一种可定量探究平行板电容器的实验装置的制作方法

1.本实用新型涉及教学用具技术领域，尤其涉及可定量探究平行板电容器的实验装置。


背景技术：

2.目前，中学物理中涉及到研究影响平行板电容器电容大小的因素的实验教学，常用的实验器材由平行板电容器、验电器、起电机及导线构成。在实验室通过起电机给电容器充电，改变两极板之间的距离和正对面积来改变电容大小，观察验电器中指针偏转的夹角来说明电容器相关的因素。此种实验装置的两极板直接放在桌面上，实验过程中，进行两极板间距和正对面积的调节操作很不方便，移动极板时，容易发生极板的摇动、倾倒和相碰现象。
3.作为改进，申请号为cn201320121445.6的实用新型专利公开了一种平行板电容器教学实验仪，包括平行板电容器以及静电计，平行板电容器包括两极板和位于两极板之间的电介质板，静电计与极板电连接实现对平行板电容器的两极板间电压检测显示，还包括有仪器安装架，仪器安装架上设有供平行板电容器安装的电容器安装平台，平行板电容器的两极板定位安装在电容器安装平台上，电容器安装平台上设有纵向轨道和横向轨道，极板安装在纵向轨道和横向轨道上可滑移实现两极板相对面积和间距的调节。
4.该平行板电容器教学实验仪设置有仪器安装架，在仪器安装架上设置横向轨道和纵向轨道，将电容器的极板安装在横向轨道和纵向轨道上，从而实现两极板之间的间距和相对面积的调节。实验时需要实验者移动极板，手易抖动，数据易变化，不能快速实现定量测量，在日常教学中很容易因为实验环境或者实验者操作不当而无法实现教学效果的情况。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种可定量探究平行板电容器的实验装置，可以直接操作船型开关，快速定量的观察不同距离、不同正对面积、不同介质时，两极板之间电容的变化，进行探究实验。
6.一种可定量探究平行板电容器的实验装置,包括电容器安装平台上设置的控制接线区、定性研究区和定量研究区，所述的控制接线区包括公共接线口、定性探究开关和定量探究开关；所述的定性探究区包括水平极板、水平极板安装槽、垂直极板和垂直极板安装槽，水平极板通过在所述水平极板安装槽上滑动实现所述水平极板与所述垂直极板之间相对间距的调节，所述的垂直极板通过在所述垂直极板安装槽间滑动实现所述垂直极板与所述水平极板之间相对面积的调节。
7.实验时，实验者将数字电容表通过公共接线口连入电路，接通定性探究开关，通过水平拉动水平极板研究定性探究区域的两极板之间的距离和电容之间的关系。通过垂直拉动垂直极板可以观察到不同正对面积与电容之间的关系。
8.作为优选，所述的定量探究开关包括距离开关、面积开关和介质开关；所述的定量探究区包括距离探究区、面积探究区和介质探究区。
9.作为优选，所述的距离开关包括x个不同间距的独立开关；所述的距离探究区平行设置x+1个极板安装槽，所述的极板安装槽安装有间距不同的极板。
10.在实验时，实验者将数字电容表通过公共接线口连入电路，只需按下不同的距离的开关，即可定量探究两极板之间的不同距离的极板之间的电容，进而定量探究不同距离的极板与电容之间的关系。每个开关控制一组固定距离的极板，操作简单，实验方便。
11.作为优选，所述的面积开关包括y个不同相对面积的独立开关；所述的面积探究区设置y组相对面积不同的极板。
12.在实验时，实验者将数字电容表通过公共接线口连入电路，只需按下不同的相对面积的开关，即可定量探究两极板之间的不同相对面积的极板之间电容，进而定量探究不同相对面积的极板与电容之间的关系。每个开关控制一组固定相对面积的极板。
13.作为优选，所述的介质开关包括z个不同介质的独立开关；所述的介质探究区设置z组极板，所述的每组极板之间设置不同的介质。
14.在实验时，实验者将数字电容表通过公共接线口连入电路，只需按下不同介质的开关，即可定量探究两极板之间的不同介质的极板电容。每个开关控制一组确定介质的极板。
15.在具体制作时可以根据实验需要设置个数不同的距离开关、面积开关和介质开关。
16.作为优选，所述的极板为黏贴锡箔胶带的亚克力板。
17.通过采用上述方案，减少极板对空气的放电而造成的漏电现象，有效地避免了因为受空气环境等因素影响容易漏电而影响实验结果。
18.作为优选，所述的水平极板侧面设置有绝缘拉手。
