CN106601097B - 非接触对比型的电容充放电的方法 - Google Patents

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Abstract

本专利公开了非接触对比型的电容充放电的方法，属于物理实验仪器领域。本发明专利有益之处在于：通过三个电容器极板面积不同其它条件相同，同时比较出电容与电容器极板的面积成正比的关系，能直观看到通过机械运动筒或机械运动球作为电荷载体从一个极板向另一个极板转移电荷进行电容器充电与放电，同时看到机械运动筒或机械运动球也与电容的两极板进行着充电与放电的过程，以及实现了电容器两极板与外电源两极非接触充电过程，具有新颖独特、实用性与创造性强的实验方法，易于制作、结构简明，效果明显，在课堂教学中会增加更多的教育功能。

Description

非接触对比型的电容充放电的方法
技术领域
本发明专利涉及演示非接触对比型的电容充放电演示方法，属于物理实验领域。
背景技术
在大学物理课中，静电学部分的电容是一个重要的内容，电容器容量的大小及充放电过程的演示也是大家关注的内容。多年来，为帮助学生正确理解此概念，配合教学设置的一些演示实验，如电容器充放电演示大多为电源的两极与电容器的两极板接线柱相连充电，然后再经过电流计或小灯泡等来演示放电过程，或者通过一些传感元件与计算机相连接演示电容的充电放电的延迟特性等，但由于电容元器件为封闭性，学生看不到内部构造，学生感到抽象，同时也认为电容器的充电过程必须是电容器的两极接线柱与电源相连(接触)才能充电，不接触就不能充电，再者就是电容器的电容大小与极板的面积有关缺少同时的对比实验，等等，急需要突破以往的约束给出一个新的构造装置与方法，来提高学生的创新精神和实践能力。本专利就要解决这个问题。本专利是在国家自然基金项目(项目号：11405092)、齐齐哈尔市科学技术项目(项目号：GYGG-201423)及黑龙江省高等学校教改工程项目(项目号：2014011091)的支持下完成的。
参考文献：
栾庆文，马立保.一种电容充放电特性演示装置[ZL]CN104361797A，公布日：2015.2.18
朱海燕，黄鸿锋，罗云芳等.一种电容充放电演示电路[ZL]CN105139734A，公布日：2015.12.09
姜兰兰.电容充放电演示器[ZL]CN203838936U，授权公告日：2014.09.17
商芳.电容充放电教学演示装置[ZL]CN203415148U，授权公告日：2014.01.29
发明内容
本发明专利是解决课堂或课下用的一种平行板电容器的充放电过程，着重通过电源电极板与电容器极板非接触充电，以机械运动转移电荷的方法来演示电容与电容器极板面积的关系，及一种新颖的充放电过程的方法。
本发明专利技术方案：非接触对比型的电容充放电的方法，主要由下充电电极板、长方体塑料有机容器、机械运动筒或机械运动球、长方体塑料有机容器上底板、上充电电极板、电容器上极板、电容器下极板和高压静电源构成，其特征是：在绝缘的水平桌面上放置下充电电极板，再将绝缘且透明的长方体塑料有机容器放在下充电电极板上，所述长方体塑料有机容器内用绝缘透明有机板将长方体塑料有机容器沿底面宽度按比例1∶2∶4分隔成容器a、容器b和容器c三个部分；将容器a、容器b和容器c的容器内侧底面上固定与对应底面积相匹配的电容器下极板(容器a、容器b和容器c三个部分电容器下极板的面积比为1∶2∶4)，然后将三个相同的机械运动筒或机械运动球分别放置在容器a、容器b和容器c内；将与长方体塑料有机容器底面等大的绝缘透明塑料有机平板作为长方体塑料有机容器上底板，将长方体塑料有机容器上底板(如同长方体塑料有机容器的下底面情况)按宽度比例为1∶2∶4分成三部分，将分别与对应的容器a、容器b和容器c三个部分的电容器下极板等大小的电容器上极板固定在长方体塑料有机容器上底板上，然后将长方体塑料有机容器上底板的电容器上极板朝向长方体塑料有机容器并将长方体塑料有机容器上底板(4)固定在长方体塑料有机容器上；将下充电电极板与上充电电极板由带绝缘包皮的导线、电键开关K1(双刀开关)、电键开关K2与高压静电源连接；所述上充电电极板、下充电电极板、电容器上极板和电容器下极板均为金属导体平板，机械运动筒或机械运动球为锡箔纸导电材料制成且外表面再均匀固定等长柔软细导电丝，做成的整体上为导电丝毛绒筒或导电丝毛绒球。所述机械运动筒为封闭的柱筒。
