从电容器充、放电实验所想到的

杨 君

(北京教育考试院,北京 100083)

从电容器充、放电实验所想到的

杨 君

(北京教育考试院,北京 100083)

本文从教材中的实验“用传感器观察电容器的充电和放电”出发,通过定量计算,分析了电容和电感的充、放电过程,描绘了电容和电感在充放电过程中各物理量随时间的变化曲线,纠正了教材中不严谨的表述．

电容； 电感； 充电； 放电

1 问题的提出

图1 观察电容器放电的电路图

人教版普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1模块第1章“静电场”第8节“电容器的电容”节末有“做一做”实验“用传感器观察电容器的充电和放电”．具体细节如下:按照图1连接电路,电源用直流8V左右．电容器可选几十μF的电解电容器．先是开关S与1端相连,电源向电容器充电,这个过程可在瞬间完成； 然后把开关掷向2端,电容器通过电阻R放电,传感器将电流信号传入计算机,屏幕上显示电流随时间变化的I-t图像如图2所示．

图2 一个电容器放电的I-t图像

从教材原文可知,按照图示电路进行实验,电源向电容器充电过程可在瞬间完成;从图2所示的电容器放电过程可知,电容器放电过程持续时间长达4～5s,已不能算是瞬间完成了．而高中阶段普遍认为电容器的充、放电均在瞬间完成，这是怎么回事呢?本文拟对电容器、电感器的充放电过程进行定量计算,弄清楚电容、电感的充放电过程与哪些因素有关,充、放电过程所需时间的数量级为多少．

2 电容器的充、放电

如图1所示,取电源电动势为E,内阻为……