1、实验实验 放电放电法测高阻法测高阻 一、一、 实验目的实验目的(1) 掌握RC放电的规律。 (2) 了解冲击电流计的使用方法。 二、二、 实验仪器实验仪器冲击电流计、电容箱、待测高值电阻、直流电源和放电开关等。 三、三、 实验原理实验原理1. 放电法测高阻放电法测高阻放电法测高阻是将待测高阻与已知电容组成回路,在电容放电时测量电容上的电量(或电压)随时间的变化关系,从而确定高阻的阻值。如图3-24-1是RC放电原理图。 当开关S扳向A时,电源E给电容C充电,当开关S由A扳向B时,电容C通过电阻R放电。设放电时间为t,则在t时刻电容C上的电量Q、电压U和RC回路中的电流I之间满足以下关系： CU
2、Q RIU tQIdd图 3-24-1 RC放电原理图设初始条件为t=0时, Q=Q0, 则电容上电量随时间的关系: RCqtQdd即 RCteQQ0(3 - 24 - 1) 式中,RC称为时间常数,一般用表示。其物理意义为当t=RC时, 电容上的电量由t=0 时的Q0下降到0.368Q0,它决定放电过程的快慢。时间常数越大, 放电越慢; 反之,越小, 放电越快。当t=5=5RC时,Q=0.005Q0,可以认为放电基本结束。对上式取自然对数, 有 0lnlnQRCtQ(3 - 24 - 2) 2. 2. 用冲击电流计测电量用冲击电流计测电量在本实验中, 用冲击电流计测出不同时刻电容器上的电量,
3、 以此来研究电量的变化规律。通过对RC电路放电规律的研究, 可以测定R的阻值, 测量电路如图3 - 24 - 2所示。 图 3 - 24 - 2 冲击法测高阻电路图 图中的G为冲击电流计,用来测量脉冲电流所迁移过的电量。 由于通过冲击电流计的电量Q与冲击电流计光标的第一次最大偏转距离d成正比(Qd), 因此,式(3-24-1)、式(3-24-2)可改写为 RCtedd0(3-24-3) 0lnlndRCtd(3-24-4)式中,d0、d分别表示当t=0、t=t时, 电流计光标的第一次最大偏转距离。以t为自变量, d为因变量, 作如图3 - 24 - 3所示的dt曲线。 从曲线上找到d=d0/e
4、的点, 该点所对应的t值应等于。因=RC, 而C已知, 即可求出R值。 也可根据式(3 - 24 - 4)作lndt曲线图, 由于lnd与t成线性关系, 所以曲线为一直线, 如图3-24-4所示, 其直线的斜率为, 由此也可求出R值。 RC1图 3-24-3 dt曲线图 3-24-4 lndt曲线 由于电容器绝缘不太理想及各种漏电因素, 即使去掉被测高阻Rx, 电容器也要放电,这就相当于有一个漏电阻。这个漏电阻等效于一个超高阻R0和电容C并联。我们所测得的R,实际上是待测电阻Rx和漏电阻R0的并联。即有 0111RRRx所以 01RRRRx(3 - 24 - 5) 四、四、 实验内容实验内容(
5、1) 按图3-24-2连接线路。接通电流计的照明灯电源, 在标尺下方的反射镜中找到光标,调节标尺,使光标指向零点。 (2) 根据待测电阻Rx选择电容C值, 使放电时间常数RC约为20s。 (3) 接通电源开关S1,调节R1逐渐加大充电电压, 使电容器充电后S2由A端扳向B端时,电流计光标有1520cm的偏转。 R1一旦调好后, 在整个实验中保持不变。 (4)将S2扳向A端, 使电容器充电。 然后将S2与A端断开, 停在中间位置, 同时按下秒表计时。当秒表到达放电时间t时, S2与B端接通, 读出冲击电流计光标的第一次最大偏转读数d。放电时间t选取: 0s、5s、10s、15s、20s、25s、
6、30s、40s、50 s、60 s。 (5) 由于冲击电流计工作在开路状态下,应利用阻尼开关S3使光标迅速停在零点。 (6) 测漏电阻R0。 去掉待测电阻Rx,不改变电路其他参数,测放电时间t=3、5、10、15、20、25、30s时, 电流计光标的偏转d。 五、五、 数据处理数据处理将不同t时刻的d和lnd值记入表3 - 24 - 1中。 表表 3 - 24 - 1 测量数据记录表测量数据记录表 t(s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 60 d(cm) lnd 分别作有Rx和无Rx时, 两次放电的lndt曲线图,并由斜率求出R和R0, 由式(3 - 24 - 5)计算出Rx 。 六、六、 注意事项注意事项(1) 放电过程中不许用手接触任何导体部分，防止通过人体放电。(2) 所有放电过程均应从相同的Q0点开始，且必须保证充电电压不变。(3) 冲击电流计的零点必须稳定，否则光标的摆动会使d测量不准。(4) 冲击电流计采用动态读数， 注意力应高度集中，估读到毫米位即可。七、七、 问题讨论问题讨论(1) 用RC放电法测电阻时, 应如何选择电容C值？(2) 由lndt曲线和dt曲线都可以求出R值, 哪种方法更好些？ 为什么？
