基于Dislab的電容器充放電現(xiàn)象探究

金文銳+陳彩榮+包國(guó)速+李雨

摘 要：利用朗威Dislab對(duì)電容器充放電現(xiàn)象進(jìn)行探究，觀察到了電容器兩端的電壓U和電路中的電流I隨時(shí)間t的變化規(guī)律，利用I-t圖像計(jì)算出了電容器儲(chǔ)存的電量Q，證明了Q與U成正比。

關(guān)鍵詞：朗威Dislab；高中物理；電容器充放電

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）7（S）-0039-2

人民教育出版社普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理選修3-1中電容器的充放電演示實(shí)驗(yàn)裝置如圖1，通過(guò)電流表指針的偏轉(zhuǎn)證明充放電現(xiàn)象的存在。該實(shí)驗(yàn)的不足之處是無(wú)法將充放電過(guò)程中，電路中的電流I和電容器兩極板間電壓U隨時(shí)間t的變化規(guī)律呈現(xiàn)在學(xué)生面前；也無(wú)法證明電容器儲(chǔ)存的電荷量Q與電容器的兩極板間的電壓U成正比這一規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

Dislab[1]將傳感器，數(shù)據(jù)采集器，計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器相結(jié)合，利用傳感器獲取數(shù)據(jù)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)完成對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理。本實(shí)驗(yàn)利用朗威Dislab觀察電容器充放電過(guò)程中電壓U，電流I的變化過(guò)程；利用I-t圖像計(jì)算電容器儲(chǔ)存的電荷量Q的值。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，R=10Ω，電容器的電容為50μF（耐壓值為25V），電源為一節(jié)干電池。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 探究充放電過(guò)程中電壓U，電流I的變化規(guī)律2.1.1 電容器兩端電壓U的變化規(guī)律

充放電時(shí)電容器兩極板間的電壓U隨時(shí)間t的變化規(guī)律分別如圖3，圖4所示。充電時(shí)，隨著電容器儲(chǔ)存的電荷量Q的增加，兩極板間的電壓U逐漸增加，且增加的速度逐漸減緩。放電時(shí)，隨著儲(chǔ)存電荷量Q的減少，兩極板間的電壓U逐漸減小，且減小的速度逐漸減緩。

2.1.2 充放電過(guò)程中電流的變化規(guī)律

充放電過(guò)程中電流I隨時(shí)間t的變化規(guī)律分別如圖5，圖6所示。充電過(guò)程中電流I逐漸減小，說(shuō)明電容器中電荷量Q的增加速度逐漸減緩。放電時(shí)，電流I逐漸減小，說(shuō)明電容器中電荷量Q的減小速度逐漸減緩。

小結(jié)：從上面的分析可以看出，充放電過(guò)程中，電容器儲(chǔ)存的電荷量Q隨時(shí)間t的變化規(guī)律和電容器兩端電壓U隨時(shí)間t的變化規(guī)律是相同的。教學(xué)過(guò)程中可以引導(dǎo)學(xué)生提出猜想，Q和U之間是否存在某種聯(lián)系？為后面的探究埋下伏筆。

2.2 探究電容器儲(chǔ)存的電荷量Q和充電電壓U之間的定量關(guān)系

利用Dislab實(shí)驗(yàn)軟件對(duì)充電時(shí)的I-t曲線積分得到充電過(guò)程中流過(guò)電流傳感器的電荷量Q的值，也是電容器充電時(shí)儲(chǔ)存的電荷量。由圖7可知，Q=0.00659109C。改用2節(jié)，3節(jié)，4節(jié)，5節(jié)干電池重復(fù)該實(shí)驗(yàn)過(guò)程，得到Q的值分別為0.0122493C，0.0193215C，0.0271062C和0.0335577C。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到Q-U圖像如圖8所示?？梢钥闯?，實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，Q/U的值為一定值，即Q與U成正比。

3 總結(jié)

利用朗威Dislab對(duì)電容器充放電現(xiàn)象進(jìn)行探究，能夠觀察到充放電過(guò)程中電壓，電流隨時(shí)間的變化規(guī)律；定量的計(jì)算電容器儲(chǔ)存的電量，得到電容器儲(chǔ)存的電荷Q和兩極板間的電壓U成正比這一規(guī)律。在教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，使學(xué)生收獲更多[2]。真正實(shí)現(xiàn)了探究式教學(xué)，提高了教學(xué)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮容士.工具的變遷，課改的理念——DISLab綜述[J].物理教學(xué)，2004，（9）：19.

[2]閻金鐸，郭玉英.中學(xué)物理新課程教學(xué)概論[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2008.

[3]何勇軍.探究含電容器電路的瞬態(tài)過(guò)程[J].物理教學(xué)探討，2011，（7）：53.

