电容器充放电及RC暂态过程教学体会

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摘 要：本文围绕电容器充放电及rc暂态过程课程的教学实施，从四个方面探讨了如何提升教学效果、实现教学目标。

关键词：电容器充放电及RC暂态过程 教学 体会

电容器在电工和电子技术中应用很广泛，其具有储存电场能量的性质，体现为充放电性质。了解电容器的充放电过程及其规律，对熟悉和掌握含有电容器的电路具有重要意义。而暂态过程是学生新接触到的一个概念，讨论和掌握RC暂态过程的特点，也成为这部分教学内容的难点之一。

一、紧紧围绕实验，注意培养学生的观察、分析能力

在教材中，先介绍了电容器充放电的演示实验，其实验电路如图1所示。

图1 电容器充放电电路

在讲授时，笔者先把每个实验的元件写在黑板上，然后写出观察现象的时间段、条件。

元件：E1 R1 PA1 PV C HL PA2 R2

条件：（1）S合到1位置的瞬间。

待观察 实际现象

HL1的亮度 由亮逐渐变暗

PA1读数变化 由某一数值I逐渐减小到0

PV读数变化 由0逐渐增大到UC≈E

条件：（2）S合到2位置的瞬间。

待观察 实际现象

HL的亮度 由亮逐渐变暗

PA2读数变化 由某一数值I逐渐减小到0

PV读数变化 由某一数值逐渐减小到0

同时，笔者要求学生仔细观察表读数的变化过程，重点强调变化过程。通过实际观察到的现象，让学生认识到电容器的充放电确实是一个过程，不是突变的，而是渐变的，为讲解暂态过程及对时间常数的理解打下了认识的基础。

为什么电容器在充电过程中，电流会由大变小最后降为零，而电压却由零逐渐增大，并经过一段时间近似等于电源电压呢？这是由于开关置于“1”位置时，电容器两极板间的电压为0，与电源正极间存在着较大的电位差，所以开始充电时电流最大，灯泡也最亮。随着充电的进行，电容器两极板间的电压逐渐上升，与电源正极间的电位差随之减小，充电电流越来越小，当电容器A极板上的电压与电源正极的点位相等时电流为0，此时UC≈E，充电过程结束。在这个过程中，虽然时间很短，但确实有一个过程，这个过程持续的时间就是时间常数τ。

而放电时，在电容器两极板间的电场力的作用下，B极板的负电荷不断与A极板的正电荷中和，因此电容器上的电压不断下降，一段时间后完全中和，UC≈0，此时放电结束。

二、合理安排内容的先后次序

在分析完实验现象的成因后，结合充放电，笔者马上讲解了电容器中的电流。这是由于两极板上电量的变化，电路中出现了电流，i=δQ/δt，最后推出i=Cδu/δt，电流与电压对时间的变化率成正比，结合充放电过程来理解较容易。而这部分内容书上是安排在电容器的特点之后讲解的。经笔者这样改动之后，学生对电容器的隔直通交的特点理解得更容易。

三、注意有机联系，讲解RC电路的暂态过程

有了电容器充放电过程的基础知识，学生对RC电路的暂态过程理解起来较为容易，很容易突破这一学习难点。所谓暂态，就是一个短暂的中间状态。这个过程持续的时间长短与电路的参数有关，用时间常数这个量来表示，具体的数量关系为τ=RC，一般认为经过（3～5）τ的时间，暂态过程结束。

四、利用图像，让学生进一步理解暂态过程中电流、电压的变化特点

教师讲解此部分内容时，结合充放电的i-t、u-t曲线，如图2所示。

图2 电容器充电电压、电流曲线

图3 电容器放电电压、电流曲线

从图像上看，充、放电曲线无限接近时间轴，经过无限长的时间后i=0、u=0，但是经过（3～5）τ的时间就可以基本完成，以后的变化很小，因此一般认为经过（3～5）τ的时间，暂态过程结束，如图3所示。并且充电和放电的时间常数可能是不同的。

总之，通过这样的教学安排，学生们对这部分内容的学习产生了浓厚的兴趣，笔者也较容易突破教学难点。同时在教学中教师要引导学生注意观察、分析，培养学生养成实事求是的科学态度，对学生以后的学习、工作会有所帮助，从而达到教书育人的目的。

（作者单位：丹东市技师学院）