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.     

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。     

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。     

关于“电容器的电容”教学课后课的实践

就影响电容器储能的因素等问题引导学生开展了课后实验探究.     

电容器充放电实验演示仪

普通高中课程标准实验教科书《物理·选修3—1》,第一章第八节电容器的电容中电容器的充放电是难点．电容器的充电、放电过程是短暂的,不容易捕捉和观察．但是充放电过程本身又包含了电容器的工作原理,所以在课堂中有必要对电容器的充放电过程进行放大,从而加深学生对电容器工作原理的认识．为此笔者制作了一套多功能电容器充放电演示仪,教学效果较好．     

感受电容器的充电和放电

如图1所示，G为J0401型演示电表的G挡，并联电阻R1=300Ω，对电表起阻尼作用，避免因表针的固有振动造成假象，串联电阻R2=5kΩ，做限流保护用，C为200μF电解电容器，原来不带电，当单刀双掷开关K与b点接通的瞬间，G指针偏转。     

电容器充电时间的探讨

在现行高等学校普通物理实验教材中,绝大多数都有"用冲击电流计测电容和高阻"实验.用电容器漏电法测高阻,是利用给电容器充电后通过高阻漏电,在漏电开始后的某一时刻t,把电容器剩余的电荷量,通过冲击电流计放电,以测出t时电容两端的电荷量对应的dt值.从而根据一系列(t,dt)作出Qt-t图线,求出t值,最后计算出Rx=t/C(作图法处理数据).     

利用传感器研究电容器的充电和放电

DISLab新型数字化实验系统是由“传感器＋数据采集器＋实验软件包＋计算机”构成的．数字化实验系统是信息技术与传统实验课程整合的重要载体．基于传感器的计算机实时数据采集和基于计算机数据处理软件的计算机建模和图像分析等技术是开展现代化中学物理探究教学的两大技术支撑,     

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．     

J-TEXT加热场电容器组恒流充电电源设计

分析了实际串联谐振电容充电电源的充电特性,提出通过设置两个电流档位,闭环调节PWM开关频率,实现了对多组电容器组恒流充电。设计了最大输出电流为6.5A,最大输出电压为2000V的电容充电电源。测试结果表明,该电源可以在1分钟内将四组电容器组同时充至2000V以内不同的任意电压,充电精度小于1%,能够满足J-TEXT加热场电源运行需求。     

电容器充放电演示仪的创新设计及实验演示

针对"电容器的电容"演示实验的现状,设计了电容器充放电演示仪,该教具可演示电容器充放电过程、定性演示电容大小与储电能力的关系、电磁炮趣味拓展实验,结合具体的教学过程能增强学生对电容器知识的理解,优化课堂教学,还能有效促进学生实践科学探究学习活动,发展学生的创造性思维.     

电容器特性组合演示仪

第一，课本原有的充放电电路如图1所示，如用这个电路演示充放电过程，没有任何可以观察到的实验现象，因此难以令学生信服，何时充电、放电也无法得知．     

高功率密度电容器充电电源

针对高压脉冲电容器充电电源高功率小型化的发展需求,采用谐振软开关技术和热设计技术研制了开关频率为50 kHz的充电电源,要求在电源10 kV的额定输出电压下充电速率达到20 kJ/s（额定输出电压下峰值功率40 kW）,功率密度达到2 MW/m3。分析了分布参数的存在对高频逆变器工作特性的影响,介绍了针对不同分布参数影响的应对措施。初步试验研究了间歇工况下高功率小型化电源热设计技术,基于电源间歇工作特点,结合不同电源组件发热特性,设计了不同的散热措施,给出了各器件的温升数据。完成了充电电源性能测试实验,实验结果表明:电源功率密度达到2.15 MW/m3。     

高功率密度电容器充电电源

针对高压脉冲电容器充电电源高功率小型化的发展需求,采用谐振软开关技术和热设计技术研制了开关频率为50 kHz的充电电源,要求在电源10 kV的额定输出电压下充电速率达到20 kJ/s（额定输出电压下峰值功率40 kW）,功率密度达到2 MW/m3。分析了分布参数的存在对高频逆变器工作特性的影响,介绍了针对不同分布参数影响的应对措施。初步试验研究了间歇工况下高功率小型化电源热设计技术,基于电源间歇工作特点,结合不同电源组件发热特性,设计了不同的散热措施,给出了各器件的温升数据。完成了充电电源性能测试实验,实验结果表明:电源功率密度达到2.15 MW/m3。     

基于混杂自动机的电容器充电电源建模方法

针对串联谐振电容器充电电源具有高阶、多模态、强非线性的特点,提出了一种基于混杂自动机的建模方法,该方法通过描述系统的连续时间变量和离散状态变量之间的关系来展现系统的混杂特性。基于该方法建立了系统的混杂自动机模型,并提出了一种基于上述模型的分段线性充电控制策略,通过搭建仿真模型验证了该模型和控制策略的有效性。     

电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程

从T模型等效电路出发,在等效电路中磁化电感两端的电压在形成线等效电容充电到第一个峰值之前变化较小这一假设之下,推导了电容器通过变压器对脉冲形成线充电的解析表达式,给出了考虑回路存在电阻和杂散电感下的表达式。最后利用电路模拟来验证解析表达式,结果表明:给出的解析表达式能够较好地分析电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程;在形成线充电的第一个半周期内,解析理论得到的结果与模拟结果比较吻合,在原边电容和形成线等效电容可比较的情况下,从变压器耦合系数较低（不超过0.7）到耦合系数接近于1的情况都适用。     

电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程

从T模型等效电路出发,在等效电路中磁化电感两端的电压在形成线等效电容充电到第一个峰值之前变化较小这一假设之下,推导了电容器通过变压器对脉冲形成线充电的解析表达式,给出了考虑回路存在电阻和杂散电感下的表达式。最后利用电路模拟来验证解析表达式,结果表明:给出的解析表达式能够较好地分析电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程;在形成线充电的第一个半周期内,解析理论得到的结果与模拟结果比较吻合,在原边电容和形成线等效电容可比较的情况下,从变压器耦合系数较低（不超过0.7）到耦合系数接近于1的情况都适用。     

应用于脉冲功率系统的高储能密度电容器

介绍了现有技术条件下脉冲电容器的各种性能参数及其测试方法,包括储能密度、寿命、保压性能、绝缘电阻等;同时介绍了元件的主要分析测试手段,如大电测试、保压测试等,并研究了后处理工艺、介质系统优化和绝缘系统优化对电容器性能的影响。在此基础上,面向不同应用条件如大电流放电、长寿命、真空环境等,对高储能密度脉冲电容器进行研究,并给出相应的性能参数、限制条件和发展前景。研究结果表明：50 kV/20 F的电容器,可实现120 kA/80 s的大电流输出,并通过-50~60 ℃的高低温考核;基于绝缘系统优化的浸渍型脉冲电容器,充放电寿命为干式结构的2~3倍,储能密度为2.0 kJ/L时,寿命大于1 000次,储能密度为1.3 kJ/L时,寿命大于10 000次;1.4 kJ/L高储能密度电容器,可以工作在气压小于10-3 Pa的真空条件下,输出电流达100 kA。