（欄目編輯 羅琬華）

摘 要：利用朗威Dislab對(duì)電容器充放電現(xiàn)象進(jìn)行探究，觀察到了電容器兩端的電壓U和電路中的電流I隨時(shí)間t的變化規(guī)律，利用I-t圖像計(jì)算出了電容器儲(chǔ)存的電量Q，證明了Q與U成正比。

關(guān)鍵詞：朗威Dislab；高中物理；電容器充放電

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）7（S）-0039-2

人民教育出版社普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理選修3-1中電容器的充放電演示實(shí)驗(yàn)裝置如圖1，通過(guò)電流表指針的偏轉(zhuǎn)證明充放電現(xiàn)象的存在。該實(shí)驗(yàn)的不足之處是無(wú)法將充放電過(guò)程中，電路中的電流I和電容器兩極板間電壓U隨時(shí)間t的變化規(guī)律呈現(xiàn)在學(xué)生面前；也無(wú)法證明電容器儲(chǔ)存的電荷量Q與電容器的兩極板間的電壓U成正比這一規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

Dislab[1]將傳感器，數(shù)據(jù)采集器，計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器相結(jié)合，利用傳感器獲取數(shù)據(jù)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)完成對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理。本實(shí)驗(yàn)利用朗威Dislab觀察電容器充放電過(guò)程中電壓U，電流I的變化過(guò)程；利用I-t圖像計(jì)算電容器儲(chǔ)存的電荷量Q的值。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，R=10Ω，電容器的電容為50μF（耐壓值為25V），電源為一節(jié)干電池。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 探究充放電過(guò)程中電壓U，電流I的變化規(guī)律2.1.1 電容器兩端電壓U的變化規(guī)律

充放電時(shí)電容器兩極板間的電壓U隨時(shí)間t的變化規(guī)律分別如圖3，圖4所示。充電時(shí)，隨著電容器儲(chǔ)存的電荷量Q的增加，兩極板間的電壓U逐漸增加，且增加的速度逐漸減緩。放電時(shí)，隨著儲(chǔ)存電荷量Q的減少，兩極板間的電壓U逐漸減小，且減小的速度逐漸減緩。

2.1.2 充放電過(guò)程中電流的變化規(guī)律

充放電過(guò)程中電流I隨時(shí)間t的變化規(guī)律分別如圖5，圖6所示。充電過(guò)程中電流I逐漸減小，說(shuō)明電容器中電荷量Q的增加速度逐漸減緩。放電時(shí)，電流I逐漸減小，說(shuō)明電容器中電荷量Q的減小速度逐漸減緩。

小結(jié)：從上面的分析可以看出，充放電過(guò)程中，電容器儲(chǔ)存的電荷量Q隨時(shí)間t的變化規(guī)律和電容器兩端電壓U隨時(shí)間t的變化規(guī)律是相同的。教學(xué)過(guò)程中可以引導(dǎo)學(xué)生提出猜想，Q和U之間是否存在某種聯(lián)系？為后面的探究埋下伏筆。

2.2 探究電容器儲(chǔ)存的電荷量Q和充電電壓U之間的定量關(guān)系

利用Dislab實(shí)驗(yàn)軟件對(duì)充電時(shí)的I-t曲線積分得到充電過(guò)程中流過(guò)電流傳感器的電荷量Q的值，也是電容器充電時(shí)儲(chǔ)存的電荷量。由圖7可知，Q=0.00659109C。改用2節(jié)，3節(jié)，4節(jié)，5節(jié)干電池重復(fù)該實(shí)驗(yàn)過(guò)程，得到Q的值分別為0.0122493C，0.0193215C，0.0271062C和0.0335577C。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到Q-U圖像如圖8所示?？梢钥闯?，實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，Q/U的值為一定值，即Q與U成正比。

3 總結(jié)

利用朗威Dislab對(duì)電容器充放電現(xiàn)象進(jìn)行探究，能夠觀察到充放電過(guò)程中電壓，電流隨時(shí)間的變化規(guī)律；定量的計(jì)算電容器儲(chǔ)存的電量，得到電容器儲(chǔ)存的電荷Q和兩極板間的電壓U成正比這一規(guī)律。在教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，使學(xué)生收獲更多[2]。真正實(shí)現(xiàn)了探究式教學(xué)，提高了教學(xué)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮容士.工具的變遷，課改的理念——DISLab綜述[J].物理教學(xué)，2004，（9）：19.

[2]閻金鐸，郭玉英.中學(xué)物理新課程教學(xué)概論[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2008.

[3]何勇軍.探究含電容器電路的瞬態(tài)過(guò)程[J].物理教學(xué)探討，2011，（7）：53.

