1、物理奥赛实验辅导 朱林彦朱林彦1 实验竞赛的基本知识实验竞赛的基本知识 物理竞赛考题是物理竞赛考题是“基基于教材、高于教材于教材、高于教材”，“题在书外、理在书中题在书外、理在书中”，要求同学们把所学到的物要求同学们把所学到的物理知识灵活应用。理知识灵活应用。1.1 物理实验竞赛的基本要求：物理实验竞赛的基本要求：实验前：实验前：明确实验要求，了解仪器性能；明确实验要求，了解仪器性能；设计实验方案，掌握注意事项；设计实验方案，掌握注意事项；想好操作步骤，设计记录表格想好操作步骤，设计记录表格。实验中：实验中：仔细调节实验装置，正确使用实验仪器；仔细调节实验装置，正确使用实验仪器；保证满足实验条
2、件，培养良好实验习惯；保证满足实验条件，培养良好实验习惯；认真观察实验现象，客观记录实验数据；认真观察实验现象，客观记录实验数据；认真分析实验数据，正确处理实验结果；认真分析实验数据，正确处理实验结果；合理作出实验结论，独立完成实验报告。合理作出实验结论，独立完成实验报告。1.2 仪器读数方法：仪器读数方法：1、基本规则：测量仪器的误差、基本规则：测量仪器的误差出现在哪一位，测量数据就读到哪一位。出现在哪一位，测量数据就读到哪一位。2、数字化仪表和准数字化仪表，、数字化仪表和准数字化仪表，不估读，直接记录全部数字。（游标卡不估读，直接记录全部数字。（游标卡尺、秒表、电阻箱等）尺、秒表、电阻箱等
3、）3、分度式器具，如米尺、天平、分度式器具，如米尺、天平、模拟电表等，按最小分格的模拟电表等，按最小分格的1/2、1/5、1/10估读。估读。1.3 实验报告要求内容：实验报告要求内容：1.实验题目实验题目 2.实验要求实验要求 3.实验仪器实验仪器 4.实验原理实验原理(基本原理说明，基本原理说明，公式推导，仪器原理图、光路图、公式推导，仪器原理图、光路图、电路图等电路图等)5.操作要点操作要点6.按实验内容分步骤写出。说明按实验内容分步骤写出。说明:7.组装什么仪器；组装什么仪器；8.调整什么东西，调整到什么状态；调整什么东西，调整到什么状态；9.测什么物理量，如何测量。测什么物理量，如何
4、测量。10.应采取什么安全措施等。应采取什么安全措施等。6.数据记录与处理数据记录与处理 必要的实验条件记录（如室温、气压、湿度必要的实验条件记录（如室温、气压、湿度等等)；观察到什么实验现象；观察到什么实验现象；测量数据记录（一般用列表法，应有数据表测量数据记录（一般用列表法，应有数据表格）；格）；数据处理应写出具体计算公式、数据代入过数据处理应写出具体计算公式、数据代入过程；程；不确定度估算；不确定度估算；最后给出测量结果表达。注意有效数字及单最后给出测量结果表达。注意有效数字及单位。位。7.分析实验过程与误差来源，给出实分析实验过程与误差来源，给出实验结论。验结论。1.4 实验类型实验类
5、型 实验有两类，一类是常规实验，主要实验有两类，一类是常规实验，主要考查实验动手能力，看你能否顺利完成；考查实验动手能力，看你能否顺利完成；另一类考察你的创新能力和发散性思维另一类考察你的创新能力和发散性思维能力，看你能否将平时所学实验知识与能力，看你能否将平时所学实验知识与实验动手能力有机地结合起来，利用所实验动手能力有机地结合起来，利用所提供的实验器具，自己设计合理的实验提供的实验器具，自己设计合理的实验方案，完成给定的测量任务。方案，完成给定的测量任务。2 电磁学实验基本知识：电磁学实验基本知识：2.1 基本操作要点：基本操作要点：合理布局，正确连线；合理布局，正确连线；易于观察，操作方
