发光二极管在物理实验中的应用

 作为常用的电子器件的发光二极管(LED),被广泛的应用于电子产品、家用电器、仪器仪表中。近几年随着半导体技术的发展,LED新品不断地出现。LED不光在电子领域有着广泛的应用,而且在物理实验教学中也有很重要的用途。结合实际教学中的几个改进实验以抛砖引玉。发光二极管用于演示电容器充放电高中《物理》第二册电磁学中电容器一节中,对电容器的充放电只在理论上进行了分析,而学生无法形象的看到电容器的充放电过程。此实验则可以形象的演示电容器的充放电过程。     

关于新教材“电容器充、放电实验”的商榷

在2019年6月第1版(人民教育出版社)普通高中教科书《物理·必修》第三册中,教材提供的电容器充放电电路图与相应的实验描述存在争议.由于电压表直接接在电容器的两端,教材对充放电的表述会让学生误认为电压表对电容器的放电不产生影响.通过实验检验,对教材中的不妥表述进行了更正,并提供了合理且现象明显的充放电电路.     

电容式节拍打点计时器的制作原理及方法

提出了利用电容器充放电打点,节拍器计量的新型简单的计时器的制作原理及方法,克服了常规计时器的某些缺陷。     

利用数字化实验系统重构实验教学

以电容器的充放电实验为案例,利用数字化实验系统（DIS）实现对高中物理实验教学的重构与创新,以创新思维改进了教材中涉及到的电容器充放电实验,从而得到其规律并进一步利用DIS得到的实验数据,通过．EXCEL探究表征电容器容纳电荷本领的物理量．     

关于《电容器的电容》教学课后课的实践

论述了影响电容器储能的因素,阐明电容器充放电过程中遵循能量守恒。     

基于DIS的电容器充放电实验

利用DIS实验系统探究电容器充放电的特性,直观地显示电容器充放电过程中电流和电压随时间的变化规律.通过即插式可调电阻改变放电电路中阻值的大小,可以控制电容器放电的时间.     

用坡印亭矢量讨论平行板电容器充放电过程中的能量变化

坡印亭矢量不仅适合迅变电磁场，而且也适合稳恒场．本文利用坡印亭矢量讨论了平行板电容器充放电过程中板间静电场能的变化规律．     

频闪观察仪

频闪观察仪作为空泡水筒试验观察与拍摄螺旋桨空泡的光源。 该仪器工作原理,即利用电容器的充放电,以可控硅为控制部件,调节能发的频率即可改变闪光的频率。     

一种简便的普朗克常量测量方法

利用标准电容器充放电的原理,直接测量出各单色光对应的截止电压,并用最小二乘法对实验数据进行直线拟合,从而测出普朗克常数.     

全膜脉冲电容器电热老化分析

全膜脉冲电容器是脉冲功率系统的重要储能单元,其寿命影响着整个系统的可靠性。在脉冲工况下,全膜脉冲电容器的失效多为突发失效,且寿命的分散性较大。为探究全膜脉冲电容器老化失效机理,开展了其寿命试验及电场与温度场的仿真。利用LTD基本放电单元（Brick）实验腔体对电容器进行寿命测试并获得失效电容器,分析了失效电容在不同故障形式下的失效原因,并利用有限元分析软件对电容器局部“电场易畸变”区域进行了电场仿真,说明上述区域存在的畸变电场是发生绝缘介质击穿的主要原因;对电容器进行温度场分析,发现电容器温度与充放电频率成正相关,温度最高点位于电容器几何中心处附近,在充放电频率较低时,电容器温升不明显,说明在较低充放电频率下,电容器绝缘介质老化以电老化为主,而非热老化。     

基于超级电容器的充放电电路系统研制及其在EAST限制器探针测量中的应用

EAST限制器探针安装在低场侧限制器,在环向上共有两个阵列,可以同时工作在悬浮电位测量、离子饱和流测量和扫描单探针模式.当朗缪尔静电探针运行在离子饱和流测量模式时,需要为其提供稳定的偏压.本文采用大容量电容器为探针提供偏压,相比于其他磁约束聚变装置上使用的9 V干电池组,大容量电容器具有电压设置灵活、易于维护和环保等优点.为此,研发和测试了整套超级电容器的充放电控制电路.本文还基于Python语言开发了超级电容器充放电控制电路的控制软件,通过该软件可以实现对电路的远程控制和自动控制.经实验测试,电容器充放电控制电路可以在长脉冲放电条件下为探针输出稳定的偏压,适用于磁约束聚变的复杂电磁环境.通过将超级电容器充放电控制电路应用于EAST限制器探针诊断,测量了2.45 GHz和4.6 GHz两种低杂波加热条件下刮削层等离子体离子饱和流、悬浮电位、电子温度和密度等特征参数的三维分布,发现2.45 GHz低杂波加热时刮削层电子密度较高,而双波协同加热时刮削层电子密度最高.这一系列测试与物理实验充分验证了超级电容器充放电控制电路的可靠性和稳定性.     

