探究電容器的電荷量與電壓關(guān)系的創(chuàng)新實驗

胡佳

(華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué)朝陽學(xué)校 北京 100025)

1 相關(guān)背景分析

為此，筆者提出了用轉(zhuǎn)化法測量電荷量，自制教具用恒定電流給電容器充電，根據(jù)Q=It，通過記錄通電時間t來計算電荷量Q，效果良好.

2 實驗裝置

要利用Q=It計算電荷量，必須使充電過程中的充電電流I恒定.現(xiàn)在市場上的恒流源造價昂貴，且輸出電流為安培級別，要產(chǎn)生微安級別電流給電容器充電較為不便，筆者采用了實驗室常規(guī)器材，具體為：8節(jié)干電池、阻值調(diào)到100 kΩ的電位器、1 750 Ω滑動變阻器、200 μA量程微安表、iPad mini計時器、電容器、15002型數(shù)字演示電壓表(直流電壓擋，量程為20 V)、導(dǎo)線、開關(guān)，自制了如圖1所示的實驗裝置，通過手動調(diào)節(jié)滑動變阻器即可使充電電流I恒定.

圖1 探究電容器的電荷量與電壓關(guān)系的實驗裝置

3 實驗步驟

(1)按圖2電路圖連接實驗電路，電容器選用的是16 V,1 000 μF的電容器.

圖2 實驗電路

(2)閉合開關(guān)S1，同時按下開關(guān)S2和iPAD計時器按鈕，迅速調(diào)節(jié)滑動變阻器，使得充電電流為10 μA.

(3)充電過程中眼睛始終盯著微安表指針，時刻調(diào)節(jié)滑動變阻器使得充電電流恒定不變，每隔10 s記錄一次電容器的電壓，一共記錄9組，停止計時、計數(shù).

(4)更換16 V，220 μF電容器重復(fù)上述操作，記錄數(shù)據(jù).

4 實驗數(shù)據(jù)記錄及處理

實驗數(shù)據(jù)如表1所示.

表1 實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)表1數(shù)據(jù)作Q-U圖像如圖3所示.

圖3 1 000 μF電容器的Q與U圖像

實驗相對誤差

當(dāng)C=220 μF時的Q-U圖像如圖4所示.

圖4 220 μF電容器的Q與U圖像

實驗相對誤差

5 實驗評價

圖5 1 000 μF與220 μF電容器的Q與U圖像

圖6 電容器與水容器類比