数码摄像在电容器放电实验中的巧妙应用
2015-01-07唐勇仲扣庄
唐勇+仲扣庄
摘 要：在电容器放电试验中，由于电容器放电时电流表的读数是动态的，所以容易出现读数不准的情况。本论文采用“数码摄像，录像回放”的方法来改进读数工作。结果显示： 此方法求得的电容值和DIS系统测得的电容值相差无几，且该方法也适用于其他需要动态读数的物理实验。
关键词：数码摄像；电容器放电；动态读数
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）11（S）-0054-3
1 研究意义
在电容器放电实验中，因为电流是连续变化的，所以电流表的读数也是动态的，这就容易造成读数不准的情况。而通过数码摄像，将整个放电过程录制下来，然后通过录像回放，可以便捷地利用“暂停键”来读取任一时刻的电流读数。且放电过程被完整记录，读取的数据更加多，更加精确，尤其是对于放电过程较快的实验，这一优势更加明显，较好地实现了操作和记录之间的同步。
2 实验原理
在实验中，我们发现利用图2所示电路进行实验时，电流应从最大值（满偏）随时间衰减，但事实是电流表指针先从0偏转到最大值，然后再从最大值处随时间衰减，也就是说电流和时间是“不同步”的，电流i对时间t有一个延迟，所以需要将图2所示电路修改成图3所示电路。图3电路可以实现电流从最大值处开始衰减，实现了电流和时间的同步。
3 研究过程
3.1 实验器材
稳压电源（6 V，9 V） 电阻箱 电流表 电压表 开关（单刀双掷，单刀单掷） 数码摄像设备（数码相机或智能手机均可）。
3.2 实验过程
实验以测量1000 μF左右的电容器的电容为例，将稳压电源调到9 V，电阻箱调到R=18000 Ω，从而使电流表指针满偏，满偏电流i=0.5 mA。
将实验器材按照图3连接好，闭合开关对电容器进行充电，过一段时间后，启动视频录制，然后断开开关让电容器开始放电。利用数码相机记录下电流表的摆动过程，然后在录像回放时，拉动录像回放的进度条，观察并记录不同时刻电流表指针的所指位置（以起点和中点为例）。值得注意的是由于视频录制启动的时间早于开关的断开，当电流表的指针开始偏转时，录像显示的时刻并不是0，所以在后期数据处理时，要对时间进行修正，取电流表刚开始偏转的时刻为0。
将表格中的数据输入到统计软件中进行处理， 得到电容器放电时，电流i随时间t变化的曲线图（图4）。可以看出，是一条类似指数衰减的放电曲线。
3.3 电容的简便计算方法
4 和DIS系统得到的结果进行比较
为了验证“录像回放法”求得的电容值是否精确，我们用DIS系统做了一组（下转第57页）（上接第55页）对照试验。考虑到电流传感器的测量范围和精度，我们将稳压电源调到6V（实测为5.7V），电阻箱调整为100Ω。在使用电流传感器时，由于放电时间较短，所以需要增大传感器的采样频率和增加X轴和Y轴的缩放，这样才能得到一个合适的放电曲线图。DIS采集到的放电曲线如图7所示，利用DIS系统的指数拟合和积分功能，可以求得电容器的放电量Q。
参考文献：
[1]刘炳升，仲扣庄.中学物理教师专业技能训练[M].北京：高等教育出版社，2004.
[2]夏良英，李永洪，张喜林. DIS实验和传统物理实验在教学实践中的对比研究[J]. 物理教师，2014，（4）：42.
[3]张喜荣，岳宝良，尹建义，刘彦玲.教学研究——电容器放电快慢与什么因素有关[J]. 物理通报，2010，（5）：33.
（栏目编辑 王柏庐）
摘 要：在电容器放电试验中，由于电容器放电时电流表的读数是动态的，所以容易出现读数不准的情况。本论文采用“数码摄像，录像回放”的方法来改进读数工作。结果显示： 此方法求得的电容值和DIS系统测得的电容值相差无几，且该方法也适用于其他需要动态读数的物理实验。
关键词：数码摄像；电容器放电；动态读数
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）11（S）-0054-3
1 研究意义
在电容器放电实验中，因为电流是连续变化的，所以电流表的读数也是动态的，这就容易造成读数不准的情况。而通过数码摄像，将整个放电过程录制下来，然后通过录像回放，可以便捷地利用“暂停键”来读取任一时刻的电流读数。且放电过程被完整记录，读取的数据更加多，更加精确，尤其是对于放电过程较快的实验，这一优势更加明显，较好地实现了操作和记录之间的同步。
2 实验原理
在实验中，我们发现利用图2所示电路进行实验时，电流应从最大值（满偏）随时间衰减，但事实是电流表指针先从0偏转到最大值，然后再从最大值处随时间衰减，也就是说电流和时间是“不同步”的，电流i对时间t有一个延迟，所以需要将图2所示电路修改成图3所示电路。图3电路可以实现电流从最大值处开始衰减，实现了电流和时间的同步。
3 研究过程
3.1 实验器材
稳压电源（6 V，9 V） 电阻箱 电流表 电压表 开关（单刀双掷，单刀单掷） 数码摄像设备（数码相机或智能手机均可）。
3.2 实验过程
实验以测量1000 μF左右的电容器的电容为例，将稳压电源调到9 V，电阻箱调到R=18000 Ω，从而使电流表指针满偏，满偏电流i=0.5 mA。
将实验器材按照图3连接好，闭合开关对电容器进行充电，过一段时间后，启动视频录制，然后断开开关让电容器开始放电。利用数码相机记录下电流表的摆动过程，然后在录像回放时，拉动录像回放的进度条，观察并记录不同时刻电流表指针的所指位置（以起点和中点为例）。值得注意的是由于视频录制启动的时间早于开关的断开，当电流表的指针开始偏转时，录像显示的时刻并不是0，所以在后期数据处理时，要对时间进行修正，取电流表刚开始偏转的时刻为0。
将表格中的数据输入到统计软件中进行处理， 得到电容器放电时，电流i随时间t变化的曲线图（图4）。可以看出，是一条类似指数衰减的放电曲线。
3.3 电容的简便计算方法
4 和DIS系统得到的结果进行比较
为了验证“录像回放法”求得的电容值是否精确，我们用DIS系统做了一组（下转第57页）（上接第55页）对照试验。考虑到电流传感器的测量范围和精度，我们将稳压电源调到6V（实测为5.7V），电阻箱调整为100Ω。在使用电流传感器时，由于放电时间较短，所以需要增大传感器的采样频率和增加X轴和Y轴的缩放，这样才能得到一个合适的放电曲线图。DIS采集到的放电曲线如图7所示，利用DIS系统的指数拟合和积分功能，可以求得电容器的放电量Q。
参考文献：
[1]刘炳升，仲扣庄.中学物理教师专业技能训练[M].北京：高等教育出版社，2004.
