改进型平行板电容器的电容教学装置

1.本实用新型涉及一种电容教学装置，更具体地说涉及一种改进型平行板电容器的电容教学装置。


背景技术：

2.目前，中学物理中涉及到研究影响平行板电容器电容大小的因素的实验教学，本发明人设计出申请号为“202221097106.4”的“基于模块化磁吸式平行板电容器的电容探究仪”的实用新型专利，其包括，包括壳体、设置在壳体上的第一极板和第二极板以及设置在壳体中的磁体，在壳体上定义两个相互垂直的方向为横向和纵向，壳体上设有可沿横向移动的滑块，在滑块上设有用于插置第一极板的第一卡槽，第一卡槽沿纵向设置，在壳体上对应第一卡槽设有用于卡设第二极板的第二卡槽，第二卡槽沿纵向设置，在滑块上设有用于插置第一极板的第三卡槽，第三卡槽沿横向设置，在壳体上对应第三卡槽设有用于卡设第二极板的第四卡槽，第四卡槽沿横向设置，在壳体或者滑块上设有用于监测滑块的移动距离的监测机构，第一极板和第二极板连接至用于监测第一极板和第二极板之间电容的电容传感器。
3.上述电容探究仪实现了模块化设置，在探索间距对电容的影响时将第一极板插入到第一卡槽中，将第二极板插入到第二卡槽中，滑动滑块即可调整第一极板和第二极板间的间距；在探索面积对电容的影响时，将第一极板插入到第三卡槽，第二极板插入到第四卡槽中，滑动滑块即可调整第一极板和第二极板间的相对面积，通过监测机构监测到第一极板的移动距离，通过电容传感器监测电容，能够定量研究第一极板和第二极板间位置变化对电容产生的影响，通过一个滑块，即可实现调整，操作简单。
4.但是，上述电容探究仪存在着将各种器件，如显示面板、光栅传感器和电路板，都集成到壳体上，这使壳体的体积较大，即电容探究仪的体积较大，且元器件较多，从而使电容探究仪的成本较高，据本发明人估算成本在100元以上，而且电容探究仪是学生教学实验的工具，而学生在实验过程中只需插拔即可，无法锻炼学生在实验过程中的动手能力。
5.有鉴于此，本技术在此基础上进行深入研究，遂有本案的产生。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种改进型平行板电容器的电容教学装置，其能够让学生自由组合，锻炼学生的动手能力，且结构简单，价格低廉。
7.为达到上述目的，本实用新型的解决方案是：
8.一种改进型平行板电容器的电容教学装置，包括第一极板、第二极板、安装座、滑轨以及与所述滑轨滑动配合的滑动壳体；所述安装座的一侧可拆卸安装于所述滑轨的一端，或者所述安装座的一侧可拆卸安装于所述滑轨的一侧；所述安装座沿长度方向开设有第一卡槽，所述第一卡槽和所述第一极板插接配合，所述滑动壳体上开设有两相互垂直布置的第二卡槽一和第二卡槽二，所述第二卡槽一和所述第二卡槽二分别能够与所述第二极
板插接配合；所述滑轨上设有用于监测所述滑动壳体的移动距离的监测机构，所述第一极板和所述第二极板分别电性连接电容传感器。
9.所述安装座为长条结构，且所述安装座的一侧面设置有凸耳，所述凸耳上开设有插接孔；所述滑轨的一端端面设置有呈l字型的连接块一，所述滑轨的一侧侧面设置有呈l字型的连接块二，所述连接块一和连接块二分别能够与所述插接孔插接配合。
10.于所述滑轨的一端与所述安装座相连接时，所述第一卡槽与所述第二卡槽一平行布置。
11.于所述滑轨的一侧与所述安装座相连接时，所述第一卡槽与所述第二卡槽二平行布置。
12.所述安装座的一端设置有与所述凸耳同一侧布置的定位部，所述定位部设置有限位台阶。
13.所述监测机构包括刻度尺，所述刻度尺铺设于所述滑轨的上侧面，所述刻度尺的数值从背离所述连接块一的方向从小到大排列布置。
14.所述监测机构还包括光栅传感器，所述光栅传感器包括光栅和对应光栅设置的传感器，所述光栅铺设于所述滑轨的上侧面，且所述光栅位于所述刻度尺的下侧，所述传感器设置于所述滑动壳体中。