6、便；易于观察，操作方便；认真检查，保证安全；认真检查，保证安全；仔细调节，观察现象；仔细调节，观察现象；测量数据，恢复原状测量数据，恢复原状.2.2 基本器具：基本器具：一、一、电表电表：分模拟电表和数字电表。分模拟电表和数字电表。1、模拟电表、模拟电表 规格：量程、内阻、准确度。规格：量程、内阻、准确度。特点：指针式，直观定性，特点：指针式，直观定性，准确度稍差。准确度稍差。面板标识。面板标识。用法：用法：正确放置，零位校准，正确放置，零位校准，极性正确，联接方式，视差校正，极性正确，联接方式，视差校正，注意读数方法。注意读数方法。2、数字电表、数字电表 规格：量程、内阻（输入阻抗）、规格：
7、量程、内阻（输入阻抗）、准确度。准确度。特点：数字式，读数准确误差小，特点：数字式，读数准确误差小，取样时间内求平均值。取样时间内求平均值。用法：用法：a)电表电源正常；电表电源正常；b)选择功能量程；选择功能量程；c)注意保证安全；注意保证安全；d)用完关闭电源。用完关闭电源。3、检流计、检流计 用于检查电路中是否通过用于检查电路中是否通过电流，常使用模拟电表。其内阻较电流，常使用模拟电表。其内阻较小（几十小（几十几千欧姆），可测很小的几千欧姆），可测很小的电流（电流（10-610-12）。）。常用于检常用于检验电路是否平衡验电路是否平衡。数字电压表数字电压表20mV200mV档可作为电压平
8、衡指示仪表使用档可作为电压平衡指示仪表使用(在电桥平衡时就用到了)4、万用表：、万用表：a）结构）结构 b）用法：）用法：选用合适的测量档位与量程选用合适的测量档位与量程 注意正负极（模拟表）注意正负极（模拟表）欧姆调零（模拟表），中值电阻欧姆调零（模拟表），中值电阻 电压测量要求内阻电压测量要求内阻测量点间电阻。测量点间电阻。是否必须？是否必须？用完后置于高电压档（模拟表。用完后置于高电压档（模拟表。数字表关电源）。数字表关电源）。二、电阻：二、电阻：1、固定电阻、固定电阻 常用的有：常用的有：碳膜电阻碳膜电阻（剩余噪声（剩余噪声大），大），金属膜电阻金属膜电阻（剩余噪声小），（剩余噪声小）
9、，线线绕电阻绕电阻（剩余噪声最小，体积大）。（剩余噪声最小，体积大）。2、滑线电阻、滑线电阻 规格：总阻值、额定电流。规格：总阻值、额定电流。用途：用途：a)作为电位器和可变电阻使用。作为电位器和可变电阻使用。b)电源控制与调节器件（分压电源控制与调节器件（分压与限流；与限流；附：混合调节附：混合调节）3、电阻箱电阻箱 规格：规格：总阻值；额定电流；准确度；调节总阻值；额定电流；准确度；调节范围。范围。基本误差（基本误差（不确定度）不确定度）a%+Mb/R 其中其中a:准确度等级；准确度等级；R：测量示值；：测量示值；b：使用：使用旋钮数；旋钮数；M：每旋钮最大允许接触电阻（一般：每旋钮最大允
10、许接触电阻（一般应为应为0.002欧姆）。欧姆）。合格的合格的0.1级电阻箱零值电阻应不大于级电阻箱零值电阻应不大于0.035欧姆。欧姆。使用与读数方法使用与读数方法。4、标准电阻四端电阻、标准电阻四端电阻三、电源：三、电源：1、干电池干电池 干电池属于化学电池，常见的有：干电池属于化学电池，常见的有：锌锰电池；镍氢电池；锂电池。锌锰电池；镍氢电池；锂电池。2、铅酸蓄电池铅酸蓄电池3、交流电源交流电源（市电，信号源）（市电，信号源）4、直流稳压电源直流稳压电源（面板结构）。（面板结构）。5、优缺点比较：优缺点比较：便携性；便携性；稳定性；稳定性；经济性（可重复利用性）经济性（可重复利用性）四、
11、信号发生器：四、信号发生器：提供某种确定波形的交变信号源，提供某种确定波形的交变信号源，一般带负载的能力较差。一般带负载的能力较差。1、频率可调，频率可调，可直接读出频率可直接读出频率（0.12106Hz）；）；2、输出电压可调；输出电压可调；3、输出波形可调输出波形可调（正弦波、三角（正弦波、三角波、锯齿波、方波可选）；波、锯齿波、方波可选）；4、面板结构与使用方法面板结构与使用方法五、示波器五、示波器 面板结构与使用方法面板结构与使用方法2.3 电学实验基本规则电学实验基本规则 布置仪器的原则是：布置仪器的原则是：走线合理，操走线合理，操作方便，易于观察，实验安全。应将需作方便，易于观察，
