演示约定:固定电源 U=12 V、时间常数 RC=2 s,初始电压为 0。令充电时间 t(U=12 V,RC=2 s)=2 s,计算 U𝒸=12(1−e⁻ᵗ/²),得到电容电压 U𝒸=7.585 V。一个时间常数后达到约 63.2%,五个时间常数后非常接近电源电压。
公式、图像和实验参数马上就绪。
公式、图像和实验参数马上就绪。
改变“充电时间 t(U=12 V,RC=2 s)”时,电容电压 U𝒸会怎样变化?
电容刚开始充电最快,随后因电压差减小而逐渐接近电源电压。 在交互演示中,纵轴严格表示“电容电压 U𝒸”,不再使用没有物理或数学含义的响应百分比。
先辨认公式中的量:U𝒸:电容电压;U:电源电压;R、C:电阻和电容;RC:时间常数。先确定题目要求的是哪一个量,再决定是否需要移项或换算单位。
本页只改变“充电时间 t(U=12 V,RC=2 s)”,其余量采用明确的演示约定:固定电源 U=12 V、时间常数 RC=2 s,初始电压为 0。这样曲线上的变化只来自一个变量。
按通式 U𝒸=U(1−e⁻ᵗ/ᴿᶜ) 建立计算关系。当前模型的实际计算是:计算 U𝒸=12(1−e⁻ᵗ/²)。
一个时间常数后达到约 63.2%,五个时间常数后非常接近电源电压。 数据曲线展示的是这一真实计算结果,动画中的当前点也取自同一结果。
最后检查适用边界:理想直流阶跃、电阻电容恒定,电容初始未充电。 若输入触及无定义点,界面会明确显示“无有效结果”,曲线也会在该处断开。
演示约定:固定电源 U=12 V、时间常数 RC=2 s,初始电压为 0。令充电时间 t(U=12 V,RC=2 s)=2 s,计算 U𝒸=12(1−e⁻ᵗ/²),得到电容电压 U𝒸=7.585 V。一个时间常数后达到约 63.2%,五个时间常数后非常接近电源电压。
理想直流阶跃、电阻电容恒定,电容初始未充电。
固定电源 U=12 V、时间常数 RC=2 s,初始电压为 0
读图时先看横轴“充电时间 t(U=12 V,RC=2 s)”,再看纵轴“电容电压 U𝒸”。演示中固定的量只是为了形成一条可比较曲线,不是通式额外增加的普遍条件。
调节“充电时间 t(U=12 V,RC=2 s)”,在“固定电源 U=12 V、时间常数 RC=2 s,初始电压为 0”的约定下,用真实计算曲线和变量关系理解 U𝒸=U(1−e⁻ᵗ/ᴿᶜ)。
调节“充电时间 t(U=12 V,RC=2 s)”,在“固定电源 U=12 V、时间常数 RC=2 s,初始电压为 0”的约定下,用真实计算曲线和变量关系理解 U𝒸=U(1−e⁻ᵗ/ᴿᶜ)。
当前输入为 2 s,实时结果为 7.585 V。
再比较最小、基准、最大三个值,并用适用条件排除无意义输入。