（欄目編輯 羅琬華）

摘 要：利用朗威Dislab對(duì)電容器充放電現(xiàn)象進(jìn)行探究，觀察到了電容器兩端的電壓U和電路中的電流I隨時(shí)間t的變化規(guī)律，利用I-t圖像計(jì)算出了電容器儲(chǔ)存的電量Q，證明了Q與U成正比。

關(guān)鍵詞：朗威Dislab；高中物理；電容器充放電

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）7（S）-0039-2

人民教育出版社普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理選修3-1中電容器的充放電演示實(shí)驗(yàn)裝置如圖1，通過(guò)電流表指針的偏轉(zhuǎn)證明充放電現(xiàn)象的存在。該實(shí)驗(yàn)的不足之處是無(wú)法將充放電過(guò)程中，電路中的電流I和電容器兩極板間電壓U隨時(shí)間t的變化規(guī)律呈現(xiàn)在學(xué)生面前；也無(wú)法證明電容器儲(chǔ)存的電荷量Q與電容器的兩極板間的電壓U成正比這一規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

Dislab[1]將傳感器，數(shù)據(jù)采集器，計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器相結(jié)合，利用傳感器獲取數(shù)據(jù)信息，通過(guò)計(jì)算機(jī)完成對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理。本實(shí)驗(yàn)利用朗威Dislab觀察電容器充放電過(guò)程中電壓U，電流I的變化過(guò)程；利用I-t圖像計(jì)算電容器儲(chǔ)存的電荷量Q的值。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，R=10Ω，電容器的電容為50μF（耐壓值為25V），電源為一節(jié)干電池。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 探究充放電過(guò)程中電壓U，電流I的變化規(guī)律2.1.1 電容器兩端電壓U的變化規(guī)律

充放電時(shí)電容器兩極板間的電壓U隨時(shí)間t的變化規(guī)律分別如圖3，圖4所示。充電時(shí)，隨著電容器儲(chǔ)存的電荷量Q的增加，兩極板間的電壓U逐漸增加，且增加的速度逐漸減緩。放電時(shí)，隨著儲(chǔ)存電荷量Q的減少，兩極板間的電壓U逐漸減小，且減小的速度逐漸減緩。

2.1.2 充放電過(guò)程中電流的變化規(guī)律

充放電過(guò)程中電流I隨時(shí)間t的變化規(guī)律分別如圖5，圖6所示。充電過(guò)程中電流I逐漸減小，說(shuō)明電容器中電荷量Q的增加速度逐漸減緩。放電時(shí)，電流I逐漸減小，說(shuō)明電容器中電荷量Q的減小速度逐漸減緩。

小結(jié)：從上面的分析可以看出，充放電過(guò)程中，電容器儲(chǔ)存的電荷量Q隨時(shí)間t的變化規(guī)律和電容器兩端電壓U隨時(shí)間t的變化規(guī)律是相同的。教學(xué)過(guò)程中可以引導(dǎo)學(xué)生提出猜想，Q和U之間是否存在某種聯(lián)系？為后面的探究埋下伏筆。

2.2 探究電容器儲(chǔ)存的電荷量Q和充電電壓U之間的定量關(guān)系

利用Dislab實(shí)驗(yàn)軟件對(duì)充電時(shí)的I-t曲線積分得到充電過(guò)程中流過(guò)電流傳感器的電荷量Q的值，也是電容器充電時(shí)儲(chǔ)存的電荷量。由圖7可知，Q=0.00659109C。改用2節(jié)，3節(jié)，4節(jié)，5節(jié)干電池重復(fù)該實(shí)驗(yàn)過(guò)程，得到Q的值分別為0.0122493C，0.0193215C，0.0271062C和0.0335577C。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到Q-U圖像如圖8所示?？梢钥闯?，實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，Q/U的值為一定值，即Q與U成正比。

3 總結(jié)

利用朗威Dislab對(duì)電容器充放電現(xiàn)象進(jìn)行探究，能夠觀察到充放電過(guò)程中電壓，電流隨時(shí)間的變化規(guī)律；定量的計(jì)算電容器儲(chǔ)存的電量，得到電容器儲(chǔ)存的電荷Q和兩極板間的電壓U成正比這一規(guī)律。在教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，使學(xué)生收獲更多[2]。真正實(shí)現(xiàn)了探究式教學(xué)，提高了教學(xué)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮容士.工具的變遷，課改的理念——DISLab綜述[J].物理教學(xué)，2004，（9）：19.

[2]閻金鐸，郭玉英.中學(xué)物理新課程教學(xué)概論[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2008.

[3]何勇軍.探究含電容器電路的瞬態(tài)過(guò)程[J].物理教學(xué)探討，2011，（7）：53.

（欄目編輯 羅琬華）