CN205541580U - 一种探究电容器特性的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种探究电容器特性的实验装置，该实验装置包括直流电源E、开关a、开关b、电容器C和灯炮L，所述直流电源E、开关a、开关b和灯泡L依次连接；所述电容器C连接于开关a和开关b的公共点与灯泡L和直流电源E的公共点；所述实验装置具有充电状态和放电状态，当该实验装置表现为充电状态时，所述直流电源E、开关a和电容器C构成充电回路单元，当该实验装置表现为放电状态时，灯炮L、开关b和电容器C构成放电回路单元。本实用新型能形象直观地演示电容器的充放电特性，可以定性探究电容器两端的电压和储存电量之间的关系，还增加了趣味性，激发学生学习科学知识的兴趣，并且装置成本低、制作简单、操作简单以及效果明显。

Description

一种探究电容器特性的实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种教学用演示仪器，特别涉及一种探究演示电容器特性的实验装置。

背景技术

电容器是电子电路中的重要电学元件之一，它具有储存电荷的特性，物理学上用电容来描述电容器储存电荷能力的大小。对于“电容”这个物理量的定义教材上只有“据实验可得”的模糊说法，并没有给出相应的实验装置，这给老师教学带来很大难度。为了帮助学生理解知识，一些老师设计了一些演示实验来展示电容器的充放电现象，这些已有的设计中通常是使用灵敏电流计或发光二极管来展现电容器的充放电现象，但由于充、放电过程很短暂，一旦充、放电结束，灵敏电流计指针就会摆回零刻度处或发光二极管很快熄灭，这样这些实验就只能演示观察电容器的充放电现象，不能定量探究“电容器所带电量Q与两极板间电势差U之间的关系(对同一个电容器Q/U比值是个常数，不同电容器Q/U比值不同)”。

因此急需一种能直观演示或定量探究“电容器所带电量Q与两极板间电势差U之间关系”的实验装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种既能直观演示观察电容器的充放电现象又能定量探究“电容器所带电量Q与两极板间电势差U之间关系”的实验装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的，

一种探究电容器特性的实验装置，其特征在于：该实验装置包括直流电源E、开关a、开关b、电容器C和灯炮L，所述直流电源E、开关a、开关b和灯泡L依次连接；所述电容器C连接于开关a和开关b的公共点与灯泡L和直流电源E的公共点；所述实验装置具有充电状态和放电状态，当该实验装置表现为充电状态时，所述直流电源E、开关a和电容器C构成充电回路单元，当该实验装置表现为放电状态时，灯炮L、开关b和电容器C构成放电回路单元。

进一步，该实验装置还包括串联于充电回路中的用于显示充电过程的第一钟表。

进一步，该实验装置还包括串联于放电回路中的用于显示放电过程的第二钟表。

进一步，所述开关a和开关b为触控电子开关。

进一步，所述电容器为1500μF或2500μF的电解电容器。

进一步，所述第一钟表为额定电压1.5V的石英电子钟表

进一步，所述第二钟表为额定电压1.5V的石英电子钟表。

进一步，所述充电回路单元和放电回路单元设置于电路板上。

进一步，所述电路板的背后设置有三角支架。

进一步，所述三角支架包括底板1，在底板1的前边通过合页连接有斜板2，在斜板2的后面有多个挡块4，在底板1的后边通过合页连接有支杆5，支杆5的端头与斜板2后面的挡块4相配，在斜板2的下连有挡条3。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型不但能形象直观地演示电容器的充放电特性，而且可以定性探究电容器两端的电压和储存电量之间的关系，还增加了趣味性，激发学生学习科学知识的兴趣，并且装置成本低、制作简单、操作简单以及效果明显。本装置既可演示观察电容器的充放电现象，又可定量直观地探究电容器储存电量与两极端电压之间的关系。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为演示电容器充放电现象电路示意图；

图2为定量探究电容器储存电量与两极板间电压关系电路示意图；

图3为定量探究电容器储存电量与两极板间电压关系结果图；

图4为三角支架结构简图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，一种探究电容器特性的实验装置，其特征在于：该实验装置包括直流电源E、开关a、开关b、电容器C和灯炮L，所述直流电源E、开关a、开关b和灯泡L依次连接；所述电容器C连接于开关a和开关b的公共点与灯泡L和直流电源E的公共点；所述实验装置具有充电状态和放电状态，当该实验装置表现为充电状态时，所述直流电源E、开关a和电容器C构成充电回路单元，当该实验装置表现为放电状态时，灯炮L、开关b和电容器C构成放电回路单元。

该实验装置还包括串联于充电回路中的用于显示充电过程的第一钟表；串联于放电回路中的用于显示放电过程的第二钟表。在充电回路中用第一钟表走过的格数显示充电过程时间，在放电回路用第二钟表走过的格数显示放电时间。

