单刀双掷开关使同一只电阻接入充电和放电回路。电压表并接电容器，电流表串联；电压时间图与秒表同步记录仿真时间。
学习目标
- 说明充电与放电时电流方向及大小的变化
- 用达到最终电压 63.2% 的时间估测 RC
- 通过控制变量比较电阻和电容对暂态的影响
实验器材
- 6 V 电源
- 200 Ω 电阻
- 0.010 F 电容器
- 单刀双掷开关
- 0–10 V 电压表
- 0–0.1 A 电流表
- 秒表与电压时间图
实验准备
- 电容初始电压为 0，开关断开且接通档位为 1。开始前确认“由几何计算电容”关闭，电容 C = 0.010 F。
- 选择开关后可在属性中修改“闭合”和接通的掷端。第 1 掷连电源，第 2 掷与负极相连，放电仍经过 200 Ω 电阻。
操作步骤
记录充电过程
点击“开始”，在第 1 掷闭合开关，记录秒表时刻 t₀。观察电容电压升高、充电电流减小；从图像读取 Δt = 2、4、6 s 时的电压，Δt 为当前时刻减 t₀。
测量时间常量
找到电压第一次达到 6×0.632 ≈ 3.79 V 的时刻，与 t₀ 相减，比较结果与 RC = 200×0.010 = 2 s。约 10 s 后电压接近 6 V。
测量放电过程
记下切换前电压 U₀，在运行中把开关由第 1 掷切到第 2 掷，保持闭合并记时。观察电流反向；用 Uc/U₀ 比较切换后 2、4、6 s 的电压。
检验断路保留电荷
再次充电数秒后取消“闭合”。保持仿真继续，观察电压是否保持，再闭合第 2 掷让其放电。理想断路与通过电阻放电的条件不同。
控制变量比较
点击“重置”，保持 C = 0.010 F，将 R 改为 100 Ω、400 Ω，分别复测达到 3.79 V 的时间。重新载入本实验恢复初始状态后，保持 R = 200 Ω，把 C 改为 0.020 F，复测并比较；每次从未充电状态开始。
观察与记录
- 建议记录：R、C、过程、切换时刻 t₀、Δt、Uc、I、Uc/U₀ 或 Uc/6 V。图上读到的是累计仿真时间，需要减去每段起点。
- 研究 R 时保持 C 和电源不变；研究 C 时保持 R 和电源不变。电容的初始电压也必须一致。
预期结果
- 基准 τ = 2 s。充电后 2、4、6 s 的 Uc 约为 3.79、5.19、5.70 V；电流初值约 0.030 A，随时间减小。
- 放电后 2、4、6 s 的 Uc/U₀ 约为 0.368、0.135、0.050，电流方向与充电相反。R = 100、400 Ω 时 τ 为 1、4 s；C 加倍时 τ 也加倍，最终充电电压仍为 6 V。
课堂讨论
- 充电接近完成时，电流为什么接近零而电压不为零？
- 断开全部回路与切到放电档有什么不同？
- 电阻加倍或电容加倍，对最终电压和时间常量各有何影响？
模型与适用范围
- 采用理想电容、理想电表和零内阻电源；忽略漏电、等效串联电阻、介质吸收。理想断路后的电压保持不代表真实电容永不漏电。
- 曲线由有限步长积分得到；读图和切换时刻会产生误差。用 0.02 V 与约 0.02 s 量级核对基准值，不把最后数位当作实验精度。放电读数的负号表示电流方向。