均分電荷法破解“電容”定義式教學(xué)

龔文軍

(武漢市第六中學(xué) 湖北 武漢 400016)

可以用庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)中用到的均分電荷思想，設(shè)計(jì)4個(gè)實(shí)驗(yàn)依次得出相關(guān)結(jié)論，進(jìn)而導(dǎo)出電容器電容的描述方法，得出電容的定義式．經(jīng)過(guò)多年在實(shí)際教學(xué)中的調(diào)試與積累，現(xiàn)將思路整理如下．

實(shí)驗(yàn)一:發(fā)現(xiàn)不同電容器容納電荷本領(lǐng)不同．

用相同電壓對(duì)不同規(guī)格(容量)電容器充電后通過(guò)同一個(gè)小燈泡(3.8 V燈絲燈泡)放電，發(fā)現(xiàn)不同規(guī)格電容器放電時(shí)小燈泡亮度和持久度不同．引導(dǎo)得出結(jié)論：不同電容器容納電荷的本領(lǐng)不一樣．

實(shí)驗(yàn)二:發(fā)現(xiàn)相同電容器所帶電荷量與極板間電勢(shì)差成正比．

得出電容器容納電荷本領(lǐng)有不同之后，比較用不同電壓對(duì)同一電容器充電再對(duì)同一小燈泡放電現(xiàn)象的不同，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)電容器容納電荷多少與極板間電勢(shì)差大小有關(guān)．研究同一電容器極板電荷量與極板間電勢(shì)差的關(guān)系就變得理所當(dāng)然．

實(shí)驗(yàn)三:發(fā)現(xiàn)不同電容器所帶電荷量與極板間電勢(shì)差的比值不同．

如果用不同規(guī)格不帶電的電容器與所研究的電容器并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)電容器極板間電勢(shì)差相等．測(cè)量帶電電容器被不同規(guī)格(容量)的不帶電電容器并聯(lián)前后的極板電勢(shì)差．在實(shí)驗(yàn)二的結(jié)論的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)并聯(lián)后極板間電勢(shì)差占原來(lái)電勢(shì)差的比例，算出并聯(lián)后電容器剩余的電荷量．根據(jù)電荷守恒原理，可以得出并聯(lián)的不同規(guī)格電容器分得的電荷量．多次實(shí)驗(yàn)并求出比值可以發(fā)現(xiàn)規(guī)律：“不同電容器所帶電荷量與極板間電勢(shì)差的比值不同”．

實(shí)驗(yàn)四:發(fā)現(xiàn)電容器所帶電荷量與極板間電勢(shì)差的比值可以描述電容器容納電荷本領(lǐng)的不同．

用實(shí)驗(yàn)三中兩只比值不同的電容器并聯(lián)后對(duì)同一只小燈泡放電，對(duì)比發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)三中比值較大的電容器對(duì)同一只小燈泡放電時(shí)小燈泡明顯更亮更持久．進(jìn)而得出：“電容器所帶電荷量與極板間電勢(shì)差的比值可以描述電容器容納電荷本領(lǐng)的不同”．所以

這樣就得出了電容的定義式．

具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，最好采用2 000 μF以上的電解電容器．電源用4 ～10 V直流學(xué)生電源，通過(guò)配套的實(shí)驗(yàn)板對(duì)燈絲小燈泡放電效果更好．實(shí)驗(yàn)需要確保用來(lái)分電荷的電容器初始不帶電．必要時(shí)需要設(shè)計(jì)保護(hù)電路．