rlc串联电路的暂态过程教案

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1、温州大学RLC串联电路的暂态过程物理与电子信息工程学院课程名称.学时教材.授课教师普通物理实验（三）大学基础物理罗海里授课对象11物本2012年10月授课时间：具体见运行表格。授课类型：实验课授课题目：RLC串联电路的暂态过程本授课单元教学目标：1.研究/?C、串联电路的暂态特性。2.利用示波器来记录和显示图像。3.加深对/?、L和C各元件在电路中的作用的认识。本授课单元教学重点和难点：重占1./?c串联电路的暂态过程的特性；2.欠阻尼状态过程的串联电路的暂态特性。难点：1.三种阻尼状态的特征和条件

2、的分析。2.数据的记录和作图分析。3.示波器的操作。本授课单元教学过程设计：实验理论指导采用黑板板书和幻灯片或PPT媒体教学等相结合。黑板板书主要列数据的记录和处理以及注意事项。本单元分3课时完成：1.课前预习报告检查和座位安排：10-20分钟（提前进行i2.理论指导：20~30分钟：3.学生实验及指导:115-125分钟。理论指导：0-5nhn:实验背景、实验目的、实验仪器介绍。板书知识点如下：（一）实验背景（幻灯片）1.电路暂态过程就是电源接通或断开"瞬间"，电路中的电流或电压非稳定的变化过程。

3、2.电路必须预先考虑到暂态过程中的过渡现象，3.暂态过程可以从积极方面控制和利用，如提高过渡速度，可获得高电压或大电流等。（二）实验目的（幻灯片）1.研究/?C串联电路的暂态特性。2.研究串联电路的暂态特性。3.加深/?、L和C各元件在电路中的作用。（三）实验仪器（幻灯片）双踪示波器、信号发生器、万用表、电容器、电感器、电阻箱等。S10nhn:实验原理的讲解:板书主要知识点：（四）实验原理（幻灯片）1.7?C串联电路暂态过程将电阻和电容c串联成如201所示的电路图，当尺与"r接通时，其充电方程为：i

4、R^=E（20.1）C或写成r^-+±=e（20.2）dtCE图20-1/?C串联电路的暂态过程示意图上述方程的初始条件是q(o)=o,因此可以解出式(20.2)的解q=Q^-e~t,T)(20.3)式中r(RC)称为串联电路的时间常数，单位为秒;QC=EC)为电容器C端电压为£时所贮藏的电荷量大小，单位为库仑；

5、0"接通时，放电方程为：R^-+—q=Q(20.6)dtC根据初始条件^(0)=Q=EC,可以得到Uc=Ee~tlT(20.8)UR=-Ee~t,T(20.9)由上述公式可知，,(4和都按指数变化，r值越大，则变化越慢，即电容的充电或放电越慢。图202给出了不同7■值的％变化情况，其中S

6、^+(^=0,即z7?+L#+(^=0。由于atdq二cdUcdtdt(20.10)-»=0yww初始条件为r=0,^^=£和clUdt0,这样方程的解可以w—图20-3/?£C串联电路的暂态过程分为以下三种情况：(1)当/?<2、/^时，为欠阻尼状态。式(20.10)的解为EeT.sin⑽+p)(20.11)R2其中r=o4L当〜时，这时r值很大，振幅的衰减很慢，阻尼振动接近于LC电路的自由振荡，此时0)^(0,=-^。(2)当/?〉2芯^时,为过阻尼状态，不再出现振荡状态，式(20.10)的解

7、为•EeT•ch(M+(p)(20.12)(3)当/?=时,为临界阻尼状态，式(20.10)的解为U=(+-)E-eT(20.13)T图204为上述3种情况下的％变化曲线，其中1为欠阻尼，2为过阻尼，3为临界阻尼。图204/?LC串联电路放电时的t/e曲线示意图对于充电过程，与放电过程类似，只是初始条件和最后平衡的位置不同。5nin:实验内容讲解：板书主要知识点：(五)实验内容(幻灯片显示主要大标题)1.RC串联电路暂态过程的观测参照图20-5的电路图，S为示波器，F为方波信号发生器，用来代替图2

8、0-1中的直流电源和开关尺。如图20-6所示，方波信号在0到（时间内，以恒定电压（7加在/?C电路两端，这时电容在充电，而在到~时间内，输出电压降到零，相当于放电过程。在此实验中，用示波器观测电容器的周期性充放电过程，显示出电容两端的电压变化规律。20-6方波信号和充放电示意（1）取/=500Hz,C=（）.l/zFrR=500Qo选用合适的示波器扫描速率档位和衰减档位，完整地显示暂态过程。（2）改变/?（参考值/?=1000Q和/?=2000Q）或者C值，观测的变化