電容器的充放電

2022-10-13 13:48:07 字數 2289 閱讀 9662

錢選體(南通市啟秀中學高中物理組江蘇南通 226001)

電容器是一種重要的電學元件,是乙個儲存電荷既為儲能元件,它不是乙個耗能元件,可以說沒有電容器就沒有現在的資訊社會和現代化的生活;要掌握電容器的特性我認為做好電容器的充放電實驗非常重要,可以幫助學生理解掌握電容器特性在電路中的作用起到事半功倍的作用。

人教版3-1書本給出的電容器的充放電示意圖

如右圖⑴,s擲至1為充電,擲至2為放電,表面

上是可以進行充放電的實驗了,但實際上是看不到

實驗現象的,由於電路中無電阻r,充放電時間很

短很短,根本看不到充放電的過程,幾乎看不到安培表的變化過程。

若用右圖⑵進行演示,c=470μf,r=10kω,

錶用100μa或500μa的示教萬用g表,用

2.5v的示教萬用表,rc=5s,整個充放電時間為

15s~25s,便於觀察和講解,的指標放在正中,

可以左右偏,e用一節乾電池,可以很好的演示

充放電實驗,s擲至1為充電過程,同時可以看到表讀數由最大逐漸減小,表讀數由小逐漸增大,可知充電的電流方向及電容器上、下極板所帶的電量;s擲至2時為放電過程,此時可以看到表和表的讀數同時減小直至為零,同時可以看到放電電流方向與充電電流方向相反,有足夠的時間進行講解說明,可以說明充好電的電容器儲存能量即電場能。

圖⑵存在兩個缺點,充電結束時始終不為零,因為不是理想表,不能很好說明充電結束時電路中電流為零,一種方法是將表斷開再做充電實驗,此時充電結束時表讀數為零;還有一種方法是改變的接線位置,由外接改為內接,還有乙個缺點為s斷開1又沒有與2連線時,理論上c兩端的電壓應不變,即充好電的電容器的電量不變,由於表不是理想表,它要放電,所以在表支路上接乙個電鍵,斷開1時及時斷開支路中的電鍵。

用右圖⑶進行演示,e、r、c、、的值及選擇與圖⑵相同,s1為單刀雙擲開關,s2為單刀單擲開關,觀察效果很好,有

足夠的時間進行充分的講解;當s1擲至1,s2接

通為充電,可以同時看到和的讀數變化過程,

終態為零約為e,據表的指標偏轉方向

可知充電的方向;當s1斷開前先斷開s2,可以提

出問題說明充好電的電容器存在什麼呢?然後先接s2再快速使s1擲至2,觀察此時的最大值幾乎不變,然後、表同時減小直至為零;說明充好電的電容器兩端電壓u不變,即電量q不變,充好電的電容器儲有能量即電場能,通過表的指標偏轉方向可知放電的電流方向與充電的電流方向相反。

通過圖⑶進行充放電實驗後可以說明下面幾個問題,第一根據充電時的讀數由最大減至零,說明電容器c在直流電路中接通的瞬時相當於短路,正常工作時相當於斷路;第二可以通過改變r和c的值,可以觀察到充放電時間的長短,說明r與c的乘積是時間,rc電路有延時效應,從而可以使電路延時接通或延時斷開達到需要的自動控制;第三可以通過充放電知道電容器的串、併聯的特點,若併聯電容器後,充放電時間增大,rc乘積增大,說明併聯後電容器的電容量增大,若串聯電容器後,充放電時間減小,rc乘積減小,說明串聯後的電容器的電容量減少,從而使學生很容易接受電容器的串並聯的電容量的變化;第四個很容易解決圖⑷的問題,可以先按圖⑸進行乙個演示實驗,r1、r2、r3為電阻

箱都調為5000ω, 1、2、3為示教萬用表的g表,當s閉合可以看到三個表的讀數變化與圖⑷中的a、b、c三燈的亮度變化是一樣的,利用c接通時短路,正常時斷路,a先亮後漸暗與b同樣亮,b、c先同樣亮後c漸暗且不亮,b漸亮,還可以很容易回答圖⑹中s接通時a、b燈誰先亮,亮度變化情況如何,據接通時瞬間c短路,則a燈先亮,據c正常工作時斷路及充電需要時間,所以b燈後亮,a燈由亮變暗,b由暗變亮。

用圖⑶的放電過程,增加乙個秒錶,可以進行電容器的電容c的測量,為了便於測量可以適當提高時間常數rc的值,可以使rc=τ=10s,放電過程有30s~50s的時間,可以每5s讀乙個i值,用

方格紙作出i—t圖象,如圖⑺曲線與i、t

軸圍成的面積為q,用數格仔的方法得到q,

用公式c=q/u計算出電容器的電容c;課本

3-1p32的i—t圖中的資料有問題,由圖可知

時間常數τ=rc=1s,計算出c=10μf,則r應該為100kω;圖中imax=2.4ma,e=8v,r=e/i=3.3 kω,此資料及圖應該重新測量和繪製一下;另據圖⑻進行

充電時uc=e,放電時有cq+r=0,

則i=,i0=,即i=。

用電容器充放電過程測電容器的電容量c,可以放乙個學生實驗,使學生通過身邊的簡單儀器也可以測到c值,不一定要用感測器,可以培養學生的創新思維能力,而且使用這個實驗的儀器:電阻箱、乾電池、電容器、秒錶或手錶,g表各校都有。實驗時可以採用圖⑶中的資料每5s讀乙個i值,作出i—t圖即可。

總之,在目前大量提倡高效課堂,培養學生的創新思維能力的前提下,我們的物理課堂應該走在前沿,能做好的演示實驗要創造條件做好,能讓學生動手的學生實驗盡量安排給他們做,從而達到我們的預期效果。

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