CN210691774U - 一种观察电容器充、放电现象的教学实验器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种观察电容器充、放电现象的教学实验器，包括装置板，所述装置板上固定安装有电池盒，所述装置板上设置有单刀双掷开关，所述装置板和电压测试装置相连接，且装置板与放电电流测试装置和充电电流测试装置相连接，并且放电电流测试装置位于充电电流测试装置的边侧。该观察电容器充、放电现象的教学实验器，充分利用单体法拉电容的容量大、额定电压低、充放电电流大的特点，在用干电池进行充电和对小灯泡放电过程中，充、放电时间都长达2分钟左右，电容器电压、充电电流、放电电流的变化明显且容易通过相应的测量装置观察分辨，完全满足了进行“观察电容器充、放电现象”教学实验要求。

Description

一种观察电容器充、放电现象的教学实验器

技术领域

本实用新型涉及教学设备技术领域，具体为一种观察电容器充、放电现象的教学实验器。

背景技术

物理课程是相应专业学生在初高中以及后续高等教育过程中的必学科目，在高中阶段，为了学生充分理解物理课程中电容器的相关知识，需要使学生在教师的指导下，充分学习观察电容器充、放电现象这一内容，因此需要使用到相应的实验器。

教育部2017版新课标相较之前的课标增加了题为“观察电容器充、放电现象”的学生必做实验，由于中学物理实验室配备的电容器容量都是微法级别，充、放电过程在瞬间就完成了，在安全电压（36V）条件下，充满电的电容器也不足以驱动小灯泡发光，也无法通过现有电流、电压表明显观察到电容器充、放电过程中充、放电电流大小、电容器电压大小相应变化的物理过程，实验效果不直观。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种观察电容器充、放电现象的教学实验器，以解决上述背景技术中提出新课标中增加的“观察电容器充、放电现象”学生必做实验中，由于中学物理实验室配备的电容器容量都是微法级别，充、放电过程在瞬间就完成了，在安全电压（36V）条件下，充满电的电容器也不足以驱动小灯泡发光，也无法通过现有电流、电压表明显观察到电容器充、放电过程中充、放电电流大小、电容器电压大小相应变化的物理过程，实验效果不直观的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种观察电容器充、放电现象的教学实验器，包括装置板，所述装置板上固定安装有电池盒，且电池盒中安装有干电池，所述装置板的表面安装有小灯座，且小灯座上安装有灯珠，并且小灯座和电池盒对称分布在装置板表面的两侧，所述装置板上设置有单刀双掷开关，且单刀双掷开关位于电池盒和小灯座的下方，所述装置板和电压测试装置相连接，且装置板与放电电流测试装置和充电电流测试装置相连接，并且放电电流测试装置位于充电电流测试装置的边侧，所述装置板上安装有电容本体。

优选的，所述电压测试装置与装置板为固定连接，且放电电流测试装置和充电电流测试装置均与装置板固定连接。

优选的，所述电压测试装置、放电电流测试装置和充电电流测试装置的输入端均通过导线和装置板上的连接端子相连接，且三者均不与装置板相接触。

优选的，所述电压测试装置为电压表，所述放电电流测试装置和充电电流测试装置均为电流表。

优选的，所述电压测试装置为电压表或电压传感器，所述放电电流测试装置和充电电流测试装置均为电流表或电流传感器。

优选的，所述电容本体为法拉电容，且电容本体位于小灯座和电池盒之间。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该观察电容器充、放电现象的教学实验器，充分利用单体法拉电容的容量大、额定电压低、充放电电流大的特点，在用干电池进行充电和对小灯泡放电过程中，充、放电时间都长达2分钟左右，电容器电压大小、充电电流大小、放电电流大小的变化明显且容易通过相应的测量装置观察分辨。可以明显观察分辨出充电过程电容器电压逐渐增大、充电电流逐渐减小；放电过程电容器电压逐渐减小、放电电流逐渐减小的物理过程。同时由于采用不超过3V的干电池为充电电源，操作安全可靠，完全满足了进行“观察电容器充、放电现象”教学实验要求。

附图说明

图1为本实用新型实施例一整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例二整体结构示意图；

图3为本实用新型电路连接示意图；

图4为本实用新型充电过程U-t示意图；

图5为本实用新型充电过程I-t示意图；

图6为本实用新型放电过程U-t示意图；

图7为本实用新型放电过程I-t示意图。

图中：1、装置板；2、电池盒；3、干电池；4、小灯座；5、灯珠；6、单刀双掷开关；7、电压测试装置；8、放电电流测试装置；9、充电电流测试装置；10、电容本体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-7，本实用新型提供如下技术方案：

实施例一：

请参阅图1和图3，一种观察电容器充、放电现象的教学实验器，包括装置板1、电池盒2、干电池3、小灯座4、灯珠5、单刀双掷开关6、电压测试装置7、放电电流测试装置8、充电电流测试装置9和电容本体10，装置板1上固定安装有电池盒2，且电池盒2中安装有干电池3，装置板1的表面安装有小灯座4，且小灯座4上安装有灯珠5，并且小灯座4和电池盒2对称分布在装置板1表面的两侧，装置板1上设置有单刀双掷开关6，且单刀双掷开关6位于电池盒2和小灯座4的下方，装置板1和电压测试装置7相连接，且装置板1与放电电流测试装置8和充电电流测试装置9相连接，并且放电电流测试装置8位于充电电流测试装置9的边侧，装置板1上安装有电容本体10。

