定极板平行，且活动极板移到与固定极板最近时仍有1～2毫米的距离。这种结构使两个极板的平行有了保障，又不必担心极板相碰，可以放心地使极板接近，还可以在d很小的情况下演示C0跟S、ε、的关系。这时，C0的值大，C0在总电容C中所占份额大，C0的变化对C的影响显著，演示效果自然就好。
下表的数据显示了两极板距离，对本演示实验的重要作用。两极板间距离5～6毫米是本实用新型能够达到的，而极板间距离10毫米，是现有演示器很难达到的。
2、为解决平行板电容器演示的静电计不灵敏的问题，本实用新型使静电计中心杆的下端与指针的下端平齐，且闭合时留有一个小间隙(小夹角)，这使静电计中心杆带电后，中心杆下端与指针下端同时带电而相斥，灵敏度大大提高，下面是改进前后性能的对比表。
3、为解决漏电问题可将①静电计前扣窗密封，封入干燥空气，并内置吸水材料；②颈塞涂覆一层防水汽绝缘材料如石腊或防水绝缘涂料。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点用本实用新型演示平行板电容器的电容C0随d、s、ε改变的情况，每项变化时静电计指针张角的变化都超过30度，十分明显。又因为堵绝了漏电，能在潮湿地区、阴雨天气正常演示，性能稳定可靠。
附图
为本实用新型的结构图，
以下结合附图对本实用新型的结构作进一步详述。
1、如图所示，整个平行板电容器装在一个支架上，左支架17上竖直地固定着绝缘板10，固定极板1竖直地固定在绝缘板10上。水平横轴6与固定极板1垂直，上面穿着滑套9和滑套7，滑套9和滑套7能在横轴6上自由地转动和平移又间隙很小，滑套9和滑套7上各装有一个操纵杆8，使演示者能方便地操纵滑套9和滑套7的运动，从而方便地操纵固定在滑套9的介质板2和经绝缘板条4固定在滑套7上的活动极板3的旋转和平移。介质板2和活动极板3这样悬挂在同一个横轴6上，保证了它们跟固定极板1总能保持严格的平行。绝缘板10和固定极板1的位置调节到即使把介质板2旋起并把滑套7连同活动极板3向左推到极端位置时，活动极板3也不与固定极板1相碰，仍有1～2毫米的间隙。
2、平行板电容器示器的静电计14和平行板电容器固定在同一底板5上，相距很近。静电计中心杆13的顶端与平行板电容器的固定极板1用很短的架空硬导线11连接，静电14的外壳经底座和底板5下面的导线18与活动极板3相连。这样既防止了通过导线11漏电，又使连接线间电容减至最小。
3、把现有静电计作如下改制后才用来做平行板电容器演示器的演示器①使中心杆13的下端与指针15的下端平剂；②把指针15上端稍稍捏弯，使指针15在不带电闭合时，其下部与中心杆13的下部仍有一个小间隙(小夹角)；③把颈塞12作清洁处理后，外部涂覆一石腊；④静电计14的前后玻璃窗四周用石腊进行密封，使它不透气。静电计14内封入干燥的空气，并装入硅胶16。前两个措施是为了提高本演示器的静电计的灵敏度，后两个措施是为了堵绝经静电计漏电。
权利要求1.一种同轴悬挂式平行板电容器演示器，包括由固定极板(1)、介质板(2)、活动极板(3)组成的平行板电容器和用静电计(14)，其特征在于介质板(2)和活动极板(3)皆悬挂在横轴(6)上，并与固定极板(1)平行；组成平行板电容器的静电计(14)和平行板电容器固定在同一底板(5)上；固定极板(1)与静电计(14)的中心杆(13)的顶端用导线(11)连接；静电计(14)的中心杆(13)与指针(15)下端平齐，指针(15)与中心杆(13)下端有一小间隙(小夹角)；颈塞(12)外部涂覆一层防水汽绝缘材料；静电计(14)内封入干燥空气。
2.如权利要求1所述的平行板电容器演示器，其特征在于所说的介质板(2)和活动极板(3)悬挂在横轴(6)上的方式是横轴(6)上穿着滑套(9)和滑套(7)；介质板(2)固定在滑套(9)上，滑套(7)上固定着绝缘板条(4)，绝缘板条(4)上固定着活动极板(3)；固定极板(1)固定在绝缘板(10)上，绝缘板(10)固定在支架(17)上；横轴(6)与固定极板(1)垂直，活动极板(3)、介质板(2)与固定极板(1)保持平行；调节固定极板(1)的位置，使活动极板(3)移到与固定极板(1)最近时，仍有1～2毫米的距离。
3.如权利要求1所述的平行板电容器演示器，其特片在于所述的固定极板(1)与静电计心杆(13)顶端的连接导线(11)为架空硬导线。
4.如权利要求1所述的平行板电容器演示器，其特征在于所述的颈塞(12)外部涂覆的防水汽绝缘材料为石腊、防水绝缘涂料。
5.如权利要求1所述的平行板电容器演示器，其特征在于在所述静电计(14)内放有吸水材料(16)。
6.如权利要求5所述的平行板电容器演示器，其特征在于所述的吸水材料(16)为硅胶、无水氯化钙。
专利摘要本实用新型是一种物理演示教具。其技术特征是；介质板和活动极板同轴悬挂，在旋转与平移时能与固定极板严格地保持平行，使活动极板跟固定极板不相碰，静电计跟平行板电容器固定在同一底板上，固定极板与静电计中心杆顶端用很短的架空硬导线连接，静电计中心杆下端与指针下端平齐，指针稍稍捏弯，闭合时下端跟中心杆有小间隙，颈塞经清洁处理后，外部覆盖一层石蜡，前后玻璃窗四周用石蜡密封，其内封入干燥空气。
文档编号G09B23/00GK2199572SQ9421238
公开日1995年5月31日 申请日期1994年5月20日 优先权日1994年5月20日
发明者贾保成 申请人:贾保成