一种探究电容器的带电荷量与电压关系的实验 - 高电压技术杂志社投稿_期刊论文发表|版面费|电话|编辑部|论文发表- 高电压技术

一、稿件要求： 1、稿件内容应该是与某一计算机类具体产品紧密相关的新闻评论、购买体验、性能详析等文章。要求稿件论点中立，论述详实，能够对读者的购买起到指导作用。文章体裁不限，字数不限。 2、稿件建议采用纯文本格式(*.txt)。如果是文本文件，请注明插图位置。插图应清晰可辨，可保存为*.jpg、*.gif格式。如使用word等编辑的文本，建议不要将图片直接嵌在word文件中，而将插图另存，并注明插图位置。 3、如果用电子邮件投稿，最好压缩后发送。 4、请使用中文的标点符号。例如句号为。而不是.。 5、来稿请注明作者署名(真实姓名、笔名)、详细地址、邮编、联系电话、E-mail地址等，以便联系。 6、我们保留对稿件的增删权。 7、我们对有一稿多投、剽窃或抄袭行为者，将保留追究由此引起的法律、经济责任的权利。二、投稿方式： 1、请使用电子邮件方式投递稿件。 2、编译的稿件，请注明出处并附带原文。 3、请按稿件内容投递到相关编辑信箱三、稿件著作权： 1、投稿人保证其向我方所投之作品是其本人或与他人合作创作之成果，或对所投作品拥有合法的著作权，无第三人对其作品提出可成立之权利主张。 2、投稿人保证向我方所投之稿件，尚未在任何媒体上发表。 3、投稿人保证其作品不含有违反宪法、法律及损害社会公共利益之内容。 4、投稿人向我方所投之作品不得同时向第三方投送，即不允许一稿多投。若投稿人有违反该款约定的行为，则我方有权不向投稿人支付报酬。但我方在收到投稿人所投作品10日内未作出采用通知的除外。 5、投稿人授予我方享有作品专有使用权的方式包括但不限于：通过网络向公众传播、复制、摘编、表演、播放、展览、发行、摄制电影、电视、录像制品、录制录音制品、制作数字化制品、改编、翻译、注释、编辑，以及出版、许可其他媒体、网站及单位转载、摘编、播放、录制、翻译、注释、编辑、改编、摄制。 6、投稿人委托我方声明，未经我方许可，任何网站、媒体、组织不得转载、摘编其作品。

一种探究电容器的带电荷量与电压关系的实验

作者:

关键词:

摘要：

现行高中教材中，关于“电容器与电容”的教学内容，限于实验教学器材等各种因素的限制，教材都是轻松的一带而过，由大量的实验事实可知：电容器所带的电荷量Q与电容器两端的电压U成正比，在此基础上提出了电容器的电容这个物理量，并用比值法定义了电容器的电容．当然，这样做的好处是减少了许多麻烦，节省了许多时间，让教师更容易完成课堂教学任务．然而，本实验具有很高的研究价值，无论是从培养学生的实验能力、数据处理能力，还是从学生的成长发展，以及对电容概念的形成与物理意义的理解掌握，都具有很大的现实意义，并能充分体现对学生物理核心素养的培养．

1优化电路结构提升学生分析解决问题的能力

由于本实验研究的是电容器所带的电荷量Q与电容器两端的电压U的关系，在测定电压的同时还必须对电荷量实现同步测量，而电荷量又是通过I-t图像间接测定．由此可见，实验中应记录不同t时刻的电压U和电流I，这对实验数据的采集增加了困难．下面是实验设计方案的优化过程．

图1是电容器充电过程的实验电路．实验现象：

(1)电容器两端电压逐渐变大，充电电流逐渐变小．说明电容器所带电荷量越大，电容器两端电压越大．

(2)电压表示数稳定后，电流表指针并没有指零．这一现象说明了什么？电压表示数稳定表明电容器充电结束了，此时电流表流过的是电压表中的电流．由此引导学生思考：

图1 电容器充电过程电路图

1)实验数据采集是采用电容器充电过程，还是采用电容器放电过程．由于充电过程有电源的存在不利于实验操控和测量，选择电容器放电过程更加合理．

2)能否只记录不同时刻t的电压U(或电流I)的其中一个数据，这样就可以解决数据采集的困难．

图2为4种放电过程电路设计方案．

图2 电容器放电过程电路设计方案

方案3和方案4很明显的优点是：只要测量出电流I(或电压U)随时间t的变化关系，就能同时知道电流I和电压U随时间t的变化关系．方案3中，U=I(R+RA)；方案4中，笔者采用的是方案4，也就是图1的实验电路，先让电容器充满电，之后切断电源，电容器经电压表完成放电过程，由于电压表内阻大，放电时间长给测量带来了很强可操作性．

2关注实验过程培养学生的团队协作精神

实验操作要求：断开电源开关，电容器开始通过电压表放电，当示数为8.0 V时开始计时，之后电压示数值为7.0 V，6.0 V，…0.4 V，0，分别按次记录对应时间值，由若干个计时小组分别记录从8.0 V开始到各自电压下的时间t，同时教师由多媒体秒表计时器对各个电压的时间加以记录，完成对电压U和时间t的数据采集．数据收集过程中同一小组学生进行合作，一位学生观察电压表的数值，另一位学生观察多媒体投影秒表数值．

设计数据表如表1所示.

表1电容器放电过程设计的实验表格U//s0.00

U//s

3合理数据分析深化图像面积意义理解

对某电容器C2进行实验测量.实验过程中通过多媒体投影秒表记录各电压对应的时间，如图3所示.将测得的数据填入设计的表格，如表2所示.由测得的数据作出U-t图像如图4所示．

图3 多媒体投影秒表计时

表2电容器放电过程实验数据U//

U//

图4 电容器两端电压随时间变化的U-t关系

用Excel作出U-t图像(图4)，又由于所以可通过数格数的方法，分别求出不同电压下电容器所带的电荷量值(图像的面积)，数据记录如表3所示，由表3中的数据作出图5所示的Q-U图像，发现电容器所带的电荷量Q与电容器两端的电压U成正比．

表3通过U-t图像记录格数及电荷量15.0电压U/V格数nQ/(×10-4C)

图5 电容器电荷量与电压关系

4比较不同电容数据强化图像斜率的意义理解

表4～表6是3个不同电容器的实验数据，由3个表格对应数据作出它们的Q-U图像，如图6所示．

表4Q-U实验数据1电压U/V格数n/个Q/(×10-4C)

表5Q-U实验数据2电压U/V格数n/个Q/(×10-4C)

表6Q-U实验数据3电压U/V格数n/个Q/(×10-4C).

续表6电压U/V格数n/个Q/(×10-4C)

图6 3个不同的电容器的Q-U图像

除Q与U成正比，还能得到相同电压下，不同的电容器带电荷量不同，这说明相同条件下不同电容器储存电荷的本领不同，而Q-U图像的斜率恰好能反映电容器储存电荷本领的大小，这样用斜率来定义电容器电容也就顺理成章了．

文章来源：《高电压技术》网址: http://www.gdyjszzs.cn/qikandaodu/2021/0223/568.html