基于耗损失效模型的金属化膜脉冲电容器可靠性评估

 高储能密度金属化膜脉冲电容器是惯性约束聚变装置的关键元器件，由于其“自愈”特性，在短时间内很难得到它的失效数据。通过分析电容器的失效机理，给出了金属化膜脉冲电容器的一个耗损失效模型，推导了该模型的失效概率密度函数和分布函数，并利用电容器的性能衰退数据对其进行了可靠性分析。所选的某型金属化膜脉冲电容器未知参数估计值为0.000 119 4和0.006 7，将该值代入失效分布函数和概率密度函数中，从而确定电容器的失效模型，由此模型求得该型电容器充放电10 000次的可靠度为0.988 5，预计寿命为23 461次充放电。在工程实践中使用该模型对该型电容器进行可靠性分析可节约大量的试验成本。     

例析与电容器有关的综合问题

电容器是电学中的一个重要元件，它具有贮能、充放电、隔直流通交流的特点，因此，以电容器为物理情景的练习题，知识跨度大，综合性强．本文就此作一归类例析，供同学们参考．     

RC 暂态电路实验的一个简易改进

采用市面上可购得的转接线，将模拟示波器所测 RC暂态电路实验中电容器上的电压信号直接传输到计算机声卡中，用免费音频处理软件Audacity显示该信号，并将其转化为文本格式，最后用微软的Excel软件处理信号数据，拟合出时间常量等参数，使学生对充放电过程有更准确的理解。结果表明，本实验方法对时间常量的测量可取得2％左右的相对误差。     

电容器充放电学生分组实验的探索

高中物理新课标新增学生必做实验“观察电容器的充、放电现象”,经过了解,目前高中学校几乎不做该学生分组实验.通过分析电容器充放电实验的设计和开设该学生实验的困难,利用已有的实验器材,开发适合中学生动手实验和观察的实验方案,为提高教师课堂效率做参考,落实提升学生的物理学科核心素养.     

运用微机系统研究电容器的暂态过程

运用微机系统分析电容器的暂态过程,进而全面了解电容器充放电的全过程。     

金属化膜脉冲电容器寿命特性

从热处理工艺、电极结构设计及工作场强等方面对电容器寿命性能加以分析与试验研究。结果表明:金属化膜电容器热处理温度的选择需要综合考虑膜的收缩以及电极厚度;对应不同方阻,热处理温度存在一个最优值,在该值下电容器可获得最佳的自愈性能,进而达到较长的工作寿命;在不同工作场强下,需权衡电极边缘局部放电以及膜中自愈产生的容量损失比例,优化电极结构。在电极结构、热处理工艺等参数优化设计的基础上,研制出的1.0 kJ/L电容器达到10 000次的大电流充放电寿命。     

加速退化试验下金属化膜脉冲电容器可靠性评估

 分析了金属化膜脉冲电容器的失效机理。根据金属化膜脉冲电容器加速退化数据,研究了其可靠性评价问题。基于疲劳失效的Birnbaum-Saunders模型,建立电容器失效分布函数。根据试验数据可求得该型电容器可靠性模型中参数估计值,并将该值代入失效分布函数即可确定电容器的失效模型,求得该型电容器充放电20 000次的可靠度为0.972 4。使用这种分析方式对金属化膜脉冲电容器进行可靠性分析将更能节省试验时间和费用。     

电化学制备钛网负载聚吡咯/石墨烯复合膜及其在超级电容器中的应用

通过电化学的方法在钛网上制备了聚吡咯与石墨烯的复合物薄膜,其过程是先在钛网上通过自组装干燥膜法附着上石墨烯氧化物膜,而后采用电化学还原的方法原位还原制备得到石墨烯膜,随后加入吡咯单体,再通过电化学聚合的方法在石墨烯的表面生长聚吡咯,得到的聚吡咯开始以颗粒的形式存在,而后随着聚合的进行得到了链状的聚吡咯.得到的复合膜有高的比表面积和导电性,可以作为电极活性材料用于超级电容器中提供赝电容,结果表明,复合膜作为电极材料的超级电容器拥有高的性能,比电容达400 F/g,并且电极的充放电稳定性高,5000次复合膜充放电循环后比电容还能保留82%,说明该材料适合于超级电容器.     

自制演示实验 突破教学难点

“电容器的充电和放电”是教学中一个重要内容,也是教学中的一个难点,学生感到抽象不好理解,老师感到难教,其原因主要是本节的“电容器充放电”演示(如图1)演示效果不佳:当开关S合向1端,或S由1端合向2端时,即给电容器C充电或放电的过程中,小灯泡D马上变亮,随后马上熄灭;电流表指针突然偏转到最大位置,然后,很快