唐勇+仲扣莊

摘 要：在電容器放電試驗(yàn)中，由于電容器放電時(shí)電流表的讀數(shù)是動(dòng)態(tài)的，所以容易出現(xiàn)讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。本論文采用“數(shù)碼攝像，錄像回放”的方法來(lái)改進(jìn)讀數(shù)工作。結(jié)果顯示： 此方法求得的電容值和DIS系統(tǒng)測(cè)得的電容值相差無(wú)幾，且該方法也適用于其他需要?jiǎng)討B(tài)讀數(shù)的物理實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)碼攝像；電容器放電；動(dòng)態(tài)讀數(shù)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）11（S）-0054-3

1 研究意義

在電容器放電實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)殡娏魇沁B續(xù)變化的，所以電流表的讀數(shù)也是動(dòng)態(tài)的，這就容易造成讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。而通過(guò)數(shù)碼攝像，將整個(gè)放電過(guò)程錄制下來(lái)，然后通過(guò)錄像回放，可以便捷地利用“暫停鍵”來(lái)讀取任一時(shí)刻的電流讀數(shù)。且放電過(guò)程被完整記錄，讀取的數(shù)據(jù)更加多，更加精確，尤其是對(duì)于放電過(guò)程較快的實(shí)驗(yàn)，這一優(yōu)勢(shì)更加明顯，較好地實(shí)現(xiàn)了操作和記錄之間的同步。

2 實(shí)驗(yàn)原理

在實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)利用圖2所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，電流應(yīng)從最大值（滿偏）隨時(shí)間衰減，但事實(shí)是電流表指針先從0偏轉(zhuǎn)到最大值，然后再?gòu)淖畲笾堤庪S時(shí)間衰減，也就是說(shuō)電流和時(shí)間是“不同步”的，電流i對(duì)時(shí)間t有一個(gè)延遲，所以需要將圖2所示電路修改成圖3所示電路。圖3電路可以實(shí)現(xiàn)電流從最大值處開(kāi)始衰減，實(shí)現(xiàn)了電流和時(shí)間的同步。

3 研究過(guò)程

3.1 實(shí)驗(yàn)器材

穩(wěn)壓電源（6 V，9 V） 電阻箱 電流表 電壓表 開(kāi)關(guān)（單刀雙擲，單刀單擲） 數(shù)碼攝像設(shè)備（數(shù)碼相機(jī)或智能手機(jī)均可）。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)以測(cè)量1000 μF左右的電容器的電容為例，將穩(wěn)壓電源調(diào)到9 V，電阻箱調(diào)到R=18000 Ω，從而使電流表指針滿偏，滿偏電流i=0.5 mA。

將實(shí)驗(yàn)器材按照?qǐng)D3連接好，閉合開(kāi)關(guān)對(duì)電容器進(jìn)行充電，過(guò)一段時(shí)間后，啟動(dòng)視頻錄制，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)讓電容器開(kāi)始放電。利用數(shù)碼相機(jī)記錄下電流表的擺動(dòng)過(guò)程，然后在錄像回放時(shí)，拉動(dòng)錄像回放的進(jìn)度條，觀察并記錄不同時(shí)刻電流表指針的所指位置（以起點(diǎn)和中點(diǎn)為例）。值得注意的是由于視頻錄制啟動(dòng)的時(shí)間早于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)，當(dāng)電流表的指針開(kāi)始偏轉(zhuǎn)時(shí)，錄像顯示的時(shí)刻并不是0，所以在后期數(shù)據(jù)處理時(shí)，要對(duì)時(shí)間進(jìn)行修正，取電流表剛開(kāi)始偏轉(zhuǎn)的時(shí)刻為0。

將表格中的數(shù)據(jù)輸入到統(tǒng)計(jì)軟件中進(jìn)行處理， 得到電容器放電時(shí)，電流i隨時(shí)間t變化的曲線圖（圖4）。可以看出，是一條類似指數(shù)衰減的放電曲線。