演示前，电键开关K1(双刀开关)、电键开关K2均断开，演示充电过程时，将电键开关K1接通，看到机械运动筒或机械运动球上下跳跃与电容器上极板和电容器下极板往复接触碰撞，最后机械运动筒或机械运动球在容器a、容器b和容器c三个部分依次停下来所用的时间ta＜tb＜tc，依次停下来所跳的往复次数为Na＜Nb＜Nc；演示放电过程，在机械运动筒或机械运动球停止跳跃后，断开电键开关K1，接通电键开关K2(上充电电极板(5)与下充电电极板(1)连接)，看到机械运动筒或机械运动球上下跳跃与电容器上极板和电容器下极板往复接触碰撞，最后机械运动筒或机械运动球在容器a、容器b和容器c三个部分依次停下来所用的时间ta1＜tb1＜tc1，依次停下来所跳的往复次数为Na1＜Nb1＜Nc1。除了上面看到的现象外，还有机械运动筒或机械运动球与电容上下极板接触前、接触、分开过程机械运动筒或机械运动球外表面的柔软细导电丝分别为张开、并拢、张开，也就是机械运动筒或机械运动球带电、放电、充完电的过程。在光线稍暗的环境下清楚地看到机械运动筒或机械运动球与电容器极板电荷交换时产生的火花。
本发明专利有益之处在于：通过三个电容器极板面积不同其它条件相同，同时比较出电容与电容器极板的面积成正比的关系，能直观看到通过机械运动筒或机械运动球作为电荷载体从一个极板向另一个极板转移电荷进行电容器充电与放电，同时看到机械运动筒或机械运动球也与电容的两极板进行着充电与放电的过程，以及实现了电容器两极板与外电源两极(高压静电源两极，即下充电电极板与上充电电极板)非接触充电过程，具有新颖独特、实用性与创造性强的实验方法，易于制作、结构简明，效果明显，在课堂教学中会增加更多的教育功能。
附图说明
附图1为本发明专利的结构示意图
其中：1.下充电电极板，2.长方体塑料有机容器，3.机械运动筒或机械运动球，4.长方体塑料有机容器上底板，5.上充电电极板，6.电容器上极板，7.电容器下极板，8.高压静电源
具体实施方式
如附图1：非接触对比型的电容充放电的方法，主要由下充电电极板(1)、长方体塑料有机容器(2)、机械运动筒或机械运动球(3)、长方体塑料有机容器上底板(4)、上充电电极板(5)、电容器上极板(6)、电容器下极板(7)和高压静电源(8)构成，其特征是：在绝缘的水平桌面上放置下充电电极板(1)，再将绝缘且透明的长方体塑料有机容器(2)放在下充电电极板(1)上，所述长方体塑料有机容器(2)内用绝缘透明有机板将长方体塑料有机容器(2)沿底面宽度按比例1∶2∶4分隔成容器a、容器b和容器c三个部分；将容器a、容器b和容器c的容器内侧底面上固定与对应底面积相匹配的电容器下极板(7)(容器a、容器b和容器c三个部分电容器下极板(7)的面积比为1∶2∶4)，然后将三个相同的机械运动筒或机械运动球(3)分别放置在容器a、容器b和容器c内；将与长方体塑料有机容器(2)底面等大的绝缘透明塑料有机平板作为长方体塑料有机容器上底板(4)，将长方体塑料有机容器上底板(4)(如同长方体塑料有机容器(2)的下底面)按宽度比例为1∶2∶4分成三部分，将分别与对应的容器a、容器b和容器c三个部分的电容器下极板(7)等大小的电容器上极板(6)固定在长方体塑料有机容器上底板(4)上，然后将长方体塑料有机容器上底板(4)的电容器上极板(6)朝向长方体塑料有机容器(2)并将长方体塑料有机容器上底板(4)固定在长方体塑料有机容器(2)上；将下充电电极板(1)与上充电电极板(5)由带绝缘包皮的导线、电键开关K1(双刀开关)、电键开关K2与高压静电源(8)连接；所述上充电电极板(5)、下充电电极板(1)、电容器上极板(6)和电容器下极板(7)均为金属导体平板，机械运动筒或机械运动球(3)为锡箔纸导电材料制成且外表面再均匀固定等长柔软细导电丝，做成的整体上为导电丝毛绒筒或导电丝毛绒球。所述机械运动筒为封闭的柱筒。
演示前，电键开关K1、电键开关K2均断开，演示充电过程时，将电键开关K1接通，看到机械运动筒或机械运动球(3)上下跳跃与电容器上极板(6)和电容器下极板(7)往复接触碰撞，最后机械运动筒或机械运动球(3)在容器a、容器b和容器c三个部分依次停下来所用的时间为ta＜tb＜tc，依次停下来所跳的往复次数为Na＜Nb＜Nc；演示放电过程时，在充电过程机械运动筒或机械运动球(3)停止跳跃后，断开电键开关K1，接通电键开关K2，看到机械运动筒或机械运动球(3)上下跳跃与电容器上极板(6)和电容器下极板(7)往复接触碰撞，最后机械运动筒或机械运动球(3)在容器a、容器b和容器c三个部分依次停下来所用的时间为ta1＜tb1＜tc1，依次停下来所跳的往复次数为Na1＜Nb1＜Nc1。