电压测试装置7与装置板1为固定连接，且放电电流测试装置8和充电电流测试装置9均与装置板1固定连接，电压测试装置7为电压表，第一电流测试装置8和第二电流测试装置9均为电流表，电容本体10为法拉电容，且电容本体10位于小灯座4和电池盒2之间，本实施例为教师使用，拨动单刀双掷开关6到充电位置，电池盒2和干电池3构成的充电电源开始给电容器充电，持续1-2分钟完成充电过程，通过观察充电电流测试装置9（电流表）和电压测试装置7（电压表）读数得到充电过程的充电电流、电容器电压变化规律；拨动单刀双掷开关6到放电位置，电容器开始给小灯泡5放电，持续1-2分钟完成放电过程，通过观察放电电流测试装置9（电流表）和电压测试装置7（电压表）读数得到电容器放电过程的放电电流、电容器电压变化规律。“教师演示型”采用2*1.5V干电池3供电时，电容本体10规格为2.5V、10F，峰值充电电流2A左右，充电过程2-3分钟，给1.5Ω阻性负载放电时，峰值放电电流2A左右，放电过程2-3分钟，从实验器的0-2A电流表和0-3V电压表上，可以明显有效观察到充、放电的电压、电流变化过程。

实施例二：

请参阅图2和图3-7，一种观察电容器充、放电现象的教学实验器，包括装置板1、电池盒2、干电池3、小灯座4、灯珠5、单刀双掷开关6、电压测试装置7、放电电流测试装置8、充电电流测试装置9和电容本体10，装置板1上固定安装有电池盒2，且电池盒2中安装有干电池3，装置板1的表面安装有小灯座4，且小灯座4上安装有灯珠5，并且小灯座4和电池盒2对称分布在装置板1表面的两侧，装置板1上设置有单刀双掷开关6，且单刀双掷开关6位于电池盒2和小灯座4的下方，装置板1和电压测试装置7相连接，且装置板1与放电电流测试装置8和充电电流测试装置9相连接，并且放电电流测试装置8位于充电电流测试装置9的边侧，装置板1上安装有电容本体10。

电压测试装置7、放电电流测试装置8和充电电流测试装置9的输入端均通过电线和装置板1上的连接端子相连接，且三者均不与装置板1相接触，电压测试装置7为电压表或电压传感器，放电电流测试装置8和充电电流测试装置9均为电流表或电流传感器，电容本体10为法拉电容，且电容本体10位于小灯座4和电池盒2之间，与实施例一不同的是，本实施例中的电压测试装置7和电流测试装置本身均不与装置板1相连接，为适合学生分组实验使用，电压表、电流表不固定安装在装置板1上，在学生实验时通过相对应的连接端子外接，采用1.5V干电池3供电时，电容本体10规格为2.5V、10F，峰值充电电流1A左右，充电过程2-3分钟，给小灯泡（1.5V/0.3A）放电时，峰值放电电流0.3A左右，放电过程2-3分钟。可以从外接的0-0.6-3A电流表和0-3V电压表上明显观察到充、放电过程的电压、电流变化规律，相应的，本实施例中的电压表和电流表可替换为相应的电压传感器和电流传感器，用数字实验室的电流、电压传感器代替电流表、电压表，实现在数字实验室终端上直接得到相应的电容器充、放电过程的充电电流I-时间t图像（如图4所示）、充电电压U-时间t图像（如图5所示）、放电电流I-时间t图像（如图6所示）和放电电压U-时间t图像（如图7所示）。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种观察电容器充、放电现象的教学实验器，包括装置板（1），其特征在于：所述装置板（1）上固定安装有电池盒（2），且电池盒（2）中安装有干电池（3），所述装置板（1）的表面安装有小灯座（4），且小灯座（4）上安装有灯珠（5），并且小灯座（4）和电池盒（2）对称分布在装置板（1）表面的两侧，所述装置板（1）上设置有单刀双掷开关（6），且单刀双掷开关（6）位于电池盒（2）和小灯座（4）的下方，所述装置板（1）和电压测试装置（7）相连接，且装置板（1）与放电电流测试装置（8）和充电电流测试装置（9）相连接，并且放电电流测试装置（8）位于充电电流测试装置（9）的边侧，所述装置板（1）上安装有电容本体（10）。

2.根据权利要求1所述的一种观察电容器充、放电现象的教学实验器，其特征在于：所述电压测试装置（7）与装置板（1）为固定连接，且放电电流测试装置（8）和充电电流测试装置（9）均与装置板（1）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种观察电容器充、放电现象的教学实验器，其特征在于：所述电压测试装置（7）、放电电流测试装置（8）和充电电流测试装置（9）的输入端均通过导线和装置板（1）上的连接端子相连接，且三者均不与装置板（1）相接触。

4.根据权利要求2所述的一种观察电容器充、放电现象的教学实验器，其特征在于：所述电压测试装置（7）为电压表，所述放电电流测试装置（8）和充电电流测试装置（9）均为电流表。

5.根据权利要求3所述的一种观察电容器充、放电现象的教学实验器，其特征在于：所述电压测试装置（7）为电压表或电压传感器，所述放电电流测试装置（8）和充电电流测试装置（9）均为电流表或电流传感器。

6.根据权利要求1所述的一种观察电容器充、放电现象的教学实验器，其特征在于：所述电容本体（10）为法拉电容，且电容本体（10）位于小灯座（4）和电池盒（2）之间。

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