实验二十  串联电路的暂态过程

电路的暂态过程就是当电源接通或断开后的“瞬间”，电路中的电流或电压非稳定的变化过程。电路中的暂态过程不可忽视，在瞬变时某些部分的电压或电流可能大于稳定状态时最大值的好几倍，出现过电压或过电流的现象，所以如果不预先考虑到暂态过程中的过渡现象，电路元件便有损伤甚至毁坏的危险。另一方面，通过暂态过程的研究，还可以从积极方面控制和利用过渡现象，如提高过渡的速度，可以获得高电压或者大电流等。

【实验目的】

1．研究串联电路的暂态特性。

    2．研究串联电路的暂态特性。

    3．加深、和各元件在电路中的作用。

【预习重点】

    1．电路、电路的暂态特性。

2．电阻、电容元件的功能。

3．示波器的原理和使用方法。

【实验原理】

1．串联电路

串联电路的暂态过程就是当电源接通或断开后的“瞬间”，电路中的电流或电压非稳定的变化过程。

将电阻和电容串联成如20-1所示的电路图，当与“1”接通时，其充电方程为：

                                                       （20.1）  

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精品实验项目调查表

实验项目名称： 实验项目名称： RC 串联电路过渡过程研究 填表人信息： 填表人信息：姓名 填表时间： 填表时间 20## 年 月 学号 日 专业

填 表说明： 填表说明： 请各位同学对于表格中的项目， 以下列五类态度进行评价， 并可在备注栏目中说明原因。 A 完全赞同 B 比较赞同 C 一般 D 部分不同意 E 完全不同意 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 调查内容 通过本实验的学习加深了对相关物理概念的理解。 实验讲义或资料对学习和了解实验内容充分，对我的学习很有帮助。 通过实验学习，实验测量和仪器使用等方面的动手能力有很大提高。 实验理论课和实验测量课中，教师的讲解和指导给我很大帮助。 实验教学手段新颖，适合开放性实验教学。 实验教学内容安排合理有序。 实验课程能有效调动我参与学习的兴趣和提高创新能力。 运用多媒体教学（如 Powerpoint）对讲解实验很有帮助。 实验仪器设备工作状况良好。 实验环境整洁良好。 通过实验学习，对物理及相关科学知识的学习兴趣增加。 态度 备注

对本实验项目的心得体会或建议：

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同济大学物理实验中心 普通物理实验室

计算机实时测量系列 -- RC 串联电路过渡过程研究 实验报告

姓名：

学号：

实验日期：

同济大学物理实验中心 普通物理实验室

实验报告书写说明

1. 实验报告可在本示例模板上根据个人对本实验的理解进行编辑整 理，添加或补充相关资料、数据和图片，并完成数据处理和分析 讨论； 2. 本文档统一用学号命名，例如 100000.doc； 3. 实验报告上交截止日期：完成实验后一周内； 4. 并请完成文档首页精品实验调查表的填写； 5. 提交方式：登陆同济大学物理实验中心网站 http://phylab.tongji.edu.cn， 点击我的课表中选做项目的项目 名称，进入该项目的管理界面；点击实验报告作业选项卡，将已 完成实验报告上传。

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RLC串联电路暂态特性

·实验目的

1.       熟悉数字示波器的使用方法；

2.       探究RC电路的暂态特性，并用相关图表直观表示；

3.       探究RLC电路的暂态特性，并熟悉RLC暂态电路的三种状态.

·实验原理

1.         数字示波器可以观察由信号发生器产生的波形.

2.         在由电阻R及电容C组成的直流串联电路中，暂态过程即是电容器的充放电过程.充电时；放电时，.其中，τ为时间常数，且.取对数作出相关图像拟合直线可以求得τ.

3.         在由电阻R、电容C及电感L组成的直流串联电路中，根据电阻R阻值的不同，暂态过程有三种状态，即：欠阻尼、临界阻尼和过阻尼.

·实验内容及步骤

 1.  依照电路图连接电路，在数字示波器上观察由信号发生器产生的波形.

 2.  连接RC电路，示波器触发方式选择“正常”，观察RC电路的暂态图像，储存并作数据分析.

 3.  连接RLC电路，?用R=10Ω的定值电阻，观察RC电路的暂态图像，储存并作数据分析；?用滑动变阻器，调节R阻值，观察RLC电路暂态的三种状态.