所述开关a和开关b为触控电子开关。

所述电容器为1500μF或2500μF的电解电容器。

所述第一钟表、第二钟表为额定电压1.5V的石英电子钟表

所述充电回路单元和放电回路单元设置于电路板上；所述电路板的背后设置有三角支架。

所述三角支架包括底板1，在底板1的前边通过合页连接有斜板2，在斜板2的后面有多个挡块4，在底板1的后边通过合页连接有支杆5，支杆5的端头与斜板2后面的挡块4相配，在斜板2的下连有挡条3。

下面详细描述探究演示电容器特性实验装置的使用方法与效果：

1.演示充放电现象

(1)电路如图1连接，断开开关a，闭合开关b，观察到小灯泡L不发光，说明没有电流流过小灯泡。

(2)断开开关b，打开电源E开关并把电压调到2V左右，开关a接通几秒钟后再断开，然后按下接通开关b，观察到灯泡L亮一会熄灭。灯泡L亮了，说明有电流流过，这个电流就是电容器充电后放电形成的，这就说明电容器具有充放电特性。

2.探究电容器电量Q与两极板间电压U之间的关系

(1)电路如图2连接，取电容器电容为C₁＝1500μF，断开开关b，打开电源E开关并把电压调到U₁＝2.50V，按下接通开关a，充电电流驱动第一钟表的指针走动，指针停止走动，表示充电过程结束，断开开关a。充电结束后，电容器两端电压等于电源的输出电压2.50V。

(2)断开开关a，按下接通开关b，放电电流驱动第二钟表的指针走动，指针停止走动，表示放电过程结束，断开开关b。读出第二钟表的指针走过的格数N₁。

(3)把电源电压分别调到U₂＝2.75V、U₃＝3.00V、U₄＝3.25V、U₅＝3.50V，重复(1)、(2)步骤，分别读出第二钟表的指针走过的格数N₂、N₃、N₄、N₅。

(4)以电压U为横坐标，指针走过的格数为纵坐标，描点画图得到一条过原点的直线，说明钟表走过的格数与电容器两端电压成正比关系。钟表走过的格数代表放电时间的长短，放电时间长短代表了电容器的电量多少所以推理可得出：电容器的电量与电容器两端电压成正比关系，也就是得出：对于同一个电容器而言是个常数。

(5)电路如图2连接，取电容器电容为C₂＝2500μF，重复(1)—(4)步骤。结果又得到另一条直线，说明不同电容器其比值是不同的，物理学上将比值定义为电容器的电容C。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种探究电容器特性的实验装置，其特征在于：该实验装置包括直流电源E、开关a、开关b、电容器C和灯炮L，所述直流电源E、开关a、开关b和灯泡L依次连接；所述电容器C连接于开关a和开关b的公共点与灯泡L和直流电源E的公共点；所述实验装置具有充电状态和放电状态，当该实验装置表现为充电状态时，所述直流电源E、开关a和电容器C构成充电回路单元，当该实验装置表现为放电状态时，灯炮L、开关b和电容器C构成放电回路单元。

2.根据权利要求1所述的探究电容器特性的实验装置，其特征在于：该实验装置还包括串联于充电回路中的用于显示充电过程的第一钟表。

3.根据权利要求1所述的探究电容器特性的实验装置，其特征在于：该实验装置还包括串联于放电回路中的用于显示放电过程的第二钟表。

4.根据权利要求1所述的探究电容器特性的实验装置，其特征在于：所述开关a和开关b为触控电子开关。

5.根据权利要求1所述的探究电容器特性的实验装置，其特征在于：所述电容器为1500μF或2500μF的电解电容器。

6.根据权利要求2所述的探究电容器特性的实验装置，其特征在于：所述第一钟表为额定电压1.5V的石英电子钟表

7.根据权利要求3所述的探究电容器特性的实验装置，其特征在于：所述第二钟表为额定电压1.5V的石英电子钟表。

8.根据权利要求1所述的探究电容器特性的实验装置，其特征在于：所述充电回路单元和放电回路单元设置于电路板上。

9.根据权利要求1所述的探究电容器特性的实验装置，其特征在于：所述电路板的背后设置有三角支架。

10.根据权利要求9所述的探究电容器特性的实验装置，其特征在于：所述三角支架包括底板(1)，在底板(1)的前边通过合页连接有斜板(2)，在斜板(2)的后面有多个挡块(4)，在底板(1)的后边通过合页连接有支杆(5)，支杆(5)的端头与斜板(2)后面的挡块(4)相配，在斜板(2)的下连有挡条(3)。