基于Dislab的电容器充放电现象探究

金文锐+陈彩荣+包国速+李雨

摘 要：利用朗威Dislab对电容器充放电现象进行探究，观察到了电容器两端的电压U和电路中的电流I随时间t的变化规律，利用I-t图像计算出了电容器储存的电量Q，证明了Q与U成正比。

关键词：朗威Dislab；高中物理；电容器充放电

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）7（S）-0039-2

人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1中电容器的充放电演示实验装置如图1，通过电流表指针的偏转证明充放电现象的存在。该实验的不足之处是无法将充放电过程中，电路中的电流I和电容器两极板间电压U随时间t的变化规律呈现在学生面前；也无法证明电容器储存的电荷量Q与电容器的两极板间的电压U成正比这一规律。

1 实验改进

Dislab[1]将传感器，数据采集器，计算机和传统实验仪器相结合，利用传感器获取数据信息，通过计算机完成对实验数据的分析和处理。本实验利用朗威Dislab观察电容器充放电过程中电压U，电流I的变化过程；利用I-t图像计算电容器储存的电荷量Q的值。实验装置如图2所示，R=10Ω，电容器的电容为50μF（耐压值为25V），电源为一节干电池。

2 实验数据分析

2.1 探究充放电过程中电压U，电流I的变化规律2.1.1 电容器两端电压U的变化规律

充放电时电容器两极板间的电压U随时间t的变化规律分别如图3，图4所示。充电时，随着电容器储存的电荷量Q的增加，两极板间的电压U逐渐增加，且增加的速度逐渐减缓。放电时，随着储存电荷量Q的减少，两极板间的电压U逐渐减小，且减小的速度逐渐减缓。

2.1.2 充放电过程中电流的变化规律

充放电过程中电流I随时间t的变化规律分别如图5，图6所示。充电过程中电流I逐渐减小，说明电容器中电荷量Q的增加速度逐渐减缓。放电时，电流I逐渐减小，说明电容器中电荷量Q的减小速度逐渐减缓。

小结：从上面的分析可以看出，充放电过程中，电容器储存的电荷量Q随时间t的变化规律和电容器两端电压U随时间t的变化规律是相同的。教学过程中可以引导学生提出猜想，Q和U之间是否存在某种联系？为后面的探究埋下伏笔。

2.2 探究电容器储存的电荷量Q和充电电压U之间的定量关系

利用Dislab实验软件对充电时的I-t曲线积分得到充电过程中流过电流传感器的电荷量Q的值，也是电容器充电时储存的电荷量。由图7可知，Q=0.00659109C。改用2节，3节，4节，5节干电池重复该实验过程，得到Q的值分别为0.0122493C，0.0193215C，0.0271062C和0.0335577C。根据实验数据，得到Q-U图像如图8所示。可以看出，实验误差范围内，Q/U的值为一定值，即Q与U成正比。

3 总结

利用朗威Dislab对电容器充放电现象进行探究，能够观察到充放电过程中电压，电流随时间的变化规律；定量的计算电容器储存的电量，得到电容器储存的电荷Q和两极板间的电压U成正比这一规律。在教学过程中，引导学生自己发现物理规律，使学生收获更多[2]。真正实现了探究式教学，提高了教学效率。

参考文献：

[1]冯容士.工具的变迁，课改的理念——DISLab综述[J].物理教学，2004，（9）：19.

[2]阎金铎，郭玉英.中学物理新课程教学概论[M].北京：北京师范大学出版社，2008.

[3]何勇军.探究含电容器电路的瞬态过程[J].物理教学探讨，2011，（7）：53.

（栏目编辑 罗琬华）

摘 要：利用朗威Dislab对电容器充放电现象进行探究，观察到了电容器两端的电压U和电路中的电流I随时间t的变化规律，利用I-t图像计算出了电容器储存的电量Q，证明了Q与U成正比。

关键词：朗威Dislab；高中物理；电容器充放电

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）7（S）-0039-2

人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1中电容器的充放电演示实验装置如图1，通过电流表指针的偏转证明充放电现象的存在。该实验的不足之处是无法将充放电过程中，电路中的电流I和电容器两极板间电压U随时间t的变化规律呈现在学生面前；也无法证明电容器储存的电荷量Q与电容器的两极板间的电压U成正比这一规律。

1 实验改进

Dislab[1]将传感器，数据采集器，计算机和传统实验仪器相结合，利用传感器获取数据信息，通过计算机完成对实验数据的分析和处理。本实验利用朗威Dislab观察电容器充放电过程中电压U，电流I的变化过程；利用I-t图像计算电容器储存的电荷量Q的值。实验装置如图2所示，R=10Ω，电容器的电容为50μF（耐压值为25V），电源为一节干电池。

2 实验数据分析

2.1 探究充放电过程中电压U，电流I的变化规律2.1.1 电容器两端电压U的变化规律

充放电时电容器两极板间的电压U随时间t的变化规律分别如图3，图4所示。充电时，随着电容器储存的电荷量Q的增加，两极板间的电压U逐渐增加，且增加的速度逐渐减缓。放电时，随着储存电荷量Q的减少，两极板间的电压U逐渐减小，且减小的速度逐渐减缓。

