电容器的充电和放电Word下载.docx
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计算机、数据采集器,电压传感器,电流传感器,电源(8V),电容器(470
),电阻(1000
,3.3k
,500
),开关(单刀双掷),导线等。
实验1用传感器观察电容器的充电和放电
1.电路图:
2.电学模块实物连接图
3.实验步骤
如图连接实验装置;
进入“TriE信息系统”,对电压传感器和电流传感器校零;
新建实验,新建活页夹,设置左图为I-t图象,右图为U-t图象;
选择“采集时间”为1min,“采集间隔”为100ms;
将开关板到左边,然后把开关板到右边,观察电容的充电和放电过程中电流和电压的变化;
点击“结束”。
4.图象
用传感器观察电容的充电和放电图象
左图:
电流图象,充电时和放电时各产生脉冲电流,方向相反;
右图:
电压图象,充电时电压升高,放电时电压降低。
难点是左图,要放大才能看到,最大电流只有0.007A.
实验2电容器通过不同电阻放电:
2.实验步骤
进入“TriE信息系统”,对电压传感器校零;
新建实验,用“公式编辑”新建物理量电流,编辑公式
;
新建活页夹,设置图下象为I-t图象;
选择“采集时间”为10s,“采集间隔”为1.25ms,点击“开始”按钮;
将开关板到左边,充电后把开关板到右边,观察电容放电过程中电流的变化;
等放电结束,点击“添加标记”按钮,输入使用的电阻值R=1000Ω;
在图线管理器中选择“重叠显示”;
使用阻值分别为3300Ω和500Ω的电阻重复实验;
分析并讨论实验结果,比较电容器通过不同电阻放电时间的长短。
3.图象
电容器通过1000
的电阻放电,用电压传感器测得电压,用公式
求出电流,然后作出I-t图象,如上图。
上图中图线下的阴影的面积表示开始放电0.25s内放电的电量,每个小格表示的放电电量为
,数一下图线下的阴影部分约6.5个小格,所以,开始放电0.25s内放电的电量约为
。
整个I-t图线与t轴包围的面积表示全部放电的电量,即电容器充满电的电量,数一下整个I-t图线下的阴影部分约14个小格,所以,电容器的电量约为
验证:
根据公式
计算电容器的电量,将电容器的电容
和电池的电压8.7V代入得到
与实验结果比较一致。
电容器通过不同电阻放电的I-t图象,从图象看出,放电电阻越大,放电时间越长。
实验3用电流传感器做的电容器放电实验
1.电路图
如图连接实验装置,放电回路的电阻选为200Ω,以便有较大的电流;
进入“TriE信息系统”,对电流传感器校零;
新建实验,新建活页夹,设置图象为I-t图象;
选择“采集时间”为10s,“采集间隔”为2.5ms;
将开关板到左边,电容器充电后把开关板到右边,观察电容放电过程中电流变化;
3.图象:
电容器放电过程的I-t图象(用电流传感器直接测量电流)
上图中图线下的阴影的面积表示开始放电0.05s放电的电量,每个小格表示的放电电量为
,数一下图线下的阴影的面积约8个小格,所以,开始放电0.05s内放电的电量约为
整个I-t图线与t轴包围的面积表示全部放电的电量,即电容器充满电的电量,数一下整个I-t图线下的阴影部分约16个小格,所以,电容器的电量约为
与实验结果一致。