[实用新型]同轴悬挂式平行板电容器演示器

说明书

本实用新型是一种物理演示教具。在高中物理教学中用来演示平行板电容器的电容C₀跟两极板之间的距离d、两极板相对面积S和极板间电介质的介电常数ε的关系。

现有的平行板电容器演示器，有的是一个极板固定、手执另一个极板上的绝缘手柄进行演示：（①《中学物理教师手册》下册第801页，上海教育出版社，1983年出版，书号7150.2747－2；②《中学物理实验教学研究》第103页，高等教育出版社，书号13010.01218；③高级中学课本《物理》第三册（选修）第209页，人民教育出版社，1992年出版，书号ISBN－107－01314－9／G.2649）。还有的是把两个极板都支撑在底座上，两个底座分置于桌上或安装在水平导轨的滑块上：（①《中学理科仪器与实验》第132页，江西人民出版社1983年出版，书号7110.393；②《中学物理实验》下册第38页，广播出版社，1984年出版，书号7236.031；③《物理》第三册第78页，上海科学技术出版社1983年出版，书号13119.595）。

现有平行板电容器演示器的缺点是：

1、平行板电容器的两个极板的平行没有保障，极板接近时易相碰，导致实验失败，这使演示者不敢在极板很接近的情况下进行演示。这时，平行板电容器的电容小，它在总电容（静电计电容、连接线间电容和平行板电容器并联成总电容）中所占份额就小，平行板电容器的d、s、ε变化引起的电压变化就小，导致静电计指针张角变化小，演示效果就差。

2、演示平行板电容器所用的静电计很不灵敏。0.5千伏到0.8千伏的电压才能使它的指针张开；静电计指针在同一位置，电压可能有0.4千伏的差别；静电计指针静止在某一非零位置后，电压变化上百伏甚至二百伏，才能使指针偏转。这与现有静电计的结构有关；现有静电计闭合时，指针与中心杆完全靠在一起，指针又比中心杆短，当静电计中心杆带电后，分布在指针上的电荷较少，与中心杆的斥力就小，只有当电压足够高、中心杆带电足够多时，指针与中心杆间的斥力才足以克服阻力矩而张开，这使现有静电计很不灵敏。

3、漏电严重，在潮湿地区或阴雨天气不能进行演示。

本实用新型的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种在不增大极板尺寸的情况下，可增加平行板电容器的电容，增大其在总电容中的份额，提高静电计灵敏度，且可堵绝漏电的平行板电容器演示器。

为达到上述目的，本实用新型根据的原理和技术方案是：

1、平行板电容器的电容

C₀＝ (εs)/(4πkd) ……①

式中d是两极权间的距离，S是两极板的相对面积，ε是两极板间电介质的介电常数，K为静电力恒量。

当电容器带电量为Q时，若它的两极间电压为U，则

C＝ (Q)/(U) ……②

在平行板电容器演示实验中，用静电计来显示两极间的电压，静电计指针张角越大，两极间的电压就越高。若保持平行板电容器的带电量Q不变，改变d、s、ε、（插入或拔出介质板），由静电计指针张角的变化，看出两极板间电压的变化，再由②式判断C的变化，从而定性地验证公式①。

在上述关于实验原理的叙述中，没有考虑静电计的电容C₁和连接线间的电容C₂。实际上静电计的中心与外壳组成一个电容器，它能用来测电压就是因为中心杆与外壳间电压升高时，中心杆作为电容器的一个极带电就多，指针与中心杆间的斥力就大，指针张角随之增大。用WQ－5A型万用电桥测得（以下引用的测量值都是用它测的）C₁为8～12皮法，C₂为1～3皮法。在本实验中，在带电量不变的情况下决定电压变化的不是平行板电容器的电容C₀，而是C₀、C₁和C₂并联的总电容C＝C₀＋C₁＋C₂。只有C₀在总电容C中所占份额较大时，C₀的变化才能对C，进而对U有较大的影响，静电计的指针张角才会有明显的改变，演示的效果才会好。而演示用的静电计的尺寸不能小，C₁就不能减小，所以改进平行板电容器演示实验的途径是增大C₀和减小C₂主要是增大C₀。