數(shù)碼攝像在電容器放電實驗中的巧妙應(yīng)用

唐勇+仲扣莊

摘 要：在電容器放電試驗中，由于電容器放電時電流表的讀數(shù)是動態(tài)的，所以容易出現(xiàn)讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。本論文采用“數(shù)碼攝像，錄像回放”的方法來改進讀數(shù)工作。結(jié)果顯示： 此方法求得的電容值和DIS系統(tǒng)測得的電容值相差無幾，且該方法也適用于其他需要動態(tài)讀數(shù)的物理實驗。

關(guān)鍵詞：數(shù)碼攝像；電容器放電；動態(tài)讀數(shù)

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）11（S）-0054-3

1 研究意義

在電容器放電實驗中，因為電流是連續(xù)變化的，所以電流表的讀數(shù)也是動態(tài)的，這就容易造成讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。而通過數(shù)碼攝像，將整個放電過程錄制下來，然后通過錄像回放，可以便捷地利用“暫停鍵”來讀取任一時刻的電流讀數(shù)。且放電過程被完整記錄，讀取的數(shù)據(jù)更加多，更加精確，尤其是對于放電過程較快的實驗，這一優(yōu)勢更加明顯，較好地實現(xiàn)了操作和記錄之間的同步。

2 實驗原理

在實驗中，我們發(fā)現(xiàn)利用圖2所示電路進行實驗時，電流應(yīng)從最大值（滿偏）隨時間衰減，但事實是電流表指針先從0偏轉(zhuǎn)到最大值，然后再從最大值處隨時間衰減，也就是說電流和時間是“不同步”的，電流i對時間t有一個延遲，所以需要將圖2所示電路修改成圖3所示電路。圖3電路可以實現(xiàn)電流從最大值處開始衰減，實現(xiàn)了電流和時間的同步。

3 研究過程

3.1 實驗器材

穩(wěn)壓電源（6 V，9 V） 電阻箱 電流表 電壓表 開關(guān)（單刀雙擲，單刀單擲） 數(shù)碼攝像設(shè)備（數(shù)碼相機或智能手機均可）。

3.2 實驗過程

實驗以測量1000 μF左右的電容器的電容為例，將穩(wěn)壓電源調(diào)到9 V，電阻箱調(diào)到R=18000 Ω，從而使電流表指針滿偏，滿偏電流i=0.5 mA。

將實驗器材按照圖3連接好，閉合開關(guān)對電容器進行充電，過一段時間后，啟動視頻錄制，然后斷開開關(guān)讓電容器開始放電。利用數(shù)碼相機記錄下電流表的擺動過程，然后在錄像回放時，拉動錄像回放的進度條，觀察并記錄不同時刻電流表指針的所指位置（以起點和中點為例）。值得注意的是由于視頻錄制啟動的時間早于開關(guān)的斷開，當(dāng)電流表的指針開始偏轉(zhuǎn)時，錄像顯示的時刻并不是0，所以在后期數(shù)據(jù)處理時，要對時間進行修正，取電流表剛開始偏轉(zhuǎn)的時刻為0。

將表格中的數(shù)據(jù)輸入到統(tǒng)計軟件中進行處理， 得到電容器放電時，電流i隨時間t變化的曲線圖（圖4）?？梢钥闯?，是一條類似指數(shù)衰減的放電曲線。

3.3 電容的簡便計算方法

4 和DIS系統(tǒng)得到的結(jié)果進行比較

為了驗證“錄像回放法”求得的電容值是否精確，我們用DIS系統(tǒng)做了一組（下轉(zhuǎn)第57頁）（上接第55頁）對照試驗?？紤]到電流傳感器的測量范圍和精度，我們將穩(wěn)壓電源調(diào)到6V（實測為5.7V），電阻箱調(diào)整為100Ω。在使用電流傳感器時，由于放電時間較短，所以需要增大傳感器的采樣頻率和增加X軸和Y軸的縮放，這樣才能得到一個合適的放電曲線圖。DIS采集到的放電曲線如圖7所示，利用DIS系統(tǒng)的指數(shù)擬合和積分功能，可以求得電容器的放電量Q。

參考文獻：

[1]劉炳升，仲扣莊.中學(xué)物理教師專業(yè)技能訓(xùn)練[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]夏良英，李永洪，張喜林. DIS實驗和傳統(tǒng)物理實驗在教學(xué)實踐中的對比研究[J]. 物理教師，2014，（4）：42.

[3]張喜榮，岳寶良，尹建義，劉彥玲.教學(xué)研究——電容器放電快慢與什么因素有關(guān)[J]. 物理通報，2010，（5）：33.

