用示波器測(cè)電容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

1、用示波器測(cè)電容的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘要：電容在交流電路中電壓與電流間除了大小發(fā)生變化，相位也發(fā)生了改變。而通過(guò)示波器可以很清楚地觀察到這些變化，利用示波器及電容的交流特性，可測(cè)定給定電容的大小。本實(shí)驗(yàn)研究了用示波器測(cè)電容器電容的方法:測(cè)RLC諧振頻率。用這方法測(cè)定了未知電容，并就實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：電容 電壓峰峰值 相位差 諧振頻率一、引言電容是電容器的參數(shù)之一，對(duì)于解決生活及實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際問(wèn)題，有著很重要的作用，不同電容的電容器因所需不同而被應(yīng)用在不同的地方，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)電容器的電容，已成為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在此實(shí)驗(yàn)中，我們用示波器測(cè)量電容的容量，該方法操作

2、簡(jiǎn)單，且能加深我們對(duì)電容和電容性質(zhì)的理解，鞏固我們所學(xué)過(guò)的知識(shí)。二、 實(shí)驗(yàn)任務(wù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的儀器，利用示波器測(cè)量給定電容的大小。三、 實(shí)驗(yàn)儀器信號(hào)發(fā)生器，雙蹤示波器，萬(wàn)用電表，面包板，電阻，電感，電容，導(dǎo)線。四、實(shí)驗(yàn)原理測(cè)RLC諧振頻率通過(guò)逐點(diǎn)改變加在(直接或者間接)RLC 諧振回路上信號(hào)頻率來(lái)找到最大輸出時(shí)的頻率點(diǎn)，并把這一頻率點(diǎn)定義為RLC 諧振頻率。RLC串聯(lián)電路如圖1所示。圖1 RLC串聯(lián)電路所加交流電壓（有效值）的角頻率為。則電路的復(fù)阻抗為： （1）復(fù)阻抗的模: (2)復(fù)阻抗的幅角: (3)即該電路電流滯后于總電壓的位相差?；芈分械碾娏鱅（有效值）為： (6)上面三式中Z、I均為頻

3、率 (或角頻率， )的函數(shù)，當(dāng)電路中其他元件參數(shù)取確定值的情況下，它們的特性完全取決于頻率。圖2（a）、（b）、（c）分別為RLC串聯(lián)電路的阻抗、相位差、電流隨頻率的變化曲線。其中，（b）圖曲線稱為相頻特性曲線；（c）圖曲線稱為幅頻特性曲線。圖2 RLC串聯(lián)電路幅頻、相頻曲線由曲線圖可以看出，存在一個(gè)特殊的頻率，特點(diǎn)為：（1） 當(dāng)時(shí)，電流相位超前于電壓，整個(gè)電路呈電容性；（2） 當(dāng)時(shí)，電流相位滯后于電壓，整個(gè)電路呈電感性；（3） 當(dāng)時(shí)，即或 （4） 隨偏離越遠(yuǎn), 阻抗越大, 而電流越小.此時(shí)，表明電路中電流I和電壓同位相，整個(gè)電路呈現(xiàn)純電阻性，這就是串聯(lián)諧振現(xiàn)象。此時(shí)電路總阻抗的模為最小，電流

4、則達(dá)到極大值。易知，只要調(diào)節(jié)、中的任意一個(gè)量，電路都能達(dá)到諧振。根據(jù)LC諧振回路的諧振頻率 或 (9)可求得C： (10)五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（或步驟）實(shí)驗(yàn)步驟(1)電路連接如圖1，其中.(2) 在調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的頻率的同時(shí)觀察電容兩端電壓的變化，當(dāng)調(diào)至某一頻率時(shí)，電壓為最大，測(cè)得這個(gè)最大值及信號(hào)的周期（或頻率）。(3)由這個(gè)最大值的周期（或頻率）計(jì)算所得電容的容抗。六、數(shù)據(jù)處理和分析 測(cè)RLC諧振頻率R= 200f（KHz）12345678910.7311.5R上電壓U（V）0.20.40.60.820.921.11.351.6752.082.83.075R= 200f（KHz）11.81212.3

5、1314151617181920R上電壓U（V）3.153.23.2253.1752.852.4252.11.851.651.4751.34 數(shù)據(jù)處理：絕對(duì)誤差：|相對(duì)誤差：七、實(shí)驗(yàn)誤差分析1、系統(tǒng)誤差 （1）儀器不精確,造成誤差（2）示波器的圖像有厚度，使結(jié)果有誤差（3）圖像抖動(dòng)產(chǎn)生誤差2、偶然誤差 （1）儀器操作失誤造成電路連接錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤差 （2）觀察時(shí)未使振幅達(dá)到最大就進(jìn)行讀數(shù)（3）讀數(shù)誤差八、結(jié)束語(yǔ) 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是要求我們通過(guò)我們自己的設(shè)計(jì)，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，與傳統(tǒng)的攝入式教學(xué)不同。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的能力。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是以之前的

6、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)所做的實(shí)驗(yàn)，本次實(shí)驗(yàn)很大的一個(gè)特點(diǎn)就是以前兩次實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，可以自行選擇不同的實(shí)驗(yàn)方法，讓我們對(duì)物理實(shí)驗(yàn)有了一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)：實(shí)驗(yàn)不是定死的，要達(dá)到同一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，可以根?jù)不同的實(shí)驗(yàn)原理，由不同種實(shí)驗(yàn)方法。所以我認(rèn)為，這次實(shí)驗(yàn)真正達(dá)到了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的。俗話說(shuō)實(shí)踐出真知，只有經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的知識(shí)，才能算得上是真正的知識(shí)。在本實(shí)驗(yàn)中，我們選擇了RLC電路的連接方法，并用示波器測(cè)量電容，這對(duì)增強(qiáng)我們的物理邏輯思維是大有益處的。在測(cè)量的過(guò)程中，盡管實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為繁瑣，但我們還是耐心的完成了實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的耐心，這是做科學(xué)實(shí)驗(yàn)探索的一個(gè)基本要求，得以最終以良好的狀態(tài)完成了實(shí)驗(yàn)。九、參考文獻(xiàn)1 書籍：宋如茂.電容的示波器測(cè)量法J.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2005,18（2）：5658.2 書籍：曾天海.徐加勤.謝路平.用示波