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1、实验八 电容器充电和放电一、实验目的1. 充电时电容器两端电压的变化为时间函数，画出充电电压曲线图。 2放电时电容器两端电压的变化为时间函数，画出放电电压曲线图。3电容器充电电流的变化为时间函数，画出充电电流曲线图。4电容器放电电流的变化为时间函数，画出放电电流曲线图。5 测量RC电路的时间常数并比较测量值与计算值。6 .研究R和C的变化对RC电路时间常数的影响。二、实验器材示波器1台/亠 口 4 z-k信号发生器1台电容1卩F和2卩F各1个电阻1k Q和2k Q各 1 个三、实验原理及实验电路图 16 所示为电容充电放电电压波形测量电路。图 17 所示为电容充电放电电流波形测量电路。在图16
2、和图17所示的RC电路中，时间常数 t可以用电阻 R和电容 C的乘积来计算。即t =RCXFG1XS Cl1(.IT37Tr-EECommoim图16电容充电放电电压波形测量电路WvefomKSignal OpliOfiS+Common图17 电容充电放电电流波形测量电路在电容器充电、放电过程中电压和电流都会发生变化，只要在充电或放电曲线图 上确定产生总量变化63%所需要的时间，就能测出时间常数。用电容器充电电压曲线图测量的时间常数的另一种方法是，假定在整个充电期间 电容器两端的电压以初充电时的速率持续增加，当增大到充满电的电压值时，这个时 间间隔就等于时间常数。或者用电容器放电电压曲线图来测
3、量，假定在整个放电期间 电容器两端的电压以初放电时的速率持续减少，当减少到零时，这个时间间隔也等于 时间常数。图17中流过电阻 R的电流I r与流过电容器的电流I c相同，这个电流可用电阻两端的电压UR除以电阻R来计算。因此I R=I C=UR/ R四、实验步骤1. 建立如图 16所示的实验电路，信号发生器的设置可照图16 进行。2. 用鼠标左键单击仿真开关，激活实验电路，双击示波器图标弹出其面板，观察和记录示波器的波形，在U-T坐标上画出电容电压随时间变化的曲线图。3 根据图16所示的R、C元件值，计算 RC电路的时间常数 t。4建立如图 17所示的实验电路，信号发生器按图 17 设置。5.
4、 用鼠标左键单击仿真开关，激活实验电路，双击示波器图标弹出其面板，观察和记录示波器的波形，在U-T坐标上画出电容电压随时间变化的曲线图。6. 根据R的电阻值和曲线图的电压读数，计算开始充电时的电容电流Ic。7. 根据R的电阻值和曲线图的电压读数，计算开始放电时的电容电流lc。&用曲线图测量 RC电路的时间常数 t。9.将R改为2k Q。单击仿真电源开关，激活电路进行动态分析。用曲线图测量 新的时间常数 t 。10 根据新的电阻值R,计算图17所示的RC电路新的时间常数t。11 将C改为0 2卩F,信号发生器的频率改为500Hz。单击仿真电源开关进行动态分析。从曲线图测量新的时间常数t 。12 根据R和C的新值，计算图 17所示的RC电路的新时间常数 t。五、思考题1.在步骤1中，当充满电后电容器两端的电压U有多大？与电源电压比较情况如何？放完电后电容器两端的电压是多少？2. 在步骤 2、 3 中，时间常数 t 的测量值与计算值比较情况如何？3 充满电后流过电容器的电流是多少？改变电阻 R 和改变电容 C 对时间常数有什么影响？
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