电容

1. 电容器的充电

1. 获取一个电容 C = 470 µF（或类似数值）的商用电容器、一个可编程电压源以及一个电流表（或能够测量电流的万用表）。
2. 将电压源设置为 0 V，用导线将电压源的“+”端连接至电容器的一个端子，电流表串联在两者之间；再将电压源的“−”端连接至电容器的另一个端子，如图1所示。可通过带夹子的导线或香蕉插头插入电容器和仪器上的对应接口完成连接。
3. 将电压源从 0 V 切换至 1 V（约 1 秒内完成），观察电流表上出现的瞬态电流读数。对 2 V、5 V 和 10 V 重复相同操作（每次均需先回到 0 V，再约 1 秒内切换至目标电压）。注意，瞬态电流随目标电压升高而增大，这与公式2的预期一致。
4. 编程设置电压源，使其在 5 秒内从 0 V 线性升至 10 V，记录电压斜坡中段期间电流表的“稳态”读数。重复实验，分别采用 10 秒、20 秒和 30 秒的斜坡时间。绘制观测电流与电压变化速率（单位：V/s）的关系图。

2. 调整电容

1. 关闭电源，将其更换为一个 300 V 的电池，并将电流表替换为一个 1 MΩ 的电阻（该电阻的作用是提供额外保护，以限制电路中的电流）；同时将商用电容器更换为一个可调节极板间距的平行板电容器。
2. 获取一个高阻抗电压表（或“静电计”），并将其连接以测量两极板之间的电压差 V（高阻抗可防止在连接静电计时电容器在实验过程中发生放电）。参见 图5。
3. 将 300 V 电池连接至平行板电容器，等待静电计读数达到 300 V 的稳定状态（此时电容器已被 300 V 电源完全充电），然后迅速将电源从极板上断开。参见 图6。此时静电计读数应仍为 300 V。
4. 现在将极板间距 d 增大至较大的数值，例如 15 mm、10 mm 和 5 mm，观察并记录静电计上相应的电压读数（V）；绘制 V 随 d 变化的曲线。
5. 将 d 恢复至约 20 mm，将一块塑料板插入两极板之间，观察静电计读数 V 的变化。此时极板间电压 V 的降低（在此情况下电荷 Q 保持不变）是由于电容器介质由空气变为塑料后，介电常数 ε 增大所致（参见 公式1和公式3）。

3. 并联与串联电容

1. 准备一个电容表（“LCR 电桥”或具有电容测量模式的万用表）；准备一个面包板，以便在此实验部分中方便地进行电气连接。
2. 获取两个标称电容为 1 µF 的商用“陶瓷”电容器，并使用电容表测量其电容值，如图 2所示。
3. 将两个电容器并联连接，并使用电容表测量总电容（在 A 点和 B 点之间，见图 3）。
4. 将两个电容器串联连接，并使用电容表测量总电容（在 A 点和 B 点之间，见图 4）。

图 3：两个电容器并联连接的示意图。

图4：显示两个电容器串联连接的示意图。

图5：使用电压源对电容器充电，并通过静电计读取电压的示意图。

图6：在快速断开 图5 中的电压源后，电容器上的电压和电荷应保持不变。