2.1.2 充放电过程中电流的变化规律

充放电过程中电流I随时间t的变化规律分别如图5，图6所示。充电过程中电流I逐渐减小，说明电容器中电荷量Q的增加速度逐渐减缓。放电时，电流I逐渐减小，说明电容器中电荷量Q的减小速度逐渐减缓。

小结：从上面的分析可以看出，充放电过程中，电容器储存的电荷量Q随时间t的变化规律和电容器两端电压U随时间t的变化规律是相同的。教学过程中可以引导学生提出猜想，Q和U之间是否存在某种联系？为后面的探究埋下伏笔。

2.2 探究电容器储存的电荷量Q和充电电压U之间的定量关系

利用Dislab实验软件对充电时的I-t曲线积分得到充电过程中流过电流传感器的电荷量Q的值，也是电容器充电时储存的电荷量。由图7可知，Q=0.00659109C。改用2节，3节，4节，5节干电池重复该实验过程，得到Q的值分别为0.0122493C，0.0193215C，0.0271062C和0.0335577C。根据实验数据，得到Q-U图像如图8所示。可以看出，实验误差范围内，Q/U的值为一定值，即Q与U成正比。

3 总结

利用朗威Dislab对电容器充放电现象进行探究，能够观察到充放电过程中电压，电流随时间的变化规律；定量的计算电容器储存的电量，得到电容器储存的电荷Q和两极板间的电压U成正比这一规律。在教学过程中，引导学生自己发现物理规律，使学生收获更多[2]。真正实现了探究式教学，提高了教学效率。

参考文献：

[1]冯容士.工具的变迁，课改的理念——DISLab综述[J].物理教学，2004，（9）：19.

[2]阎金铎，郭玉英.中学物理新课程教学概论[M].北京：北京师范大学出版社，2008.

[3]何勇军.探究含电容器电路的瞬态过程[J].物理教学探讨，2011，（7）：53.

（栏目编辑 罗琬华）

摘 要：利用朗威Dislab对电容器充放电现象进行探究，观察到了电容器两端的电压U和电路中的电流I随时间t的变化规律，利用I-t图像计算出了电容器储存的电量Q，证明了Q与U成正比。

关键词：朗威Dislab；高中物理；电容器充放电

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）7（S）-0039-2

人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1中电容器的充放电演示实验装置如图1，通过电流表指针的偏转证明充放电现象的存在。该实验的不足之处是无法将充放电过程中，电路中的电流I和电容器两极板间电压U随时间t的变化规律呈现在学生面前；也无法证明电容器储存的电荷量Q与电容器的两极板间的电压U成正比这一规律。

1 实验改进

Dislab[1]将传感器，数据采集器，计算机和传统实验仪器相结合，利用传感器获取数据信息，通过计算机完成对实验数据的分析和处理。本实验利用朗威Dislab观察电容器充放电过程中电压U，电流I的变化过程；利用I-t图像计算电容器储存的电荷量Q的值。实验装置如图2所示，R=10Ω，电容器的电容为50μF（耐压值为25V），电源为一节干电池。

2 实验数据分析

2.1 探究充放电过程中电压U，电流I的变化规律2.1.1 电容器两端电压U的变化规律

充放电时电容器两极板间的电压U随时间t的变化规律分别如图3，图4所示。充电时，随着电容器储存的电荷量Q的增加，两极板间的电压U逐渐增加，且增加的速度逐渐减缓。放电时，随着储存电荷量Q的减少，两极板间的电压U逐渐减小，且减小的速度逐渐减缓。

2.1.2 充放电过程中电流的变化规律

充放电过程中电流I随时间t的变化规律分别如图5，图6所示。充电过程中电流I逐渐减小，说明电容器中电荷量Q的增加速度逐渐减缓。放电时，电流I逐渐减小，说明电容器中电荷量Q的减小速度逐渐减缓。

小结：从上面的分析可以看出，充放电过程中，电容器储存的电荷量Q随时间t的变化规律和电容器两端电压U随时间t的变化规律是相同的。教学过程中可以引导学生提出猜想，Q和U之间是否存在某种联系？为后面的探究埋下伏笔。

2.2 探究电容器储存的电荷量Q和充电电压U之间的定量关系

利用Dislab实验软件对充电时的I-t曲线积分得到充电过程中流过电流传感器的电荷量Q的值，也是电容器充电时储存的电荷量。由图7可知，Q=0.00659109C。改用2节，3节，4节，5节干电池重复该实验过程，得到Q的值分别为0.0122493C，0.0193215C，0.0271062C和0.0335577C。根据实验数据，得到Q-U图像如图8所示。可以看出，实验误差范围内，Q/U的值为一定值，即Q与U成正比。

3 总结

利用朗威Dislab对电容器充放电现象进行探究，能够观察到充放电过程中电压，电流随时间的变化规律；定量的计算电容器储存的电量，得到电容器储存的电荷Q和两极板间的电压U成正比这一规律。在教学过程中，引导学生自己发现物理规律，使学生收获更多[2]。真正实现了探究式教学，提高了教学效率。

参考文献：

[1]冯容士.工具的变迁，课改的理念——DISLab综述[J].物理教学，2004，（9）：19.

[2]阎金铎，郭玉英.中学物理新课程教学概论[M].北京：北京师范大学出版社，2008.

[3]何勇军.探究含电容器电路的瞬态过程[J].物理教学探讨，2011，（7）：53.

（栏目编辑 罗琬华）