CN215263729U - 电容器电容决定因素定量探究仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的电容器电容决定因素定量探究仪，包括箱体、金属极板、底座、介质板和数字电容表；所述箱体是由两块大小相同的平板和三块大小相同的侧板组装成的有机玻璃框架；两块平板分别作为箱体的顶板和底板；在两块平板上对称开设有多个凹槽；在箱体上固定设有多个底座；所述金属极板设有两块；两块金属极板插入到相邻的两个凹槽中，且两块金属极板相互平行；金属极板通过导线与数字电容表连接；在金属极板上布设有聚酰亚胺薄膜，在金属极板一侧设有多条等分线；所述介质板插入到两块金属极板中间。本实用新型变定性分析为定量探究，可有效弥补现行物理教材中有关平行板电容器电容的决定式实验方案的不足，而且制作成本低，实验操作简单。
Description
技术领域
本实用新型属于教学演示器材领域，具体涉及电容器电容决定因素定量探究仪。
背景技术
在人教版普通高中物理课程标准实验教科书选修3-1及最新普通高中教科书物理必修第三册(2019年第一版)中有关平行板电容器电容的决定式的实验方案对实验环境要求较高，存在以下两个方面的问题：一是只能定性研究，不能定量分析，现行教材实验方案根据移动两板间距离、正对面积后结合静电计的指针偏角变化就得出电容器的电容与板间距离成反比、与正对面积成正比，明显过于草率，缺乏实验数据支撑，难以让学生信服，也背离物理新课标“基于证据得出结论并作出解释”的学科核心素养要求；二是对实验条件要求苛刻，阴雨天空气湿度较大，实验无法进行；若不小心触碰到极板，也会导致电荷被导走而致使实验失败。
发明内容
基于上述情况，本实用新型提供了一种电容器电容决定因素定量探究仪。
本实用新型通过如下技术方案予以实现：
电容器电容决定因素定量探究仪，包括：箱体、金属极板、底座、介质板和数字电容表；其中，
所述箱体是由两块大小相同的平板和三块大小相同的侧板组装成的有机玻璃框架；两块平板分别作为箱体的顶板和底板；在两块平板上对称开设有多个凹槽；在箱体上固定设有多个底座；
所述金属极板设有两块；两块金属极板插入到相邻的两个凹槽中，且两块金属极板相互平行；金属极板通过导线与数字电容表连接；在金属极板上布设有聚酰亚胺薄膜，在金属极板一侧设有多条等分线；
所述介质板插入到两块金属极板中间。
较佳地，介质板有三块，且三块介质板的相对介电常数已知。
较佳地，每个平板上凹槽的数量均为6个及以上，且相邻两个凹槽的间距为5mm。
较佳地，两块金属极板上设的等分线为4条及以上。
较佳地，所述底座为绝缘可调底座。
有益效果：1)本实用新型变定性分析为定量探究，不易受外界因素干扰，可有效的解决上述现行教材中的问题；2)取材方便，制作成本低廉，实验操作简单，便于推广，可变演示实验为分组探究，明显提升了教学效益。
附图说明
图1为本实用新型的示意图；
图2为实验一的数据关系图；
图3为实验二的数据关系图；
图4为实验三的数据关系图。
具体实施方式
现在参考附图描述本实用新型的实施例，本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限定本实用新型的范围。实施例中未注明具体技术、连接关系或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术、连接关系、条件或者按照产品说明书进行。所用材料、仪器或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
如图1所示，本实用新型公开的电容器电容决定因素定量探究仪，包括：箱体1、金属极板2、底座3、介质板4和数字电容表5；其中，
所述箱体1是由两块大小相同的平板101和三块大小相同的侧板102组装成的有机玻璃框架(透明的)；两块平板101分别作为箱体1的顶板和底板；在两块平板101上对称开设有多个凹槽103，每个平板101上凹槽103的数量均为6个及以上，且相邻两个凹槽的间距为5mm；在箱体1上固定设有四个底座3，且底座3为绝缘可调底座；
所述金属极板2设有两块，两块金属极板2插入到相邻的两个凹槽103中，且两块金属极板2相互平行；两块金属极板2通过导线104与数字电容表5连接；在金属极板2上布设有聚酰亚胺薄膜，在金属极板2一侧设有多条等分线201，将金属极板2等分成多份；设置在凹槽103上的两块金属极板2可以沿着凹槽103抽入或抽出(即：金属极板从箱体未封闭的一个侧面移动)，以此来改变两块金属极板2的正对面积。
所述介质板4插入到两块金属极板2中间，做到与两块金属极板2平行的同时充满两块金属极板2中间的空间(即让两块金属极板置于相距5mm的相邻凹槽内，介质厚度全部设置为5mm)；介质板4有三块，且三块介质板4的相对介电常数已知。
下面通过实验对本实用新型作进一步说明。实验中用到的三块介质板分别是：纸、橡胶和云母(不放介质板时，中间介质为空气)，相对介电常数分别为2.5、4.3、6.2、1.0005(空气)。
实验一：探究电容C与金属极板间距d的关系
控制两金属极板间正对面积S及中间介质(空气)不变，固定其中一块极板不动，将另一块金属极板分别在刻好的槽中移动，以改变两金属极板间距d(1d等于两凹槽间距5mm)，测量出对应的电容器的电容C，将数据记录在下表中并用excel电子表格进行拟合。
| d\d | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| C\nF | 0.128 | 0.071 | 0.053 | 0.043 | 0.038 |
