《电容器的电容》一节是《电场》这一章的重点与难点.其难点来自两个方面:一是知识点(电容概念难理解);二是实验(没有现成的教学仪器,并且静电实验难确保成功).完成教学任务,必须突破以下几个难点:
1 创建演示实验,帮助理解概念
教材上由“实验表明:电容器所带的电量Q与其两端的电势差U成正比,比值Q/U是个常数。它表征了电容器容纳电荷的本领,故定义C=Q/U，”没有安排实验,何以表明?学生怀凝其真实性,没有说服力。
我用图1所示的高阻放电法,得出了“同一个电容器所带的电量与其两端的电势差成正比,比值Q/U是个常数;不同电容器Q/U这个常数不同”的结论,而且还测出了电容器的电容量!
图1中C为电解电容(16V,470uF),R为电阻箱(0～99.999KΩ),uA为数字电流表,○V为数字电压表,E为学生电源直流电压档。
（1）E调至12V,闭合电键S,调节电阻箱R,使uA读数为200uA,并由○V读出C的充电电压(实测为12.4V),填入表2中。断开S,调节R,同时开始计时,每隔5s钟读一次放电电流I1,共读出约13组数据,填入表1对应栏中。
表1：放电电流记录表
(2)由表1中I1的数据在图2中描点作图。
（3）由I=Q/t得Q=It,即I-t图中曲线下面的“面积”"代表了电量Q,而“面积”可以用曲线下面的格子数目来表示(不足半格的舍去,超过半格的计一格),每一小格代表达式1s×10uA的电量,填入表2中。
（4）E调至6V(实测为6.2V),重复1、2、3步,放电电流填入表1的I2栏中,在图2中作出图线,结果填入表2中。
（5）E调至4V(实测为4.1V),重复1、2、3步,放电电流填入表1的I3栏中,在图2中作出图线,结果填入表2中。
可见, 不同一电容器Q/U比值相同。
至此,用C=Q/U定义电容器的电容,学生已深信不疑了!
2 确保平行板电容器演示实验成功(效果明显)
图3示演示实验(即课本上图13-41),实质上是一个静电实验。静电实验的成功与否,起决于起电与绝缘。在南方地区,11月份有雾的天气,起电困难而且起得的电荷很快就“消失”了。
据我查得资料,做静电实验最好的绝缘材料是石腊和泡沫塑料(新购家用电器时的包装泡沫塑料),垫在讲台上做实验,保证了绝缘性能.在有雾的天气,把仪器擦干净并进行局部加热,效果不错.具体做法是:利用家用红外线取暖器作实验台,整个实验在取暖器上进行,并将取暖器置于泡沫塑料上(如图4示).效果很好,同行不防一试。
3 来自学生的几个凝点
3.1 静电计为什么可以测电势差?与电压表有何不同?
静电计是在验电器的基础上改装而成的,全属球(包括杆)与外壳是绝缘的。而任何两个相互绝缘又靠近的导体都构成一个电容器。静电计实质上是一个定值电容,因其正对面积小,故其容量很小。由Q=C*U,即Q正比于U。而Q与指针的张角有关(Q多时,因同种电荷相斥,使张角增大)。故张角大小反映了电势差的大小,即可测电势差U。
用静电计测电容器两端的电压,实质上是一个极小的电容器C与待测电容器C′并联,如图5示。只是C＜＜C′,故Q＜＜Q′,即Q′可以看成不变。
电压表是由电流计串联一个分压电阻改装而成,用电压表测电容器两端电压时,电压表与电容器勾成通路而放电,不能测准电容器两端的电压。
3.2 图3示的演示实验中,为什么电容器与静电计的两根导线放在地上而不直接连接起来?
为了使实验现象明显,静电计有较大的偏转,必须让电容器带上足够多的电荷,因此电容器两板间电压很高,有千余伏的电压。做实验时人用手接触,很不安全。接地后,站在地上的人与电容器的一板等电势,用手操作这一板就安全了。如图6示。
3.3 电容器两个极板上带有电荷,如何用简便方法判断其电性？
用试电笔靠近金属板，由于静电的电势(位)很高，故只要试电笔靠近金属板就会使电笔的氖管发光。若氖管发光的部位是靠近手的一端(手握电笔的一端)，则金属板带正电;若是远离手的一端发光，则金属板带负电。
4 巧设实验,增强演示效果
（1）用中学实验室J1205型直流高压电源250V档，通过一个25w/220V的白炽灯泡,给一个330μF/300V的电解电容器(21�彩色电视电源用)充电。注意一定要使直流高压的正极通过电灯接电解电容器正极、直流高压的负极接电容器负极(如图7示)。可以看到灯泡逐渐地亮起来!电容器充好电后,把电容器两端与220V、25W的灯泡两端相连接放电。会看到这个灯泡由亮逐渐变暗直至熄灭。
也可用闪光灯来做这个实验。找一个闪光灯管(如上海照相器材厂生产的海鸥牌SZ-32系列电子闪光灯的灯管)，一个250V、300μF的电解电容器,如图8示连在250V的直流高压电源上。电容充足电后接上闪光灯时,发出强烈耀眼的闪光!学生惊叹不止。
如果能找到2200uF/3V的电解电容(市面上比较难找),充电后装入教室内的石英钟内(取出电池),可供石英钟用2-3天,给学生留下长久的印象!