前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的平行板內部電勢分布實驗設計，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

摘要：“探究平行板內部的電勢分布”實驗是幫助學生準確理解電勢的概念以及勻強電場中電勢的分布的重要實驗。然而，傳統的電勢測量方法無法幫助學生構建完整的、立體空間內的電勢分布規律，且不夠嚴謹。為此，可在平行板內部建立立體坐標，用多用電表測量各個維度的電勢值，并利用Excel處理數據，作出二維、三維圖象。該實驗設計不僅能讓學生直觀感受平行板內部的電勢分布，而且可以作為拓展實驗，讓學生初步理解電解質、介電常數等概念。

關鍵詞：電勢；平行板；坐標；二維圖象；三維圖象

平行板電容器是高中階段最常見的電學實驗裝置，其中包含的勻強電場是整個高中階段最重要的概念之一。它的性質包含電場強度、電勢以及它們的關系，是后續應用的基礎［1］。傳統電勢測量所用的“等勢線描繪實驗儀器”提供的都是二維平面內電勢的分布，無法幫助學生構建完整的、立體空間內的電勢分布規律。另外，只用所描的點就大致得出電勢分布規律不夠量化，也不夠嚴謹。筆者改用一種新的方法測量常見電場（平行板內部的電場）的分布規律，利用Excel處理數據，便捷有效，能直觀呈現平行板內部電勢的二維、三維規律，非常方便學生理解和構建空間模型。同時，更改平行板內部的介質，也便于學生初步建立“相對介電常數”等概念。

1實驗設計原理

本實驗以平行板電容器為主體，用去離子水作為絕緣介質充滿平行板內部。在坐標紙上分別標出三維坐標x，y，z上的5～8個刻度，固定于平行板內部，并用多用電表測出電筆置于不同平面坐標（如：x-y平面、y-z平面等）各位置的電壓讀數，利用計算機記錄數據，然后利用Excel表格處理數據，作出二維圖象和三維圖象。學生分析圖象，從而掌握平行板電容器內部電場電勢的規律。也可以在后期把實驗中的去離子水換成其他絕緣液體，初步感受材料的介電性質，了解介電常數的意義，這是本實驗的延伸部分［2］。

2實驗探究過程

2.1實驗準備

實驗設備主要包括：一對平行金屬板、電源、開關、導線若干、坐標紙、多用電表、去離子水、大塑料盒。多用電表是學生較少使用的儀器，且功能繁多，因此需要教師結合器材邊講解邊示范其用法，以使學生盡快了解實驗器材的功能和使用方法，從而為實驗探究的順利開展奠定基礎。

2.2實驗步驟和數據記錄

首先讓師生共同討論方案的操作步驟，然后利用課件顯示具體內容，這樣有利于促使學生的操作更規范，也能夠有效地減小偶然性實驗誤差。主要操作步驟如下。（1）根據圖1所示電路圖連接電路，并保持開路。先把平行板電容器放在塑料盒里，然后把坐標紙折成倒T形，等間距描5～8個點，并固定在極板中間。（2）向容器內部注入去離子水，深約5cm，接通電路。（3）把多用電表的負極電筆固定在電容器的負極板上，移動正極電筆，分別放置在x軸和y軸所組成平面內的64個位置，測量并記錄數據；再移動正極電筆，分別放置在y軸、z軸所組成平面內的40個位置，測量并記錄數據。如圖3所示。（4）利用Excel畫出電勢隨x軸坐標的變化圖象（Φ-x圖象）、電勢隨y軸坐標的變化圖象（Φ-y圖象）兩張二維圖片；再畫出電勢在x-y平面內的三維分布圖象。

2.3分析數據和得出結論

在誤差允許的范圍內，x軸方向（沿著電場線方向）電勢逐漸降低；y軸方向（平行于金屬板方向，即垂直電場線方向）電勢保持不變，是一條等勢線；z軸方向（水深方向，即垂直電場線方向）電勢保持不變，也是一條等勢線。

3教學評價和反思

本實驗所需材料簡單，易操作，學生完成實驗后都能達到誤差范圍內的理想結果。因為采用計算機作圖處理，所以學生更能直觀感受電勢的分布規律，深刻理解勻強電場的概念。與傳統實驗相比，創新設計的實驗有如下優點。（1）用去離子水充滿平行板內部，增大電場強度，從而增大電勢差，提升測量的準確性。（2）三維測量平行板內部的電勢分布，比傳統實驗結果更加立體、豐富。（3）用計算機處理數據并作出圖象，方便直觀，且利用三維圖象可直接得出平行板內部的電勢分布規律。后續我們還可以利用這個實驗進行拓展學習，以比較不同材質的介電性。例如，可把去離子水換成油，重復以上實驗，測定相同的位置，得出不同的數據，初步學習材料的“相對介電常數”這個概念。本實驗可操作性強，結果清晰，但是也存在一些問題。例如，因為多用電表的電筆長度短而導致容器中水深有限，所以z軸坐標上測量的數據只有幾個，作為實驗結果并不是很科學。后期我們可以使用特制加長的電筆，用以測量足夠多的z軸數據。整體來說，學生完成實驗并匯報實驗結果，不僅體現了學生在課堂上的主體地位，而且增強了學生的合作與探究意識。學生通過真切的實驗，感受到簡單、常見的儀器也能完成很重要的實驗，獲得實驗規律，體會到圖象法在物理學中的應用優勢。在這節課中，學生積極參與小組討論環節，共同完成一項實驗，達成了對原理的深刻認識。

參考文獻

［1］金紅星.探析平行板電容器電場分布情況［J］.中學物理，2008（13）：60～61.

［2］朱柏樹.創新實驗，自主建構，突破電容教學難點［J］.中學物理，2017（23）：12～15.

作者:潘紅燕 徐海瑤 單位:合肥市第八中學