3.3 電容的簡(jiǎn)便計(jì)算方法

4 和DIS系統(tǒng)得到的結(jié)果進(jìn)行比較

為了驗(yàn)證“錄像回放法”求得的電容值是否精確，我們用DIS系統(tǒng)做了一組（下轉(zhuǎn)第57頁(yè)）（上接第55頁(yè)）對(duì)照試驗(yàn)?？紤]到電流傳感器的測(cè)量范圍和精度，我們將穩(wěn)壓電源調(diào)到6V（實(shí)測(cè)為5.7V），電阻箱調(diào)整為100Ω。在使用電流傳感器時(shí)，由于放電時(shí)間較短，所以需要增大傳感器的采樣頻率和增加X(jué)軸和Y軸的縮放，這樣才能得到一個(gè)合適的放電曲線圖。DIS采集到的放電曲線如圖7所示，利用DIS系統(tǒng)的指數(shù)擬合和積分功能，可以求得電容器的放電量Q。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉炳升，仲扣莊.中學(xué)物理教師專業(yè)技能訓(xùn)練[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]夏良英，李永洪，張喜林. DIS實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)實(shí)踐中的對(duì)比研究[J]. 物理教師，2014，（4）：42.

[3]張喜榮，岳寶良，尹建義，劉彥玲.教學(xué)研究——電容器放電快慢與什么因素有關(guān)[J]. 物理通報(bào)，2010，（5）：33.

（欄目編輯 王柏廬）

摘 要：在電容器放電試驗(yàn)中，由于電容器放電時(shí)電流表的讀數(shù)是動(dòng)態(tài)的，所以容易出現(xiàn)讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。本論文采用“數(shù)碼攝像，錄像回放”的方法來(lái)改進(jìn)讀數(shù)工作。結(jié)果顯示： 此方法求得的電容值和DIS系統(tǒng)測(cè)得的電容值相差無(wú)幾，且該方法也適用于其他需要?jiǎng)討B(tài)讀數(shù)的物理實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)碼攝像；電容器放電；動(dòng)態(tài)讀數(shù)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）11（S）-0054-3

1 研究意義

在電容器放電實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)殡娏魇沁B續(xù)變化的，所以電流表的讀數(shù)也是動(dòng)態(tài)的，這就容易造成讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。而通過(guò)數(shù)碼攝像，將整個(gè)放電過(guò)程錄制下來(lái)，然后通過(guò)錄像回放，可以便捷地利用“暫停鍵”來(lái)讀取任一時(shí)刻的電流讀數(shù)。且放電過(guò)程被完整記錄，讀取的數(shù)據(jù)更加多，更加精確，尤其是對(duì)于放電過(guò)程較快的實(shí)驗(yàn)，這一優(yōu)勢(shì)更加明顯，較好地實(shí)現(xiàn)了操作和記錄之間的同步。

2 實(shí)驗(yàn)原理

在實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)利用圖2所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，電流應(yīng)從最大值（滿偏）隨時(shí)間衰減，但事實(shí)是電流表指針先從0偏轉(zhuǎn)到最大值，然后再?gòu)淖畲笾堤庪S時(shí)間衰減，也就是說(shuō)電流和時(shí)間是“不同步”的，電流i對(duì)時(shí)間t有一個(gè)延遲，所以需要將圖2所示電路修改成圖3所示電路。圖3電路可以實(shí)現(xiàn)電流從最大值處開(kāi)始衰減，實(shí)現(xiàn)了電流和時(shí)間的同步。

3 研究過(guò)程

3.1 實(shí)驗(yàn)器材

穩(wěn)壓電源（6 V，9 V） 電阻箱 電流表 電壓表 開(kāi)關(guān)（單刀雙擲，單刀單擲） 數(shù)碼攝像設(shè)備（數(shù)碼相機(jī)或智能手機(jī)均可）。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)以測(cè)量1000 μF左右的電容器的電容為例，將穩(wěn)壓電源調(diào)到9 V，電阻箱調(diào)到R=18000 Ω，從而使電流表指針滿偏，滿偏電流i=0.5 mA。