·实验记录

1.数字示波器的使用-相关图像

500Hz正弦：

500Hz三角：

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                         实验二十  RLC暂态过程的研究

一、实验原理

1．研究RC、RL、LC、RLC等电路的暂态过程；

2．理解时间常数t的概念及其测量方法。

二、实验仪器

THMJ-1型交流电路物理实验箱、双踪示波器。

三、实验原理

R、L、C组件的不同组合，可以构成RC、RL、LC和RLC电路，这些不同的电路对阶跃电压的响应是不同的，从而有一个从一种平衡态转变到另一种平衡态的过程，这个转变过程即为暂态过程。

（一）RC电路的暂态特性

图20-1 RC电路                       图20-2 RC电路的充放电曲线

在由电阻R及电容C组成的直流串联电路中，暂态过程即电容器的充放电过程，如图20-1所示，当开关K打向位置1时，电源对电容器C充电，直到其两端电压等于电源E，在充电过程中回路方程为

                                                   

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课       题   RC、RLC电路的暂态过程

教  学  目  的   1、观察RC电路的暂态过程，理解时间常数τ的意义。

2、观察RLC串联电路的暂态过程及其阻尼震荡规律。

重    难    点   1、观察RC电路的暂态过程，理解时间常数τ的意义；学会测量RC暂态过程半衰期的方法，并由此求出时间常数τ。

                 观察RLC串联电路的暂态过程及其阻尼震荡规律。

2、理解当L、C一定时，R值的不同导致RLC电路出现三种

不同的阻尼震荡的原因。

教  学  方  法   讲授与实验演示相结合。

学          时   3学时。

一．前言

RC串联电路与直流电源相接，当接通电源或断开电源的瞬间将形成电路充电或放电的瞬态变化过程，这瞬态变化快慢是由电路内各元件量值和特性决定的，描述瞬态变化快慢的特性参数就是放电电路的时间常数或半衰期。

本实验主要研究当方波电源加于RC串联电路时产生的RC瞬态放电曲线及用示波器测量电路半衰期的方法；同时还要了解方波电源加于RLC串联电路时产生的阻尼衰减震荡的特性及测量方法。

二．实验仪器

     FB318型RLC电路实验仪，双踪示波器。

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实验名称： RLC串联电路暂态特性的研究

一、引言：

RLC电路的暂态过程就是当电源接通或断开的瞬间(通常只有几个毫秒甚至几个微秒 )，电路中的电流或电压非稳定的变化过程，即形成电路充电或放电的瞬间变化过程。这瞬态变化快慢是由电路内各元件量值和特性决定的，描述瞬态变化快慢的特性参数就是放电电路的时间常量或半衰期。暂态过程研究牵涉到物理学的许多领域，在电子技术中得到广泛的应用。

二、实验目的：

1. 研究方波电源加于RC串联电路时产生的暂态放电曲线及用示波器测量电路半衰期的方法。

2. 了解当方波电源加于RLC电路时产生的阻尼衰减震荡的特性及测量方法。

三、实验原理：

1. RC串联电路

当电键合向“1”时，电源E通过R对电容C充电，直到电容两端电压等于E；在电容充电后，把电键合向“2”，电容C将通过R放电。

充电时：放电时：

初始条件：充电时    t=0，U_c=0；放电时    t=0，U_c=E。

 

放电时：

充电时：

其中。

 

2．RLC串联电路

当K与1接通时，电源E对电容器C充电，充到电容两端电压U_C等于E时，将K与2接通，则电容器在闭合的RLC回路放电 。

四、实验仪器：

RLC电路实验仪一套，存贮示波器

五、实验内容：

取不同参数的RC或RL组成电路，测量并描绘当时间常数小于或大于方波的半周期时的电容或电感上的波形，计算时间常数并与理论值比较。

选择不同RLC组成的电路，测量并描绘欠阻尼，临界阻尼，过阻尼时电容上的波形，计算时间常数并与理论值比较。

六、实验记录：

七、数据处理：

RC串联电路：

;

；

E=71.14%

RL串联电路：

；

；

E=30.74%

八、实验结果：

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  实  验  报  告

课程名称：­       大学物理实验（三）      

实验名称：    RLC暂态过程的研究        

学院：                                    

组号              指导教师：                          

报告人：          学号：                  

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