段娟娟 王祥委 彭朝陽
1實(shí)驗(yàn)器材
2只剝了外罩且卸了電池、時(shí)針、分針的石英鐘,1只數(shù)字電壓表,2節(jié)干電池,1個(gè)單刀雙擲開關(guān),導(dǎo)線若干。
2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理
電容器充電前,電容元件中未儲(chǔ)有能量,即電容器兩端電勢差UC=0。充電過程中,隨著電容器兩極板上所帶等量異種電荷的增加,形成電流,接在充電電路中的石英鐘秒針走動(dòng)起來,電容器兩端電勢差逐漸增大,電容器充電電壓UC=U(1-e-t/τ),其中時(shí)間常數(shù)τ=RC,時(shí)間常數(shù)r愈大,UC增長愈慢,一般經(jīng)過3~5τ的時(shí)間,即可認(rèn)為達(dá)到穩(wěn)態(tài),即電路中電流為零,充電電路中的石英鐘秒針停止走動(dòng),電容器兩端電勢差UC=U。電容器放電過程中,電容元件充電電壓達(dá)到電源電壓U時(shí)(即UC=U)。閉合開關(guān),隨著電容器兩極板上電荷量的減少,放電回路中形成短暫的電流,接在放電回路中的石英鐘秒針就會(huì)被短暫的電流所驅(qū)動(dòng),Uc逐漸減小,電容器放電電壓UC=Ue-t/τ,其中τ=RC。時(shí)間常數(shù)τ愈小,UC衰減愈快,即電容器放電愈快。放電結(jié)束,電路中電流為零,放電回路中的石英鐘秒針停止走動(dòng),電容器兩端電壓UC=0。
3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡圖
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖1、2所示。
4使用方法
(1)如圖1所示,將單刀雙擲開關(guān)向A點(diǎn)閉合,讓電源對(duì)電容器進(jìn)行充電,左邊電路形成一個(gè)充電回路,石英鐘秒針走動(dòng)起來,數(shù)字電壓表示數(shù)在不斷增加。充電結(jié)束時(shí)石英鐘秒針停止走動(dòng),數(shù)字電壓表顯示電容器兩端的電勢差近似等于電源電壓。引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得出電容器在充電時(shí)兩極板間的電荷量Q增加,兩極板間的電勢差U也在增加。……