Claims (5)

1.非接触对比型的电容充放电的方法，主要由下充电电极板(1)、长方体塑料有机容器(2)、机械运动筒或机械运动球(3)、长方体塑料有机容器上底板(4)、上充电电极板(5)、电容器上极板(6)、电容器下极板(7)和高压静电源(8)构成，其特征在于：在绝缘的水平桌面上放置下充电电极板(1)，再将绝缘且透明的长方体塑料有机容器(2)放在下充电电极板(1)上，所述长方体塑料有机容器(2)内用绝缘透明有机板将长方体塑料有机容器(2)沿底面宽度按比例1∶2∶4分隔成容器a、容器b和容器c三个部分，将容器a、容器b和容器c的容器内侧底面上固定电容器下极板，将三个机械运动筒或机械运动球分别放置在容器a、容器b和容器c内，将电容器上极板固定在长方体塑料有机容器上底板上，并朝向长方体塑料有机容器。
2.根据权利要求1所述的非接触对比型的电容充放电的方法，其特征在于：将容器a、容器b和容器c的容器内侧底面上固定与对应底面积相匹配的电容器下极板(7)，然后将三个相同的机械运动筒或机械运动球(3)分别放置在容器a、容器b和容器c内。
3.根据权利要求1所述的非接触对比型的电容充放电的方法，其特征在于：将与长方体塑料有机容器(2)底面等大的绝缘透明塑料有机平板作为长方体塑料有机容器上底板(4)，将长方体塑料有机容器上底板(4)按宽度比例为1∶2∶4分成三部分，将分别与对应的容器a、容器b和容器c三个部分的电容器下极板(7)等大小的电容器上极板(6)固定在长方体塑料有机容器上底板(4)上，然后将长方体塑料有机容器上底板(4)的电容器上极板(6)朝向长方体塑料有机容器(2)并将长方体塑料有机容器上底板(4)固定在长方体塑料有机容器(2)上。
4.根据权利要求1所述的非接触对比型的电容充放电的方法，其特征在于：将下充电电极板(1)与上充电电极板(5)由带绝缘包皮的导线、电键开关K1、电键开关K2与高压静电源(8)连接；所述上充电电极板(5)、下充电电极板(1)、电容器上极板(6)和电容器下极板(7)均为金属导体平板，机械运动筒或机械运动球(3)为锡箔纸导电材料制成且外表面再均匀固定等长柔软细导电丝，做成的整体上为导电丝毛绒筒或导电丝毛绒球，所述机械运动筒为封闭的柱筒。
5.根据权利要求4所述的非接触对比型的电容充放电的方法，其特征在于：演示前，电键开关K1、电键开关K2均断开，演示充电过程时，将电键开关K1接通，看到机械运动筒或机械运动球(3)上下跳跃与电容器上极板(6)和电容器下极板(7)往复接触碰撞，最后机械运动筒或机械运动球(3)在容器a、容器b和容器c三个部分依次停下来所用的时间为ta＜tb＜tc，依次停下来所跳的往复次数为Na＜Nb＜Nc；演示放电过程时，在充电过程机械运动筒或机械运动球(3)停止跳跃后，断开电键开关K1，接通电键开关K2，看到机械运动筒或机械运动球(3)上下跳跃与电容器上极板(6)和电容器下极板(7)往复接触碰撞，最后机械运动筒或机械运动球(3)在容器a、容器b和容器c三个部分依次停下来所用的时间为ta1＜tb1＜tc1，依次停下来所跳的往复次数为Na1＜Nb1＜Nc1。
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