通过数据处理，得出C-d/1图像为一条直线(图2)，在误差允许范围内得出结论：
实验二：探究电容C与两金属极板间正对面积S的关系
控制两金属极板间距d及两金属极板中间介质(空气)不变，固定其中一块金属极板不动，将另一块金属极板逐渐插入，让两金属极板间正对面积依次为S、2S、3S、4S、5S(将极板5等分，每一份设为S)，测量出相对应的电容C，将数据记录在下表中并用excel电子表格进行拟合。
| S\S | S | 2S | 3S | 4S | 5S |
| C\nF | 0.060 | 0.081 | 0.098 | 0.111 | 0.126 |
通过电子表格处理，得出C-S图像为一条直线(图3)，在误差允许范围内，得出结论：CαS。
实验三：探究电容器的电容C与两金属极板间电介质的相对介电常数r的关系
保持两金属极板不动，控制两金属极板间距d＝5mm及两金属极板间正对面积S不变，分别将准备好的已知相对介电常数的空气(1.0005)、纸(2.5)、橡胶(4.3)、云母(6.2)插入两金属极板间，测量出对应C值，测量出相对应的电容C，将数据记录在下表中并用excel电子表格进行拟合。
| 介质名称 | 空气 | 纸 | 橡胶 | 云母 |
| 介电常数 | 1.0004 | 2.5 | 4.3 | 6.2 |
| C\nF | 0.123 | 0.298 | 0.516 | 0.763 |
通过数据处理，得出C-εr图像为一条直线(图4)，在误差允许范围内得出结论：Cαεr。
将上述实验数据进行分析归纳，得出结论：电容器的电容决定式
本实用新型通过控制变量法进行定量探究。通过数字电容表(或数字万用表)测出电容器的电容C，通过控制变量，依次改变板间距离d、两极板间正对面积S、及中间的电介质进而改变相对介电常数εr，记录相应的数据，再借助数据拟合技术便可得出电容C与两极板间距离d、两极板间正对面积S及相对介电常数εr的定量关系，最终得出电容的决定式。
以上所披露的仅为本实用新型的优选实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (5)
1.电容器电容决定因素定量探究仪，其特征在于，包括：箱体(1)、金属极板(2)、底座(3)、介质板(4)和数字电容表(5)；其中，
所述箱体(1)是由两块大小相同的平板(101)和三块大小相同的侧板(102)组装成的有机玻璃框架；两块平板(101)分别作为箱体(1)的顶板和底板；在两块平板(101)上对称开设有多个凹槽(103)；在箱体(1)上固定设有多个底座(3)；
所述金属极板(2)设有两块；两块金属极板(2)插入到相邻的两个凹槽(103)中，且两块金属极板(2)相互平行；金属极板(2)通过导线(104)与数字电容表(5)连接；在金属极板(2)上布设有聚酰亚胺薄膜，在金属极板(2)一侧设有多条等分线(201)；
所述介质板(4)插入到两块金属极板(2)中间。
2.根据权利要求1所述的电容器电容决定因素定量探究仪，其特征在于：介质板(4)有三块，且三块介质板(4)的相对介电常数已知。
3.根据权利要求1所述的电容器电容决定因素定量探究仪，其特征在于：每个平板(101)上凹槽(103)的数量均为6个及以上，且相邻两个凹槽的间距为5mm。
4.根据权利要求1所述的电容器电容决定因素定量探究仪，其特征在于：两块金属极板(2)上设的等分线(201)为4条及以上。
5.根据权利要求1所述的电容器电容决定因素定量探究仪，其特征在于：所述底座(3)为绝缘可调底座。
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|---|---|---|---|
| CN202121084339.6U CN215263729U (zh) | 2021-05-20 | 2021-05-20 | 电容器电容决定因素定量探究仪 |
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| CN215263729U true CN215263729U (zh) | 2021-12-21 |
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| CN202121084339.6U Expired - Fee Related CN215263729U (zh) | 2021-05-20 | 2021-05-20 | 电容器电容决定因素定量探究仪 |
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| CN (1) | CN215263729U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115331527A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-11-11 | 谢博丽 | 一种平行板电容器教学装置及其测量方法 |
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2021
- 2021-05-20 CN CN202121084339.6U patent/CN215263729U/zh not_active Expired - Fee Related
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