將實(shí)驗(yàn)器材按照?qǐng)D3連接好，閉合開(kāi)關(guān)對(duì)電容器進(jìn)行充電，過(guò)一段時(shí)間后，啟動(dòng)視頻錄制，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)讓電容器開(kāi)始放電。利用數(shù)碼相機(jī)記錄下電流表的擺動(dòng)過(guò)程，然后在錄像回放時(shí)，拉動(dòng)錄像回放的進(jìn)度條，觀察并記錄不同時(shí)刻電流表指針的所指位置（以起點(diǎn)和中點(diǎn)為例）。值得注意的是由于視頻錄制啟動(dòng)的時(shí)間早于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)，當(dāng)電流表的指針開(kāi)始偏轉(zhuǎn)時(shí)，錄像顯示的時(shí)刻并不是0，所以在后期數(shù)據(jù)處理時(shí)，要對(duì)時(shí)間進(jìn)行修正，取電流表剛開(kāi)始偏轉(zhuǎn)的時(shí)刻為0。

將表格中的數(shù)據(jù)輸入到統(tǒng)計(jì)軟件中進(jìn)行處理， 得到電容器放電時(shí)，電流i隨時(shí)間t變化的曲線圖（圖4）?？梢钥闯?，是一條類似指數(shù)衰減的放電曲線。

3.3 電容的簡(jiǎn)便計(jì)算方法

4 和DIS系統(tǒng)得到的結(jié)果進(jìn)行比較

為了驗(yàn)證“錄像回放法”求得的電容值是否精確，我們用DIS系統(tǒng)做了一組（下轉(zhuǎn)第57頁(yè)）（上接第55頁(yè)）對(duì)照試驗(yàn)。考慮到電流傳感器的測(cè)量范圍和精度，我們將穩(wěn)壓電源調(diào)到6V（實(shí)測(cè)為5.7V），電阻箱調(diào)整為100Ω。在使用電流傳感器時(shí)，由于放電時(shí)間較短，所以需要增大傳感器的采樣頻率和增加X(jué)軸和Y軸的縮放，這樣才能得到一個(gè)合適的放電曲線圖。DIS采集到的放電曲線如圖7所示，利用DIS系統(tǒng)的指數(shù)擬合和積分功能，可以求得電容器的放電量Q。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉炳升，仲扣莊.中學(xué)物理教師專業(yè)技能訓(xùn)練[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]夏良英，李永洪，張喜林. DIS實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)實(shí)踐中的對(duì)比研究[J]. 物理教師，2014，（4）：42.

[3]張喜榮，岳寶良，尹建義，劉彥玲.教學(xué)研究——電容器放電快慢與什么因素有關(guān)[J]. 物理通報(bào)，2010，（5）：33.

（欄目編輯 王柏廬）

摘 要：在電容器放電試驗(yàn)中，由于電容器放電時(shí)電流表的讀數(shù)是動(dòng)態(tài)的，所以容易出現(xiàn)讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。本論文采用“數(shù)碼攝像，錄像回放”的方法來(lái)改進(jìn)讀數(shù)工作。結(jié)果顯示： 此方法求得的電容值和DIS系統(tǒng)測(cè)得的電容值相差無(wú)幾，且該方法也適用于其他需要?jiǎng)討B(tài)讀數(shù)的物理實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)碼攝像；電容器放電；動(dòng)態(tài)讀數(shù)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）11（S）-0054-3

1 研究意義

在電容器放電實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)殡娏魇沁B續(xù)變化的，所以電流表的讀數(shù)也是動(dòng)態(tài)的，這就容易造成讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。而通過(guò)數(shù)碼攝像，將整個(gè)放電過(guò)程錄制下來(lái)，然后通過(guò)錄像回放，可以便捷地利用“暫停鍵”來(lái)讀取任一時(shí)刻的電流讀數(shù)。且放電過(guò)程被完整記錄，讀取的數(shù)據(jù)更加多，更加精確，尤其是對(duì)于放電過(guò)程較快的實(shí)驗(yàn)，這一優(yōu)勢(shì)更加明顯，較好地實(shí)現(xiàn)了操作和記錄之間的同步。

