用半分法探究电容器的电压与电量的关系
微主一直在思考如何利用实验简单有效地将电容器电压与电量的正比关系呈现出来。早期想用ESP32对电流积分得到电量,但是误差总是很大,不理想。
近日,看到北京和平街一中梅晓璇分享的实验案例,借鉴库仑扭秤的原理,利用半分法将电容器内的电量进行量化,再利用数字万用表测量对应的电压,方法巧妙,实验精确,令人拍案叫绝。
微主当即就找来器材,进行了实验尝试,发现效果真的不错。
阿璇教学研究室
微主实验用到的是四枚标称值为2.7伏1法拉的电容。先用导线将四枚电容短路,放干备用;然后用两节干电池对其中一个电容器进行充电,并利用数字万用表的直流电压档进行监视,直到电容器充满为止。
随后撤去电源,将另一枚电容器并上去,发现监视电压的数字万用表的电压示数果真减半了。
然后把放干电荷的电容器依次并联上去,随着电容器中电量一次又一次地减半,数字万用表的电压示数也在不断地减小。
用手机拍下每次并联后的实验场景和数据,将数据录入电子表格,绘制散点图,拟合曲线,可以发现电容器的电压与电量的关系曲线近似为一条过原点的倾斜直线。
实验发现,随着测量数据逐渐逼近数字万用表的测量极限,实验的相对误差在不断变大;在此次实验中,略去了电压过小的实验数据组。
| 创客焦作 |
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