（欄目編輯 王柏廬）

摘 要：在電容器放電試驗中，由于電容器放電時電流表的讀數(shù)是動態(tài)的，所以容易出現(xiàn)讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。本論文采用“數(shù)碼攝像，錄像回放”的方法來改進讀數(shù)工作。結(jié)果顯示： 此方法求得的電容值和DIS系統(tǒng)測得的電容值相差無幾，且該方法也適用于其他需要動態(tài)讀數(shù)的物理實驗。

關(guān)鍵詞：數(shù)碼攝像；電容器放電；動態(tài)讀數(shù)

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）11（S）-0054-3

1 研究意義

在電容器放電實驗中，因為電流是連續(xù)變化的，所以電流表的讀數(shù)也是動態(tài)的，這就容易造成讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。而通過數(shù)碼攝像，將整個放電過程錄制下來，然后通過錄像回放，可以便捷地利用“暫停鍵”來讀取任一時刻的電流讀數(shù)。且放電過程被完整記錄，讀取的數(shù)據(jù)更加多，更加精確，尤其是對于放電過程較快的實驗，這一優(yōu)勢更加明顯，較好地實現(xiàn)了操作和記錄之間的同步。

2 實驗原理

在實驗中，我們發(fā)現(xiàn)利用圖2所示電路進行實驗時，電流應(yīng)從最大值（滿偏）隨時間衰減，但事實是電流表指針先從0偏轉(zhuǎn)到最大值，然后再從最大值處隨時間衰減，也就是說電流和時間是“不同步”的，電流i對時間t有一個延遲，所以需要將圖2所示電路修改成圖3所示電路。圖3電路可以實現(xiàn)電流從最大值處開始衰減，實現(xiàn)了電流和時間的同步。

3 研究過程

3.1 實驗器材

穩(wěn)壓電源（6 V，9 V） 電阻箱 電流表 電壓表 開關(guān)（單刀雙擲，單刀單擲） 數(shù)碼攝像設(shè)備（數(shù)碼相機或智能手機均可）。

3.2 實驗過程

實驗以測量1000 μF左右的電容器的電容為例，將穩(wěn)壓電源調(diào)到9 V，電阻箱調(diào)到R=18000 Ω，從而使電流表指針滿偏，滿偏電流i=0.5 mA。

將實驗器材按照圖3連接好，閉合開關(guān)對電容器進行充電，過一段時間后，啟動視頻錄制，然后斷開開關(guān)讓電容器開始放電。利用數(shù)碼相機記錄下電流表的擺動過程，然后在錄像回放時，拉動錄像回放的進度條，觀察并記錄不同時刻電流表指針的所指位置（以起點和中點為例）。值得注意的是由于視頻錄制啟動的時間早于開關(guān)的斷開，當(dāng)電流表的指針開始偏轉(zhuǎn)時，錄像顯示的時刻并不是0，所以在后期數(shù)據(jù)處理時，要對時間進行修正，取電流表剛開始偏轉(zhuǎn)的時刻為0。

將表格中的數(shù)據(jù)輸入到統(tǒng)計軟件中進行處理， 得到電容器放電時，電流i隨時間t變化的曲線圖（圖4）。可以看出，是一條類似指數(shù)衰減的放電曲線。

3.3 電容的簡便計算方法

4 和DIS系統(tǒng)得到的結(jié)果進行比較

為了驗證“錄像回放法”求得的電容值是否精確，我們用DIS系統(tǒng)做了一組（下轉(zhuǎn)第57頁）（上接第55頁）對照試驗。考慮到電流傳感器的測量范圍和精度，我們將穩(wěn)壓電源調(diào)到6V（實測為5.7V），電阻箱調(diào)整為100Ω。在使用電流傳感器時，由于放電時間較短，所以需要增大傳感器的采樣頻率和增加X軸和Y軸的縮放，這樣才能得到一個合適的放電曲線圖。DIS采集到的放電曲線如圖7所示，利用DIS系統(tǒng)的指數(shù)擬合和積分功能，可以求得電容器的放電量Q。

參考文獻：

[1]劉炳升，仲扣莊.中學(xué)物理教師專業(yè)技能訓(xùn)練[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]夏良英，李永洪，張喜林. DIS實驗和傳統(tǒng)物理實驗在教學(xué)實踐中的對比研究[J]. 物理教師，2014，（4）：42.

[3]張喜榮，岳寶良，尹建義，劉彥玲.教學(xué)研究——電容器放電快慢與什么因素有關(guān)[J]. 物理通報，2010，（5）：33.

