CN107894535A - 定量探究平行板电容容量的方法 - Google Patents

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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
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Abstract

本发明属于电容检测技术领域，尤其是涉及定量探究平行板电容容量的方法；将带夹子的导线插入数字万用表Cx插槽，量程选用2nF，1nF＝1×10‑9F。实验时，平行板电容器插入绝缘支架的两层，用夹子分别夹住平行板电容器的两个边缘，打开数字万用表，直接读取电容数值，变定性探究为定量探究；探究包含电容C与极板间插入的电介质、电容C与板间距离d的关系、电容C与正对面积S之间的关系；它采用平行板结构的检测装置，实现电容容量的定量探究，形象生动的演示电容容量与中间介质、电容板之间的距离以及电容面积的关系，使学生能够充分理解电容与各参数之间的关系。

Description

定量探究平行板电容容量的方法
技术领域
本发明属于电容检测技术领域，尤其是涉及定量探究平行板电容容量的方法。
背景技术
随着电子技术的不断发展，电子设备对其内部元件的精度要求也越来越高，因此一些电子元件在使用前，经常需要对其参数进行测量。电容作为无源器件，在电路中具有储能、滤波、去耦等作用，在很多电子产品中，电容都是必不可少的电子元件，电容的容量是表示电容贮存电能大小的能力，是电容元件的一个重要参数，在传统的教学电容容量检测中采用的都是变定性探究，存在较大误差，导致教学电容容量检测不准确。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的定量探究平行板电容容量的方法，它采用平行板结构的检测装置，实现电容容量的定量探究，形象生动的演示电容容量与中间介质、电容板之间的距离以及电容面积的关系，使学生能够充分理解电容与各参数之间的关系。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：定量探究设备包含U型绝缘支架、栅格条、电容板、导电夹子、数字万用表；所述的U型绝缘支架的左右内部上固定有数个栅格条，相邻栅格条之间的间距为10mm,且最下端栅格条与U型绝缘支架底部的间距为20mm；所述的栅格条之间插接有一对电容板，所述的电容板的边缘通过带有连接线的导电夹子与数字万用表连接。
定量探究平行板电容容量的方法，其特征在于：它的探究方法为：将带夹子的导线插入数字万用表Cx插槽，量程选用2nF（纳法），1nF＝1×10-9F。实验时，平行板电容器插入绝缘支架的两层，用夹子分别夹住平行板电容器的两个边缘，打开数字万用表，直接读取电容数值，变定性探究为定量探究；
01、探究电容C与极板间插入的电介质有关时，把最大的一对平行金属板插入支架最下面两层，板间距离为2cm，保持正对面积不变，分别测量空气介质、玻璃介质、石膏介质、陶瓷介质的电容并记录数据，对照几种常用的介电常数，学生可以清晰的了解平行板电容器电容大小与极板间插入的电介质有关，电介质的介电常数越大，电容越大；
02、探究电容C与板间距离d的关系，取一对平行金属板插入绝缘支架下面两层，构造平行板电容器，板间距离2cm，保持空气介质与正对面积不变，依次增大板间距离为3cm、4cm、5cm……并测量、记录对应的电容数据，数据显示，随着板间距离的增大，电容减小；另外，可以利用数据作C-1/d图像并拟合直线，发现C与1/d的线性关系；绘成直线没有通过坐标原点，是由于导线间电容的影响，如果减掉这部分电容值（在“误差”中输入0.005nF进行修正），拟合直线后的图像能在误差允许的范围内很好的反映出C与1/d的正比关系，也就是电容与板间距离d成反比；
03、探究电容C与正对面积S之间的关系，四对金属板面积成倍数关系，取面积最小的两块金属板，面积设为S，插入相邻的两个栅格中，板间距离1cm，介质为空气，测量并记录电容数值，更换并依次测量2S、3S、4S情况下的电容，数据反映出面积加倍，电容加倍；作C-S图像，拟合直线，消除误差，图像就能反映出C-S的正比关系！
以上实验数据显示，在误差允许的范围内，平行板电容器的电容与板间距离成反比，与正对面积成正比，与极板间插入的电介质有关，且与介电常数是正相关关系。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的定量探究平行板电容容量的方法，它采用平行板结构的检测装置，实现电容容量的定量探究，形象生动的演示电容容量与中间介质、电容板之间的距离以及电容面积的关系，使学生能够充分理解电容与各参数之间的关系。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明各电介质的下所测得电容量表。
图3是本发明表C与1/d的关系坐标图。
图4是本发明误差修正后C与1/d的正比关系坐标图。
图5是本发明C-S的关系坐标图。
附图标记说明：
U型绝缘支架1、栅格条2、电容板3、导电夹子4、数字万用表5。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的说明。
参看如图1所示，本具体实施方式采用如下技术方案：定量探究设备包含U型绝缘支架1、栅格条2、电容板3、导电夹子4、数字万用表5；所述的U型绝缘支架1的左右内部上固定有数个栅格条2，相邻栅格条2之间的间距为10mm,且最下端栅格条2与U型绝缘支架1底部的间距为20mm；所述的栅格条2之间插接有一对电容板3，所述的电容板3的边缘通过带有连接线的导电夹子4与数字万用表5连接。
定量探究平行板电容容量实验器械准备：
001、带有电容测量功能（Cx插孔）的数字万用表，并配备一端带有夹子导线；
002、圆形的平行板电容器改为成对的矩形平行金属板四组，面积成比例变化，分别为S、2S、3S、4S；
003、介质板采用生活中容易获取的玻璃板，石膏板，陶瓷板各一个，规格大约30cm×40cm；
004、自制绝缘支架，长宽高规格大约40cm×30cm×12cm，宽度以能方便的插入介质板为准，内侧壁粘贴栅格条，上边缘等间距排列，间隔为1cm，底层与第一个栅格条间隔为2cm，以方便插入、更换介质板，整个支架外观如同一个抽屉。
本具体实施方式的探究方法为：将带夹子的导线插入数字万用表Cx插槽，量程选用2nF（纳法），1nF＝1×10-9F；实验时，平行板电容器插入绝缘支架的两层，用夹子分别夹住平行板电容器的两个边缘，打开数字万用表，直接读取电容数值，变定性探究为定量探究；
01、探究电容C与极板间插入的电介质有关时，把最大的一对平行金属板插入支架最下面两层，板间距离为2cm，保持正对面积不变，分别测量空气介质、玻璃介质、石膏介质、陶瓷介质的电容并记录数据(参看图2)，对照几种常用的介电常数，学生可以清晰的了解平行板电容器电容大小与极板间插入的电介质有关，电介质的介电常数越大，电容越大；
02、探究电容C与板间距离d的关系，取一对平行金属板插入绝缘支架下面两层，构造平行板电容器，板间距离2cm，保持空气介质与正对面积不变，依次增大板间距离为3cm、4cm、5cm……并测量、记录对应的电容数据，数据显示，随着板间距离的增大，电容减小(参看图3)；另外,可以利用数据作C-1/d图像并拟合直线，发现C与1/d的线性关系；绘成直线没有通过坐标原点，是由于导线间电容的影响，如果减掉这部分电容值（参看图4，在“误差”中输入0.005nF进行修正），拟合直线后的图像能在误差允许的范围内很好的反映出C与1/d的正比关系，也就是电容与板间距离d成反比；
03、探究电容C与正对面积S之间的关系，四对金属板面积成倍数关系，取面积最小的两块金属板，面积设为S，插入相邻的两个栅格中，板间距离1cm，介质为空气，测量并记录电容数值，更换并依次测量2S、3S、4S情况下的电容，数据反映出面积加倍，电容加倍；(参看图5)作C-S图像，拟合直线，消除误差，图像就能反映出C-S的正比关系。
以上实验数据显示，在误差允许的范围内，平行板电容器的电容与板间距离成反比，与正对面积成正比，与极板间插入的电介质有关，且与介电常数是正相关关系。
采用上述结构后，本具体实施方式有益效果为：它采用平行板结构的检测装置，实现电容容量的定量探究，形象生动的演示电容容量与中间介质、电容板之间的距离以及电容面积的关系，使学生能够充分理解电容与各参数之间的关系。

