陳錦華

(福建省福安市第三中學(xué) 355002)

一、實(shí)驗(yàn)原理

用恒流源給電容器充電，測量充電電流I、充電時(shí)間t及充電結(jié)束后電容器的電壓U.由于恒流源可以保持充電過程中的I不變，因此利用公式Q=It可以方便地計(jì)算出電容器所帶的電荷量Q.多次實(shí)驗(yàn)，得到不同U情況下所對(duì)應(yīng)的Q，由此可以定量探究Q與U的比值關(guān)系.

二、恒流源介紹

圖1是恒流源的原理圖，其電路簡單、成本低廉，適合自制使用.器材說明如下：

(1)4.5V電源采用3節(jié)干電池串聯(lián)；

(2)R1是“330R1/4W”的碳膜電阻；

(3)R2是“16kΩ1/4W”的碳膜電阻；

(4)S8050是一種常見的小功率三極管；

(5)TL431A是一種常見的三端精密穩(wěn)壓管，正常工作時(shí)其1、2管腳間的穩(wěn)壓值為2.5V；

(6)A+、B-是兩個(gè)接線柱，作為恒流源輸出端.

三、實(shí)驗(yàn)具體實(shí)施例

1.實(shí)驗(yàn)電路及器材

實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示，恒流源通過A+、B-兩接線柱給電路供電，其中C是標(biāo)稱值為“16V1000μF”的電解電容器.

2.實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按圖2連接好實(shí)驗(yàn)電路，S1和S2開始時(shí)都處于斷開狀態(tài)；

(2)閉合S1開始充電，同時(shí)按下秒表開始計(jì)時(shí),并讀出微安表的電流值I；

(3)在充電結(jié)束前斷開S1停止充電，同時(shí)按停秒表；

(4)用數(shù)字電壓表測量電容器的電壓U,并讀出秒表上的充電時(shí)間t；

(5)閉合S2使電容器放光電荷，然后再斷開S2；

(6)改變充電時(shí)間，多次實(shí)驗(yàn)，將每次實(shí)驗(yàn)的t、I和U的數(shù)值記錄到表1中.

表1

3.數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)論

四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

用電壓表測量電容器的電壓時(shí)，電容器會(huì)通過電壓表放電，使得電壓的測量值小于真實(shí)值而造成測量誤差.為了減小測量誤差，必須做到以下三點(diǎn)要求：①電容器的電容要足夠大，建議用不小于1000μF的電解電容器；②電壓表的內(nèi)阻R要足夠大，數(shù)字電壓表的內(nèi)阻可達(dá)10MΩ、甚至更大，可以滿足要求.不要采用指針式電壓表，因?yàn)橹羔樖诫妷罕淼膬?nèi)阻相對(duì)很??；③測量電壓時(shí)，測量時(shí)間要盡可能短.因?yàn)闇y量時(shí)間通常才幾秒，故測量時(shí)間遠(yuǎn)小于放電的時(shí)間常數(shù)，因此測量時(shí)放電的電荷量極少，由于放電造成的測量誤差可以忽略不計(jì).