15.还包括设置于所述滑动壳体内的电路板和电源，所述电源给所述电路板、所述监测机构及所述第一极板和所述第二极板提供工作电源，所述光栅传感器和所述电源分别电性连接所述电路板。
16.还包括显示屏，所述电路板通过无线通信模块与所述显示屏通信连接。
17.所述显示屏的底部嵌装有磁体。
18.采用上述结构后，本实用新型具有如下有益效果：1、在探究间距对电容的影响时，学生自行将滑轨的一端安装在安装座的一侧，此时滑轨与安装座相互垂直，然后将第一极板插入到第一卡槽中，第二极板插入到第二卡槽一中，令第一极板和第二极板平行布置，然后推动滑动壳体沿滑轨移动，即可调整第一极板和第二极板间的间距；探究面积对电容的影响时，学生自行将滑轨的一侧安装在安装座的一侧，此时滑轨与安装座平行布置，然后将第一极板插入到第一卡槽中，第二极板插入到第二卡槽二中，推动滑动壳体沿滑轨移动，即可调整第一极板和第二极板间的相对面积；这样通过电容传感器监测电容，从而探究第一极板和第二极板之间位置变化对电容产生的影响；与现有技术相比，本实用新型的零部件较少，结构较为简单，成本较低，并且本实用新型可以实现自行组装，组装灵活，在组合安装中让学生进行思考，同时也锻炼了学生的动手能力。
19.2、通过刻度尺的设置，在探究间距对电容的影响时学生可以根据刻度尺上数值，自行推动滑动壳体沿滑轨移动，以调整第一极板和第二极板间的间距，并在显示屏中对电容结果进行查看，以方便查看两极板间的间距的变化对电容的影响，加深学生的印象。
20.3、显示屏上设有磁体，显示屏可以磁吸在电脑主机或实验室课桌的相应位置，方便学生对实验结果进行查看。
附图说明
21.图1为本实用新型电容教学装置的分解示意图(省略第一极板、第二极板和壳盖)；
22.图2为本实用新型电容教学装置的第一种组装的结构示意图(省略壳盖)；
23.图3为本实用新型电容教学装置的第一种组装结构的俯视图(省略第一极板、第二极板和壳盖)；
24.图4为本实用新型电容教学装置的第二种组装的结构示意图(省略壳盖)；
25.图5为图4的俯视图(省略第一极板、第二极板和壳盖)；
26.图6为本实用新型电容教学装置使用时的其中一种状态示意图；
27.图7为本实用新型电容教学装置的电路示意图。
28.图中：
29.1-安装座；11-第一卡槽；12-凸耳；121-插接孔；13-定位部；131-限位台阶；
30.2-滑轨；21-连接块一；22-连接块二；
31.3-滑动壳体；31-第二卡槽一；32-第二卡槽二；33-滑槽；
32.41-第一极板；42-第二极板；
33.5-刻度尺；
34.6-光栅；
35.71-电路板；72-电源；
36.8-显示屏。
具体实施方式
37.为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。
38.一种改进型平行板电容器的电容教学装置，如图1-7所示，包括安装座1、滑轨2、滑动壳体3以及第一极板41和第二极板42，安装座1与滑轨2可拆卸连接，且两者有两种安装组合方式，第一种安装方式为：安装座1的一侧侧面以能够拆卸的方式安装于滑轨2的一端，以使滑轨2与安装座1相互垂直布置；第二种安装方式为：安装座1的一侧以能够拆卸的方式安装在滑轨2的一侧，使滑轨2与安装座1并行布置；安装座1沿长度方向开设有第一卡槽11，第一卡槽11和第一极板41插接配合，滑动壳体3的两相邻侧分别开设有第二卡槽一31和第二卡槽二32，第二卡槽一31和第二卡槽二32相互垂直布置，第二卡槽一31和第二卡槽二32分别能够与第二极板42插接配合，并且第二卡槽一31和第二卡槽二32均通槽，以便第二极板42分别能够在第二卡槽以31和第二卡槽二32上调整位置；滑动壳体3与滑轨2滑动配合，即滑动壳体3滑动安装在滑轨2上，用于沿滑轨2的长度方向滑动，以使滑动壳体3靠近或远离安装座1；滑轨2上设置有监测机构，该监测机构用于监测滑动壳体3的移动距离，并且第一极板41和第二极板42分别电性连接电容传感器，电容传感器用于检测电容。
