电容器充电过程为何发生半能损失现象-论文.pdf

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1、2014年5月Vo1．32No．09中学物理电容器充电过程为何发生半能损失现象郑金(凌源市职教中心辽宁朝阳122500)在RC充电电路和RL充电电路中，B口在恒压电源使储能兀(3)由能量守恒定律司知电源输出的能量为件的电压或电流由零增加到同压或同流的过程中，直流电阻损=AE+Wc=qUc=c．失的电能即焦耳热等于总能量的一半，称为“半能”损失现象．可见在电容器充电的整个过程中，电源输出的能量一半储为什么会发生“半能”损失现象呢?下面以RC直流电路充电过存在电容器中，另一半在电阻上产生焦耳热．出现了“半能”损程为例进行分析．失现象．无论电路中的电阻

2、和电容怎样改变，电容器储存的电问题如图1所示，用电动势为E的能与电阻消耗的电能总是各占电源提供电能的一半，这是为什电池给电容器充电，已知电容为C，电路中+广]么呢?的直流等效电阻为R，求：(1)电容器储存—-．—I-Ec二：因为无论电阻和电容的量值怎样改变，电容器充电结束的电场能为多少?(2)电阻消耗的焦耳热l一_J后，电容器的端电压都等于电源的电动势；再者，电容器的正负为多少?(3)电源输出的能量为多少?I极板总是带有等量异号电荷，电荷集中在正、负极板上，此时电分析(1)当电路达到平衡时，电容器两端的电势差达到容器可看成独立的带电系统，电荷间的

3、相互作用能即静电能等最大值为Ucm：E，此时电荷量为g：CE，由于电容器两端的于电荷量与电势差乘积的一半；而电源搬运的电荷量与电容器电势差Uc苦随电荷量线性增大，因此储存的静电能为供能量的一半，另一半消耗在电路中，而且焦耳热也与电阻的：g=如E=÷c．大小票蔷用焦耳定律来计算电阻消耗的电能即焦耳热．如果(2)可从移动电荷做功的角度来计算电阻消耗的焦耳热．电路中的直流电阻为R，则充电过程为瞬态过程，电容器中增的由电荷喜量嚣即电容雯器所暑带的蓍电量为q=CE，但电荷不是在恒定茎电腿。⋯荷⋯量为。一c“⋯测⋯充电⋯电流⋯为=dtGdt雕。⋯尔霍’压下移

4、动，开始电压为肋=E，稳态时电压为“=0，即在充夫电压定律列出回路电压方程为E=lZC+iR，可得电过程中电阻两端的电势差U=E—UcE一号n是随充电量E=“cRCdur·q而线性变化的，从E逐渐减小到零，因此电势差对电荷量的平这是关于u。的一阶常系数线性微分方程．其中电压稳态均值为值为=E，时间常数为=RC，而电压初始值为零，所以电=一=詈，襁．所以电场力移动电荷所做的功为W：g：—c．电阻两端端电压随时问的变化规律为=E-uC或者根据回路的电势差即电阻两端的电差=跟电电容器和电uR阻两端电压示．流成正比，则电势差对电流的平均值为u等挪么电场力

5、移电阻中的电流为：：导一．动电荷的功率为P=m，所以电流做的功为充电完毕时：0，则历时问为￡一．所以回路中=qU=-~-CE·产生的焦耳热即移动电荷损失的电能为，r2r*2‘因此在电阻上消耗的电能即焦耳热为AE=W=÷．△EJ。i~RdtJ。山●摩擦力的大小与什么因素有关?开发教材．第二，教师要有主见，不能淹没于资源的海洋之中．设问5滑动摩擦力的大小与相对速度有关吗?稍为慢一在教材“校本化”的过程中，我们往往会获得许多教学的资源．点摇动摇手，白纸筒转动，木块相对地面静止不动，读出弹簧秤面对丰富的资源，教师要放出眼光，抓住重点，择取精要，有序的读数

6、．再稍微快一点摇动摇手，白纸筒转动，木块相对地面静组织．否则，眉毛胡子一把抓，将于与学无补．止不动，读出弹簧秤的读数．比较两种情况下，弹簧秤读数的大5结论小，思考滑动摩擦力的大小与相对速度的大小是否相关．通过教材的“校本化”，能实现三个转变：第一，教材成为学4注意点生易学、乐学的学材，教材变得更有利于学生的意义建构；第教材“校本化”过程中，需要注意两点事项．第一，在教材二，学生的想法成为教材“校本化”的重要资源，教材也因此闪“校本化”的过程中，教师要多倾听学生的声音，根据学生的需耀出生命的活力；第三，教师的教学变得更有针对性，教学的内要来开发教材

7、，绝不能不顾学生的需要仅凭教师个人的理解来容、方式更加适合学生的心理需求．·44·中学物理Vo1．32No．092014年5月势差即刻等于电源电动势，即Uc=E，那么电容器的静电能即刻达到==如=丢，能量发生了突变，没有经历积累过程，因此是错误的．由于暂态电路中的电容器等效于匀强磁场中电阻为零、质图2图3量为m=Bzc、初速度为=的滑杆，而电容器充电过程AE=÷二cJIe-Xdx=÷CE2．为瞬态过程，因此电容器可用等效o二滑杆来代替，其等效质量为m=××××××由于电功即焦耳热的多少取决于电路的外电压即电阻两12C一v0口．电源也可由匀速运动的

8、滑K××××××端的电势差U，而电势差U等于电源电动势E与电容器的之杆来代替，其运动速度为。=面E差，因此电路损失的电能与电阻的大小无关