2 實(shí)驗(yàn)原理

在實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)利用圖2所示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，電流應(yīng)從最大值（滿偏）隨時(shí)間衰減，但事實(shí)是電流表指針先從0偏轉(zhuǎn)到最大值，然后再?gòu)淖畲笾堤庪S時(shí)間衰減，也就是說(shuō)電流和時(shí)間是“不同步”的，電流i對(duì)時(shí)間t有一個(gè)延遲，所以需要將圖2所示電路修改成圖3所示電路。圖3電路可以實(shí)現(xiàn)電流從最大值處開(kāi)始衰減，實(shí)現(xiàn)了電流和時(shí)間的同步。

3 研究過(guò)程

3.1 實(shí)驗(yàn)器材

穩(wěn)壓電源（6 V，9 V） 電阻箱 電流表 電壓表 開(kāi)關(guān)（單刀雙擲，單刀單擲） 數(shù)碼攝像設(shè)備（數(shù)碼相機(jī)或智能手機(jī)均可）。

3.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)以測(cè)量1000 μF左右的電容器的電容為例，將穩(wěn)壓電源調(diào)到9 V，電阻箱調(diào)到R=18000 Ω，從而使電流表指針滿偏，滿偏電流i=0.5 mA。

將實(shí)驗(yàn)器材按照?qǐng)D3連接好，閉合開(kāi)關(guān)對(duì)電容器進(jìn)行充電，過(guò)一段時(shí)間后，啟動(dòng)視頻錄制，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)讓電容器開(kāi)始放電。利用數(shù)碼相機(jī)記錄下電流表的擺動(dòng)過(guò)程，然后在錄像回放時(shí)，拉動(dòng)錄像回放的進(jìn)度條，觀察并記錄不同時(shí)刻電流表指針的所指位置（以起點(diǎn)和中點(diǎn)為例）。值得注意的是由于視頻錄制啟動(dòng)的時(shí)間早于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)，當(dāng)電流表的指針開(kāi)始偏轉(zhuǎn)時(shí)，錄像顯示的時(shí)刻并不是0，所以在后期數(shù)據(jù)處理時(shí)，要對(duì)時(shí)間進(jìn)行修正，取電流表剛開(kāi)始偏轉(zhuǎn)的時(shí)刻為0。

將表格中的數(shù)據(jù)輸入到統(tǒng)計(jì)軟件中進(jìn)行處理， 得到電容器放電時(shí)，電流i隨時(shí)間t變化的曲線圖（圖4）?？梢钥闯?，是一條類似指數(shù)衰減的放電曲線。

3.3 電容的簡(jiǎn)便計(jì)算方法

4 和DIS系統(tǒng)得到的結(jié)果進(jìn)行比較

為了驗(yàn)證“錄像回放法”求得的電容值是否精確，我們用DIS系統(tǒng)做了一組（下轉(zhuǎn)第57頁(yè)）（上接第55頁(yè)）對(duì)照試驗(yàn)?？紤]到電流傳感器的測(cè)量范圍和精度，我們將穩(wěn)壓電源調(diào)到6V（實(shí)測(cè)為5.7V），電阻箱調(diào)整為100Ω。在使用電流傳感器時(shí)，由于放電時(shí)間較短，所以需要增大傳感器的采樣頻率和增加X(jué)軸和Y軸的縮放，這樣才能得到一個(gè)合適的放電曲線圖。DIS采集到的放電曲線如圖7所示，利用DIS系統(tǒng)的指數(shù)擬合和積分功能，可以求得電容器的放電量Q。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉炳升，仲扣莊.中學(xué)物理教師專業(yè)技能訓(xùn)練[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]夏良英，李永洪，張喜林. DIS實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)實(shí)踐中的對(duì)比研究[J]. 物理教師，2014，（4）：42.

[3]張喜榮，岳寶良，尹建義，劉彥玲.教學(xué)研究——電容器放電快慢與什么因素有關(guān)[J]. 物理通報(bào)，2010，（5）：33.

（欄目編輯 王柏廬）