39.上述的电容传感器为现有市面上已有出售的电容传感器，本实施例中以采用型号为fdc2214的电容传感器为例进行说明。
40.为方便描述，以本实用新型使用时的方位为本实用新型的参考方向。
41.具体来讲，上述的安装座1为长条结构，且安装座1的一侧面的中间位置设置有凸耳12，以安装座1对应于凸耳12所在侧为安装侧，本实施例中凸耳12可为圆形结构或方形结构，且凸耳12上开设有上下贯通的插接孔121；上述的滑轨2的一端端面延伸有连接块，且滑轨2的一侧面沿背离滑轨2的方向也延伸有连接块，即两个连接块，最好的，在本实施例中连
接块一21和连接块22分别一体连接于滑轨2的相应位置；并且，连接块一21和连接块二22均呈l字型，且连接块一21和连接块二22分别能够与插接孔121插接配合；本实施例中以滑轨2设有连接块的一端为安装端，以滑轨2设有连接块的一侧为安装侧，为方便区分以安装端上的连接块为连接块一21，另一连接块为连接块二22，连接块二22临近连接块一21。在本实施例中，上述滑轨2为现有市面上已有出售的滑轨，故不再对其结构进行展开描述。较佳地，安装座1可为塑料座，且极板的厚度略大于第一卡槽一的槽宽，以便极板通过弹性挤压插入到相应的卡槽中。
42.进一步说，上述的滑动壳体3为方形壳体，滑动壳体3的底部的中间位置设置有滑槽33，滑槽33和滑轨2滑动配合，以便滑轨2插入到滑动壳体3上的滑槽33中，或使滑动壳体3从滑轨2从拆卸下来；其中，在滑动壳体3安装于滑轨2上时，滑槽33与上述的第二卡槽二32平行布置，换言之，滑槽33与上述的第二卡槽一31相互垂直布置，以适应于前述的两种安装组合结构；最好的，滑动壳体3分设有相互盖设的壳盒和壳盖，上述滑槽33设置于壳盒的底部，这样方便后期打开壳盖对滑动壳体3中的零部件进行维护。较佳地，滑动壳体3可为塑料壳体，且极板的厚度分别略大于第二卡槽一31和第二卡槽32的槽宽，以便极板通过弹性挤压插入到相应的卡槽中。
43.在上述的滑动壳体3安装于滑轨2上，安装座1和滑轨2的安装组合结构有两种，第一种结构为：如图2-3所示，滑轨2的安装端安装于安装座1的安装侧，即滑轨2上的连接块一21从下至上插入到安装座1上的插接孔121中，以此实现滑轨2和安装座1的安装，此时安装座1和滑轨2相互垂直布置，即安装座1上的第一卡槽11和滑轨2上的第二卡槽一31平行布置，以适用于探究第一极板41和第二极板42间的间距对电容的影响；第二种结构为：如图4-5所示，滑轨2的安装侧安装在安装座1的安装侧，即滑轨2上的连接块22从下至上插入到安装座1的插接孔121中，以实现滑轨2和安装座1的安装，此时安装座1和滑轨2相互平行布置，且安装座1上的第一卡槽11和滑轨2上的第二卡槽二32平行布置，以适用于探究两极板间的相对面积对电容的影响。
44.作为优选地，如图1-5所示，上述安装座1的第一端一体连接有定位部13，该定位部13与安装座1的凸耳12位于同侧，定位部13上开设有限位台阶131，限位台阶131与安装座1的上侧面相互齐平；这样，在滑轨2的安装端安装在安装座1的安装侧，第二极板42插入到第二卡槽一31时，推动第二极板42沿定位部13的方向移动，以使第二极板42的下侧面抵接在限位台阶131上，与第二极板42的下侧面临近的一侧面抵在定位部13的内侧壁，以限制第二极板42的移动，在第一极板41插入到第一卡槽11中时，第一极板41对应于第一卡槽31的第一端端面与第二极板42临近定位部13的内侧壁的端面处于同一平面内，以使第一极板41和第二极板42正对布置，即第一极板41和第二极板42的面积全部正对布置；相应的，滑轨2的安装侧安装在安装座1的安装侧，亦可采用上述方式先让使第一极板41和第二极板42正对布置。
