电容器作电源改善物理实验

超级电容器是一种新型的储能器件，因其能提供大功率，循环寿命长，充电时间短，使用方便，使用温度范围宽，绿色环保等优异特性而在各个领域中得到了广泛应用。超级电容器弥补了铝电解电容器和可充电电池之间的技术缺口，同时又克服了两者的缺陷，既具有电池的能量贮存特性，又具有电容器的功率特性，它比传统电解电容器的能量密度高数千倍，而漏电电流小数千倍，具有法拉级的超大电容量，储电能量大、时间长；其放电功率较蓄电池高近10倍，能够瞬间释放数百至数千安培电流，大电流放电甚至短路也不会对其有任何影响，可充放电几十万次以上而不需要任何维护和保养，可用于以极大电流瞬间放电和大电流放电的工作状态，而不易产生发热、着火等现象，且充电时间很短，可在几秒钟之内完成，是一种理想的大功率二次电源。笔者利用超级电容器优越的性能，将2只容量为300F、额定电压为2.7V的超级电容器串联后作电源，应用于需要大电流的物理实验，取得了很好的效果。

一、改进奥斯特演示实验

该实验证明了通电导体能产生磁场。由于现有的电源不能提供很大的电流，厂家提供的教具在演示该实验时，通常采用多股线圈叠加在一起模拟成1根通电导体的方法。另外，为增强可见度,小磁针的转动还要用投影仪来演示。有的教师为了使全班学生便于观察该实验，换用了大磁针，采取将几节干电池直接与1根导线相连的方法来演示。这种方法由于电源短路，电池很快就会损坏。如果采用超级电容器作电源来做这个实验，那么一切问题将迎刃而解。

在演示奥斯特实验时，为了使超级电容器放电时间延长，从而有更佳的实验效果，可加大电容器的容量（这样做会增加成本），或者在电容器与直线导体间串联大功率的小电阻。笔者采用的方法是后者，将4只阻值为1Ω的大功率水泥电阻并联后再与直线导体串联，然后再接到串联的2只超级电容器上。

这2只超级电容器串联后，总电压充电到5V即可，每只超级电容器均未超过其额定电压。

二、改进通电直导体在磁场中受安培力的演示实验

该实验用超级电容器作电源，由于能得到很大的电流，演示效果极佳。图1是演示通电导体在磁场中受安培力的装置图。在图中的2根平行导轨上，左边放置的是1根长约为7cm的铜管，它可直接用来演示通电导体在磁场中受到安培力的实验；右边放置的是1个自制的长度大约为7cm的转子，它也可以演示通电导体在磁场中受到安培力的实验。把铜管和转子放置在平行导轨上，除了能演示它们都受安培力的实验外，还可以用来对比在这2种实验情形下，铜管和转子受到的静摩擦力的方向。转子的结构见图2和图3，这个转子用1根直径约0.8cm的小圆木棍作转轴，转轴的两端分别套上内径与小木棍直径相当的薄铜管。此前，先在薄铜管内壁涂上AB胶，使它与转轴黏牢，然后用钢锯片将转轴一端的薄铜管沿转轴的方向锯开，围绕着圆把薄铜管分成四等分且彼此绝缘，再用4根铜导体把它们焊接在两端的薄铜管上。在演示该实验时，在平行导轨下方放置2块条形磁铁（每块磁铁长11cm，宽4cm，厚2.5cm，即直流电动机原理模型上现成的磁铁），且同极性面都向上（或向下），然后用导线将2根平行导轨分别接到用超级电容器作电源的正、负极上，此时铜管和转子立刻滚动起来，且它们滚动前进的方向恰好相反。由左手定则可知，铜管和转子上的铜导体受到的安培力方向相同。它们滚动前进的方向之所以相反，是由于平行导轨给它们施加的静摩擦力效果不一样，铜管受到的静摩擦力方向与其前进的方向相反，而转子受到的静摩擦力方向与其前进方向相同（在图4和图5中，电流I垂直纸面向里，磁场B竖直向上）。这就和人骑自行车时，自行车的前轮和后轮所受静摩擦力的原理是相同的。

最后提一下转子滚动时的一个有趣现象：当把2块条形磁铁的不同极性面朝上（或朝下），同时2根平行导轨与电源的正、负极正确相连时，转子会沿着平行导轨作往复滚动。此外，用转子来演示导体在磁场中受安培力的实验，更能帮助学生理解直流电动机模型的工作原理。