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Alevel物理:電容充放電曲線分析

本文出處:IB培訓(xùn) 發(fā)布時間:2020-07-29 14:41:05 字體大?。? A+ A-

 

 

在A-level物理中的電學(xué)部分,電壓、電流、電阻等都是比較好理解的電學(xué)概念,但很多同學(xué)對什么是電容理解的不夠透徹,尤其是電容的充放電曲線,今天我們來講解一下這部分的知識。

 

電容器(Capacitor)簡單來說就是兩個平行的金屬板,具有容納電荷(Charge)的作用,對于一個電容器來說,其能容納電荷的能力即為電容(Capacity)。

A-level的考試中,針對電容考察最多的即為充電放電電路,其電路圖如圖所示:

                                             

Alevel物理電容充放電曲線分析.png


 

圖中的開關(guān)為一個雙向開關(guān),一開始開關(guān)和A點(diǎn)連接,此時電池對電容充電;當(dāng)電容充滿電后,電容與電池斷開,和燈泡連接,電容對燈泡放電。接下來我們來詳細(xì)分析一下這一過程:

首先要了解的是,電容和電池的區(qū)別,電容的兩個金屬板上的電荷越多,電容的電壓也越高,其電壓和電容成正比;而電池的電壓則和其內(nèi)部的電荷量沒有特別大的關(guān)系,即能輸出穩(wěn)定的電壓。

電池對電容的充電過程:

一開始電容的金屬板上完全沒有電荷,這時電池和電容之間的電壓最大,電池以一個比較大的電流對電容充電,隨著電容上的電荷增多,電容的電壓值也隨之增高,由于電池和電容的電壓差值不斷變小,其充電電流也不斷變小,電容上的電荷和電壓增加的也就越來越慢,直至電容和電池的電壓差值緩慢的變?yōu)榱?,充電過程完成。

充電過程圖像:電流一開始最大,然后不斷減小,但減小的速率在放緩;

電荷量和電壓值一開始為零,然后不斷增加,但增加的速率在放緩。具體如圖所示:


Alevel物理電容充放電曲線分析2.png

 

電容放電過程:

一開始電容上的電荷量最多,電壓也最高,所以放電電流最大,隨著放電過程的持續(xù),電容上的電荷不斷變少,電壓也減小,由于電壓的減小,電流也隨之變小,放電過程放緩,直至電容上的電荷量和電壓完全耗盡變?yōu)榱恪?/span>

放電過程圖像:電流/電壓/電荷量都是一開始最大,然后不斷減小,但減小的速率在放緩,三個圖像是完全重合的,具體如圖所示:


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Alevel物理考試中經(jīng)常會考察對電容充放電的分析,或是對電容的實(shí)際應(yīng)用:例如在現(xiàn)實(shí)生活中,當(dāng)我們用汽車的遙控鑰匙鎖止汽車時,汽車的車燈會慢慢變暗,而不是突然關(guān)閉,起到為車主回家照明的作用,就是應(yīng)用了電容放電過程中,電流會逐漸變小而不是突然減為零的物理原理。


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本章標(biāo)題:Alevel物理:電容充放電曲線分析

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