45.上述的监测机构包括刻度尺5，刻度尺5铺设在滑轨2的上侧面，且刻度尺5的第一端端面与滑轨2的安装端端面相齐平，并且刻度尺的数值从背离连接块一21的方向从小到大排列布置，上述刻度尺5用于方便学生查看两极板间的间距，在实验探究过程中，根据所需间距手动进行调节，加深对实验结果的印象。
46.作为优选地，监测机构还包括光栅传感器，光栅传感器包括光栅6和对应光栅设置
的传感器，传感器固定安装在滑动壳体3中，并位于滑动壳体3的底部；光栅6铺设于滑轨2的上侧面，且光栅6位于刻度尺5的下侧，光栅6和刻度尺5相重叠；光栅传感器为现有市面上已有出售的光栅传感器，本实施例中光栅传感器采用型号为h9730高精度光栅编码器，以与下述的电路板和显示屏配合，将第一极板41和第二极板42间的距离显示出来。
47.进一步说，本实用新型还包括电路板71和电源72，电路板71和电源72分别固定安装在滑动壳体3内，即电路板71和电源72分别固定安装在滑动壳体3的壳盒中，电路板71上集成有plc控制器，电源72给电路板71、前述监测机构及第一极板41和第二极板42提供工作电源，本实施例中电源72可为锂电池等常规的蓄电池，且滑动壳体3上开设有充电口，充电口通过常规的电源控制器与锂电池双向电连接，电源控制器的电源端电连接plc控制器的电源端，以通过plc控制器给本实用新型的各元器件供电；并且，上述的光栅传感器和电容传感器的采集端分别电连接plc控制器的信号输入端，以将光栅传感器采集的距离值和电容传感器采集的电容值分别传输到plc控制器中。
48.进一步说，如图6-7所示，本实用新型还包括显示屏8，本实施例中设有三个显示屏8，分别对应用于显示电容值、距离值和相对面积值，三个显示屏8的信号输入端分别电性连接plc控制器的信号输出端，在本实施例中上述电路板71中还集成有常规的无线通信模块，该无线通信模块可为wifi模块或4g模块等，即三个显示屏8分别通过无线通信模块与显示屏8进行通信连接，以使plc控制器将接收的数据分别传输到对应的显示屏8中，方便学生进行查看。较佳地，为方便学生对数据进行查看，三个显示屏8的底部都嵌装有磁体，该磁体可为现有常规的磁铁，以便将显示屏8吸附在电脑主机的外壳上或吸附在金属材质的载体上。
49.在本实施例中，采用现有常规的控制器即可实现上述功能，本实施例中plc控制器可为stc12单片机或51单片机等。
50.本实用新型一种改进型平行板电容器的电容教学装置，每次实验之前，安装座1、滑轨2和滑动壳体3都处于分解状态，在实验过程中，学生根据要求自行组合安装，具体操作过程如下：
51.如图1-3所示，在探究间距对电容的影响时，先将滑动壳体3安装在滑轨2上，然后再将滑轨2的安装端安装在安装座1的安装侧上，使滑轨2与安装座1相互垂直布置，即第一卡槽11和第二卡槽一31平行布置，此时第一卡槽11和第二卡槽二32相互垂直，然后将第一极板41插入到第一卡槽11中，第二极板42插入到第二卡槽一31中，然后将滑动壳体3推动至滑轨2的安装端，并将第二极板42的相应侧调整到抵在限位台阶和定位部的内侧壁处，以确保第一极板41和第二极板42正对布置，然后再推动滑动壳体3沿滑轨2滑动，调整第一极板41和第二极板42之间的距离，通过显示屏即可了解本次实验的距离值和电容值，即每次两极板间的距离变化，电容值所发生的的变化。
52.如图1所示和如图4-5所示，在探究面积对电容的影响时，先将滑动壳体3安装在滑轨2上，然后再将滑轨2的安装侧安装在安装座1的安装侧上，使滑轨2与安装座1相互平行布置，即第一卡槽11和第二卡槽二32平行布置，第一卡槽11与第二卡槽一31相互垂直布置，然后将第一极板41插入到第一卡槽11中，第二极板42插入到第二卡槽二32中，然后将滑动壳体3推动至滑轨2的安装端，并将第二极板42的相应侧调整到抵在限位台阶和定位部的内侧壁处，以确保第一极板41和第二极板42正对布置，然后推动滑动壳体3沿滑轨2滑动，以调整第一极板41和第二极板42的相对面积，学生可以通过显示屏查看两极板间的电容值和相对