19.使用了本实用新型提供的可定量探究平行板电容器的实验装置不仅可以实现定性实验研究，而且可以快速定量的观察不同距离、不同正对面积、不同介质时，两极板之间电容的变化。操作简单，使用方便，有效避免因为实验环境或者实验者操作不当而无法实现教学效果的情况。
附图说明
20.图1是本实用新型公开的一种可定量探究平行板电容器的实验装置结构示意图。
21.其中，1、电容器安装平台，11、公共接线口，12、定性探究开关，13、距离开关，14、面积开关，15、介质开关，21、水平极板，22、水平极板安装槽，23、垂直极板，24、垂直极板安装槽。
22.实施方式
23.如图1所示，一种可定量探究平行板电容器的实验装置,包括电容器安装平台1上设置的控制接线区、定性研究区和定量研究区.
24.控制接线区包括公共接线口11、定性探究开关12和5个距离分别为为1cm、2cm、3cm、4cm、5cm的距离开关13、5个正对面积分别为2cm*40cm、4cm*40cm、5cm*40cm、8cm*40cm、10cm*40cm的面积开关14和4个分别为云母片、石蜡纸、亚克力板、空气的介质开关15。极板
为亚克力板黏贴锡箔胶带。
25.定性探究区包括水平极板21、水平极板安装槽22、垂直极板23和垂直极板安装槽24，水平极板21通过侧面设置有绝缘拉手在所述水平极板安装槽22上滑动实现所述水平极板21与所述垂直极板23之间相对间距的调节，所述的垂直极板23通过在所述垂直极板安装槽24间滑动实现所述垂直极板23与所述水平极板21之间相对面积的调节。
26.实验时，观察两极板距离与电容大小之间的关系。在水平方向移动水平极板，观察电容表数值变化，可以观察到随着两极板之间距离变大，数值由大变小。
27.观察两极板正对面积与电容大小之间的关系。拉动垂直极板，改变正对面积，可以观察到随着正对面积的减小，电容表数值由大变小。
28.定量探究区包括距离探究区、面积探究区和介质探究区。
29.距离探究区平行设置6个极板安装槽，极板安装槽之间极板的距离分别设置1cm、2cm、3cm、4cm、5cm的不同的距离。面积探究区设置5组面积分别为2cm*40cm、4cm*40cm、5cm*40cm、8cm*40cm、10cm*40cm的极板。介质探究区设置分别为云母片、石蜡纸、亚克力板、空气的介质。
30.将数字电容表连入电路，定量探究两极板之间的距离、正对面积及不同介质与电容之间的关系。由于开关和导线均连入电路，在未接通开关时，导线和开关之间也构成电容器，其电容值为54.1pf。
31.定量探究两极板距离与电容大小之间的关系。依次接通两极板之间距离分别为1cm、2cm、3cm、4cm、5cm的开关，记录电容表的读数。
32.表1两极板之间距离与电容之间的关系
33.电容测量值c(pf)100.584.177.374.372.4导线及开关电容c(pf)54.154.154.154.154.1电容实际值c(pf)46.63023.220.218.3两极板之间距离d(cm)12345两极板之间距离的倒数1/d10.50.330.250.2
[0034][0035]
实验结论：电容的大小与两极板之间距离成反比例关系，即c
∝
1/d。
[0036]
定量探究两极板正对面积与电容大小之间的关系。以次接通两极板之间正对面积分别为2cm*40cm、4cm*40cm、5cm*40cm、8cm*40cm、10cm*40cm的开关，记录电容表的读数。
[0037]
表2两极板之间正对面积与电容之间的关系
[0038][0039][0040][0041]
实验结论：电容的大小与两极板之间正对面积成正比例关系，即c
∝
s。
[0042]
定量探究两极板间不同介质与电容大小之间的关系。以次接通两极板介质分别为云母片、石蜡纸、亚克力板、空气的开关，记录电容表的读数。
[0043]
表3两极板之间介质与电容之间的关系
[0044]
两极板间的介质云母石蜡纸塑料空气电容测量值c(pf)134.7123.1125.5130.1导线及开关电容c(pf)54.154.154.154.1电容实际值c(pf)80.66971.476
[0045]
实验结论：平行板电容器电容与电介质的介电常数有关。
[0046]
通过以上研究，可以得出：电容器的大小与两极板正对面积正比，与两极板之间的距离成反比，与两极板之间的介电常数有关。
[0047]
在具体制作时可以根据实验需要设置个数不同的距离开关、面积开关和介质开关。