Claims (2)

1.定量探究平行板电容容量的方法，其特征在于：定量探究设备包含U型绝缘支架(1)、栅格条(2)、电容板(3)、导电夹子(4)、数字万用表(5)；所述的U型绝缘支架(1)的左右内部上固定有数个栅格条(2)，相邻栅格条(2)之间的间距为10mm,且最下端栅格条(2)与U型绝缘支架(1)底部的间距为20mm；所述的栅格条(2)之间插接有一对电容板(3)，所述的电容板(3)的边缘通过带有连接线的导电夹子(4)与数字万用表(5)连接。
2.定量探究平行板电容容量的方法，其特征在于：它的探究方法为：将带夹子的导线插入数字万用表Cx插槽，量程选用2nF，1nF＝1×10-9F；实验时，平行板电容器插入绝缘支架的两层，用夹子分别夹住平行板电容器的两个边缘，打开数字万用表，直接读取电容数值，变定性探究为定量探究；
01、探究电容C与极板间插入的电介质有关时，把最大的一对平行金属板插入支架最下面两层，板间距离为2cm，保持正对面积不变，分别测量空气介质、玻璃介质、石膏介质、陶瓷介质的电容并记录数据，对照几种常用的介电常数，学生可以清晰的了解平行板电容器电容大小与极板间插入的电介质有关，电介质的介电常数越大，电容越大；
02、探究电容C与板间距离d的关系，取一对平行金属板插入绝缘支架下面两层，构造平行板电容器，板间距离2cm，保持空气介质与正对面积不变，依次增大板间距离为3cm、4cm、5cm……并测量、记录对应的电容数据，数据显示，随着板间距离的增大，电容减小；另外，可以利用数据作C-1/d图像并拟合直线，发现C与1/d的线性关系；绘成直线没有通过坐标原点，是由于导线间电容的影响，如果减掉这部分电容值，拟合直线后的图像能在误差允许的范围内很好的反映出C与1/d的正比关系，也就是电容与板间距离d成反比；
03、探究电容C与正对面积S之间的关系，四对金属板面积成倍数关系，取面积最小的两块金属板，面积设为S，插入相邻的两个栅格中，板间距离1cm，介质为空气，测量并记录电容数值，更换并依次测量2S、3S、4S情况下的电容，数据反映出面积加倍，电容加倍；作C-S图像，拟合直线，消除误差，图像就能反映出C-S的正比关系；
以上实验数据显示，在误差允许的范围内，平行板电容器的电容与板间距离成反比，与正对面积成正比，与极板间插入的电介质有关，且与介电常数是正相关关系。
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