面积值，即每次两极板间相对面积的变化，电容值所发生的变化。
53.以上所述仅为本实施例的优选实施例，凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本实用新型的权利要求范围。

技术特征：
1.一种改进型平行板电容器的电容教学装置，其特征在于：包括第一极板、第二极板、安装座、滑轨以及与所述滑轨滑动配合的滑动壳体；所述安装座的一侧可拆卸安装于所述滑轨的一端，或者所述安装座的一侧可拆卸安装于所述滑轨的一侧；所述安装座沿长度方向开设有第一卡槽，所述第一卡槽和所述第一极板插接配合，所述滑动壳体上开设有两相互垂直布置的第二卡槽一和第二卡槽二，所述第二卡槽一和所述第二卡槽二分别能够与所述第二极板插接配合；所述滑轨上设有用于监测所述滑动壳体的移动距离的监测机构，所述第一极板和所述第二极板分别电性连接电容传感器。2.根据权利要求1所述的改进型平行板电容器的电容教学装置，其特征在于：所述安装座为长条结构，且所述安装座的一侧面设置有凸耳，所述凸耳上开设有插接孔；所述滑轨的一端端面设置有呈l字型的连接块一，所述滑轨的一侧侧面设置有呈l字型的连接块二，所述连接块一和连接块二分别能够与所述插接孔插接配合。3.根据权利要求2所述的改进型平行板电容器的电容教学装置，其特征在于：于所述滑轨的一端与所述安装座相连接时，所述第一卡槽与所述第二卡槽一平行布置。4.根据权利要求2所述的改进型平行板电容器的电容教学装置，其特征在于：于所述滑轨的一侧与所述安装座相连接时，所述第一卡槽与所述第二卡槽二平行布置。5.根据权利要求3或4所述的改进型平行板电容器的电容教学装置，其特征在于：所述安装座的一端设置有与所述凸耳同一侧布置的定位部，所述定位部设置有限位台阶。6.根据权利要求2、3或4所述的改进型平行板电容器的电容教学装置，其特征在于：所述监测机构包括刻度尺，所述刻度尺铺设于所述滑轨的上侧面，所述刻度尺的数值从背离所述连接块一的方向从小到大排列布置。7.根据权利要求6所述的改进型平行板电容器的电容教学装置，其特征在于：所述监测机构还包括光栅传感器，所述光栅传感器包括光栅和对应光栅设置的传感器，所述光栅铺设于所述滑轨的上侧面，且所述光栅位于所述刻度尺的下侧，所述传感器设置于所述滑动壳体中。8.根据权利要求7所述的改进型平行板电容器的电容教学装置，其特征在于：还包括设置于所述滑动壳体内的电路板和电源，所述电源给所述电路板、所述监测机构及所述第一极板和所述第二极板提供工作电源，所述光栅传感器和所述电源分别电性连接所述电路板。9.根据权利要求8所述的改进型平行板电容器的电容教学装置，其特征在于：还包括显示屏，所述电路板通过无线通信模块与所述显示屏通信连接。10.根据权利要求9所述的改进型平行板电容器的电容教学装置，其特征在于：所述显示屏的底部嵌装有磁体。

技术总结
本实用新型公开了一种改进型平行板电容器的电容教学装置，包括第一极板、第二极板、安装座、滑轨及与滑轨滑动配合的滑动壳体；安装座的一侧可拆卸安装于所述滑轨的一端，或者安装座的一侧可拆卸安装于滑轨的一侧；安装座沿长度方向开设有第一卡槽，第一卡槽和第一极板插接配合，滑动壳体上开设有两相互垂直的第二卡槽一和第二卡槽二，第二卡槽一和第二卡槽二分别与第二极板插接配合；在滑轨上设有用于监测滑动壳体的移动距离的监测机构，第一极板和第二极板分别连接电容传感器。与现有技术相比，本实用新型的部件较少，结构较为简单，成本较低，并且本实用新型需要自行组装，组装自由，锻炼学生的动手能力。锻炼学生的动手能力。锻炼学生的动手能力。


技术研发人员：梁良飞 陈春红
受保护的技术使用者：福建师范大学泉州附属中学（泉州市第十五中学）
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/8/26