电容器的充放电.docx

电容器的充放电1 Capacitorcharginganddischarging 钱选体 (南通市启秀中学高中物理组江苏南通226001) 电容器是一种重要的电学元件,是一个储藏电荷既为储能元件,它不是一个耗能元件,能够说没有电容器就没有现在的信息社会和现代化的生活;要掌握电容器的特性我认为做好电容器的充放电实验特别重要,能够帮助学生理解掌握电容器特性在电路中的作用起到事半功倍的作用。 人教版3-1书本给出的电容器的充放电示意图 如右图⑴,S掷至1为充电,掷至2为放电,表面 上是能够进行充放电的实验了,但实际上是看不到 实验现象的,由于电路中无电阻R,充放电时间很⑴ 短很短,根本看不到充放电的过程,几乎看不到安培表的变化过程。 若用右图⑵进行演示,C=470μF,R=10kΩ, ○A表用100μA或500μA的示教万用G表,○V用 2.5V的示教万用表,RC=5s,整个充放电时间为 15s~25s,便于察看和解说,○A的指针放在正中, 能够左右偏,E用一节干电池,能够很好的演示⑵ 充放电实验,S掷至1为充电过程,同时能够看到○A表读数由最大渐渐减小,○V表读数由小渐渐增大,可知充电的电流方向及电容器上、下极板所带的电 量;S掷至2时为放电过程,此时能够看到○A表和○V表的读数同时减小直至为零,同时能够看到放电电流方向与充电电流方向相反,有足够的时间进行讲解说明,能够说明充好电的电容器储藏能量即电场能。 图⑵存在两个缺点,充电结束时○A始终不为零,因为○V不是理想表,不能很好说明充电结束时电路中电流为零,一种方法是将○V表断开再做充电实验,此时 1基金项目:江苏省教育科学“十二五”规划普教立项NO:387《新课程高中物 理实验的改良与创新》 成员:钱选体 充电结束时○A表读数为零;还有一种方法是改变○A的接线地点,由外接改为内接,还有一个缺点为S断开1又没有与2连结时,理论上C两头的电压应不变,即充好电的电容器的电量不变,由于○V表不是理想表,它要放电,所以在○V表支路上接一个电键,断开1时实时断开○V支路中的电键。 用右图⑶进行演示,E、R、C、○A、○V的值及选择与图⑵相同,S1为单刀双 掷开关,S2为单刀单掷开关,察看效果很好,有 足够的时间进行充分的解说;当S1掷至1,S2接 通为充电,能够同时看到○A和○V的读数变化过程, 终态○A为零○V约为E,据○A表的指针偏转方向 可知充电的方向;当S1断开前先断开S2,能够提⑶ 出问题说明充好电的电容器存在什么呢  ?然后先接  S2  再迅速使  S1  掷至  2, 察看此 时○V的最大值几乎不变,然后○A、○V表同时减小直至为零;说明充好电的电容器两头电压U不变,即电量Q不变,充好电的电容器储有能量即电场能,经过○A表的指针偏转方向可知放电的电流方向与充电的电流方向相反。 经过图⑶进行充放电实验后能够说明下面几个问题,第一根据充电时○A的读 数由最大减至零,说明电容器C在直流电路中接通的刹时相当于短路,正常工作时相当于断路;第二能够经过改变R和C的值,能够察看到充放电时间的长短,说明R 与C的乘积是时间,RC电路有延时效应,进而能够使电路延时接通或延时断开达到需要的自动控制;第三能够经过充放电知道电容器的串、并联的特点,若并联电容器后,充放电时间增大,RC乘积增大,说明并联后电容器的电容量增大,若串连电容器后,充放电时间减小,RC乘积减小,说明串连后的电容器的电容量减少,进而使学生很容易接受电容器的串并联的电容量的变化;第四个很容易解决图⑷的问题,能够先按图⑸进行一个演示实验,R1、R2、R3为电阻 ⑷⑸⑹ 箱都调为5000Ω,○A1、○A2、○A3为示教万用表的G表,当S闭合能够看到三个○A表的读数变化与图⑷中的A、B、C三灯的亮度变化是同样的,利用C接通时短路,正常时断路,A先亮后渐暗与B同样亮,B、C先同样亮后C渐暗且不亮,B渐亮,还能够很容易回答图⑹中S接通时A、B灯谁先亮,亮度变化情况怎样,据接通时瞬间C短路,则A灯先亮,据C正常工作时断路及充电需要时间,所以B灯后亮,A灯由亮变暗,B由暗变亮。 用图⑶的放电过程,增加一个秒表,能够进行电容器的电容C的测量,为了便于测量能够适合提高时间常数RC的值,能够使RC=τ=10s,放电过程有30s~50s的时间,能够每5s读一个I值,用 方格纸作出I—t图象,如图⑺曲线与I、t 轴围成的面积为Q,用数格子的方法获得Q, 用公式C=Q/U计算出电容器的电容C;课本 3-1P32的I—t图中的数据有问题,由图可知时间常数τ=RC=1s,计算出C=10μF,则R应当为100kΩ;图中Imax=2.4mA, E=8V,R=E/I=3.3k 行充电时UC=E,放电时有  Ω,此数据及图应当从头测量和绘制一下Cq+R