[2]夏良英，李永洪，张喜林. DIS实验和传统物理实验在教学实践中的对比研究[J]. 物理教师，2014，（4）：42.
[3]张喜荣，岳宝良，尹建义，刘彦玲.教学研究——电容器放电快慢与什么因素有关[J]. 物理通报，2010，（5）：33.
（栏目编辑 王柏庐）
摘 要：在电容器放电试验中，由于电容器放电时电流表的读数是动态的，所以容易出现读数不准的情况。本论文采用“数码摄像，录像回放”的方法来改进读数工作。结果显示： 此方法求得的电容值和DIS系统测得的电容值相差无几，且该方法也适用于其他需要动态读数的物理实验。
关键词：数码摄像；电容器放电；动态读数
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2014）11（S）-0054-3
1 研究意义
在电容器放电实验中，因为电流是连续变化的，所以电流表的读数也是动态的，这就容易造成读数不准的情况。而通过数码摄像，将整个放电过程录制下来，然后通过录像回放，可以便捷地利用“暂停键”来读取任一时刻的电流读数。且放电过程被完整记录，读取的数据更加多，更加精确，尤其是对于放电过程较快的实验，这一优势更加明显，较好地实现了操作和记录之间的同步。
2 实验原理
在实验中，我们发现利用图2所示电路进行实验时，电流应从最大值（满偏）随时间衰减，但事实是电流表指针先从0偏转到最大值，然后再从最大值处随时间衰减，也就是说电流和时间是“不同步”的，电流i对时间t有一个延迟，所以需要将图2所示电路修改成图3所示电路。图3电路可以实现电流从最大值处开始衰减，实现了电流和时间的同步。
3 研究过程
3.1 实验器材
稳压电源（6 V，9 V） 电阻箱 电流表 电压表 开关（单刀双掷，单刀单掷） 数码摄像设备（数码相机或智能手机均可）。
3.2 实验过程
实验以测量1000 μF左右的电容器的电容为例，将稳压电源调到9 V，电阻箱调到R=18000 Ω，从而使电流表指针满偏，满偏电流i=0.5 mA。
将实验器材按照图3连接好，闭合开关对电容器进行充电，过一段时间后，启动视频录制，然后断开开关让电容器开始放电。利用数码相机记录下电流表的摆动过程，然后在录像回放时，拉动录像回放的进度条，观察并记录不同时刻电流表指针的所指位置（以起点和中点为例）。值得注意的是由于视频录制启动的时间早于开关的断开，当电流表的指针开始偏转时，录像显示的时刻并不是0，所以在后期数据处理时，要对时间进行修正，取电流表刚开始偏转的时刻为0。
将表格中的数据输入到统计软件中进行处理， 得到电容器放电时，电流i随时间t变化的曲线图（图4）。可以看出，是一条类似指数衰减的放电曲线。
3.3 电容的简便计算方法
4 和DIS系统得到的结果进行比较
为了验证“录像回放法”求得的电容值是否精确，我们用DIS系统做了一组（下转第57页）（上接第55页）对照试验。考虑到电流传感器的测量范围和精度，我们将稳压电源调到6V（实测为5.7V），电阻箱调整为100Ω。在使用电流传感器时，由于放电时间较短，所以需要增大传感器的采样频率和增加X轴和Y轴的缩放，这样才能得到一个合适的放电曲线图。DIS采集到的放电曲线如图7所示，利用DIS系统的指数拟合和积分功能，可以求得电容器的放电量Q。
参考文献：
[1]刘炳升，仲扣庄.中学物理教师专业技能训练[M].北京：高等教育出版社，2004.
[2]夏良英，李永洪，张喜林. DIS实验和传统物理实验在教学实践中的对比研究[J]. 物理教师，2014，（4）：42.
[3]张喜荣，岳宝良，尹建义，刘彦玲.教学研究——电容器放电快慢与什么因素有关[J]. 物理通报，2010，（5）：33.
（栏目编辑 王柏庐）
