用传感器观察电容器的放电过程

实验目的

观察放电电流的变化规律，并由 I-t 图线估算电容器的电荷量和电容。

实验原理

放电电流 I = ΔQ/Δt，所以 I-t 图线与坐标轴围成的面积表示放电过程中通过的电荷量 Q。数出图线下的小方格数，乘以每格代表的电荷量即得 Q，再由 C = Q/U 求出电容。

实验器材

• 电容器
• 直流电源
• 定值电阻
• 电流传感器
• 数据采集器
• 计算机
• 单刀双掷开关
• 导线

实验步骤

1. 连接电路，把电流传感器串联在放电回路中，并与计算机连接。
2. 开关接电源一侧，给电容器充电，记下充电电压 U。
3. 启动数据采集，再将开关掷向放电一侧。
4. 得到放电的 I-t 图像，观察电流随时间的变化。
5. 数出图线下的小方格数，估算电荷量 Q。
6. 用 C = Q/U 计算电容，并与标称值比较。

实验现象与结论

放电电流从最大值开始随时间逐渐减小并趋近于零，图线是一条下降的曲线。图线下的面积等于电容器放电前所带的电荷量，由此算得的电容可与电容器标称值比较。

注意事项

• 电解电容器注意正负极，不要超过额定电压。
• 接线前先让电容器完全放电。

常见问题

I-t 图线下的面积为什么是电荷量？

因为 I = ΔQ/Δt，每小段 I×Δt 就是这段时间内通过的电荷量，累加起来即总电荷量。

怎样由图像求电容？

先数方格估算电荷量 Q，再测出充电电压 U，按 C = Q/U 计算。