（欄目編輯 王柏廬）

摘 要：在電容器放電試驗中，由于電容器放電時電流表的讀數(shù)是動態(tài)的，所以容易出現(xiàn)讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。本論文采用“數(shù)碼攝像，錄像回放”的方法來改進讀數(shù)工作。結(jié)果顯示： 此方法求得的電容值和DIS系統(tǒng)測得的電容值相差無幾，且該方法也適用于其他需要動態(tài)讀數(shù)的物理實驗。

關(guān)鍵詞：數(shù)碼攝像；電容器放電；動態(tài)讀數(shù)

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2014）11（S）-0054-3

1 研究意義

在電容器放電實驗中，因為電流是連續(xù)變化的，所以電流表的讀數(shù)也是動態(tài)的，這就容易造成讀數(shù)不準(zhǔn)的情況。而通過數(shù)碼攝像，將整個放電過程錄制下來，然后通過錄像回放，可以便捷地利用“暫停鍵”來讀取任一時刻的電流讀數(shù)。且放電過程被完整記錄，讀取的數(shù)據(jù)更加多，更加精確，尤其是對于放電過程較快的實驗，這一優(yōu)勢更加明顯，較好地實現(xiàn)了操作和記錄之間的同步。

2 實驗原理

在實驗中，我們發(fā)現(xiàn)利用圖2所示電路進行實驗時，電流應(yīng)從最大值（滿偏）隨時間衰減，但事實是電流表指針先從0偏轉(zhuǎn)到最大值，然后再從最大值處隨時間衰減，也就是說電流和時間是“不同步”的，電流i對時間t有一個延遲，所以需要將圖2所示電路修改成圖3所示電路。圖3電路可以實現(xiàn)電流從最大值處開始衰減，實現(xiàn)了電流和時間的同步。

3 研究過程

3.1 實驗器材

穩(wěn)壓電源（6 V，9 V） 電阻箱 電流表 電壓表 開關(guān)（單刀雙擲，單刀單擲） 數(shù)碼攝像設(shè)備（數(shù)碼相機或智能手機均可）。

3.2 實驗過程

實驗以測量1000 μF左右的電容器的電容為例，將穩(wěn)壓電源調(diào)到9 V，電阻箱調(diào)到R=18000 Ω，從而使電流表指針滿偏，滿偏電流i=0.5 mA。

將實驗器材按照圖3連接好，閉合開關(guān)對電容器進行充電，過一段時間后，啟動視頻錄制，然后斷開開關(guān)讓電容器開始放電。利用數(shù)碼相機記錄下電流表的擺動過程，然后在錄像回放時，拉動錄像回放的進度條，觀察并記錄不同時刻電流表指針的所指位置（以起點和中點為例）。值得注意的是由于視頻錄制啟動的時間早于開關(guān)的斷開，當(dāng)電流表的指針開始偏轉(zhuǎn)時，錄像顯示的時刻并不是0，所以在后期數(shù)據(jù)處理時，要對時間進行修正，取電流表剛開始偏轉(zhuǎn)的時刻為0。

將表格中的數(shù)據(jù)輸入到統(tǒng)計軟件中進行處理， 得到電容器放電時，電流i隨時間t變化的曲線圖（圖4）?？梢钥闯觯且粭l類似指數(shù)衰減的放電曲線。

3.3 電容的簡便計算方法

4 和DIS系統(tǒng)得到的結(jié)果進行比較

為了驗證“錄像回放法”求得的電容值是否精確，我們用DIS系統(tǒng)做了一組（下轉(zhuǎn)第57頁）（上接第55頁）對照試驗?？紤]到電流傳感器的測量范圍和精度，我們將穩(wěn)壓電源調(diào)到6V（實測為5.7V），電阻箱調(diào)整為100Ω。在使用電流傳感器時，由于放電時間較短，所以需要增大傳感器的采樣頻率和增加X軸和Y軸的縮放，這樣才能得到一個合適的放電曲線圖。DIS采集到的放電曲線如圖7所示，利用DIS系統(tǒng)的指數(shù)擬合和積分功能，可以求得電容器的放電量Q。

參考文獻：

[1]劉炳升，仲扣莊.中學(xué)物理教師專業(yè)技能訓(xùn)練[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]夏良英，李永洪，張喜林. DIS實驗和傳統(tǒng)物理實驗在教學(xué)實踐中的對比研究[J]. 物理教師，2014，（4）：42.

[3]張喜榮，岳寶良，尹建義，劉彥玲.教學(xué)研究——電容器放電快慢與什么因素有關(guān)[J]. 物理通報，2010，（5）：33.

（欄目編輯 王柏廬）