12、实验安全。应将需要经常操作和读数的仪器放在近处，其要经常操作和读数的仪器放在近处，其它仪器放在远处，高压电源远离人身它仪器放在远处，高压电源远离人身。连线原则是：连线原则是：先接电路，后接电源；先接电路，后接电源；先断电源，后拆线路先断电源，后拆线路。从电源正极开始。从电源正极开始按回路对点接线。接线时应充分利用电按回路对点接线。接线时应充分利用电路中的等电位点，以免在一个接线柱上路中的等电位点，以免在一个接线柱上接入过多的导线。接入过多的导线。接好电路后，先不要通电，经接好电路后，先不要通电，经 认真检查确认无误后再接通电源。通认真检查确认无误后再接通电源。通电前，控制电路中的滑线电阻器应电
13、前，控制电路中的滑线电阻器应处于输出电压最小的位置。接通电处于输出电压最小的位置。接通电源时，先将电源开关作瞬时点接触源时，先将电源开关作瞬时点接触一下，观察实验仪器设备有无异常。一下，观察实验仪器设备有无异常。如无异常，才能闭合开关，否则就如无异常，才能闭合开关，否则就需找出原因并排除之。总之，一般需找出原因并排除之。总之，一般操作过程可概括为：操作过程可概括为：手合开关，眼观全局，手合开关，眼观全局，先看现象，后读数据。先看现象，后读数据。3.电学实验基本方法电学实验基本方法3.1 替代法替代法 3.2 比较法比较法 如电桥测电阻如电桥测电阻 3.3 差值法差值法 如电压比对如电压比对 3
14、.4 补偿法补偿法 如电位差计测电阻如电位差计测电阻4.电磁学基本实验电磁学基本实验 4.1 测定直流电源的参数并研究其输出特性测定直流电源的参数并研究其输出特性一、实验目的：一、实验目的：1、用伏安法测量干电池的输出电压、用伏安法测量干电池的输出电压随电流变化的规律，并测出电池的电动势随电流变化的规律，并测出电池的电动势及内阻。及内阻。2、测量电池的负载功率特性。、测量电池的负载功率特性。3、学习用作图法处理实验数据、学习用作图法处理实验数据。二、实验器具二、实验器具 干电池一节；数字电压表两块；电阻干电池一节；数字电压表两块；电阻箱；定值电阻；开关；导线等。箱；定值电阻；开关；导线等。三、
15、教学内容三、教学内容 1、主要特性参数、主要特性参数 电动势；电动势；等效内阻；等效内阻；容量（容量（AH，一般以，一般以20小时放电率表示）；小时放电率表示）；温度特性；温度特性；时间特性；时间特性；负载功率特性。负载功率特性。2、特性参数的表达方法、特性参数的表达方法 参数法；列表法；图示法。参数法；列表法；图示法。3、测量干电池输出的、测量干电池输出的 特性，并测量特性，并测量电动势电动势E和等效内阻和等效内阻r。电源之简化：电源之简化：内、外接之比较：内、外接之比较：测量结果之处理：测量结果之处理：a)图示与图解法图示与图解法 在直角坐标纸上描出实验数据点，在直角坐标纸上描出实验数据点
16、，连成直线。求出斜率和截距，即可得到干电池连成直线。求出斜率和截距，即可得到干电池的内阻的内阻r和电动势和电动势E。由最小二乘法可知，拟合直线必过由最小二乘法可知，拟合直线必过（）点。可据此画拟合直线。）点。可据此画拟合直线。UI,IU b)用最小二乘法处理数据用最小二乘法处理数据 c)开路电压开路电压 与短路电流与短路电流 由由a)中求出直线在纵、横轴上之截中求出直线在纵、横轴上之截距，分别是距，分别是 与与 ，则，则 iUNE1 22)(iiiiiiIINUIUINrocUscIscIocUocUE scocIUr/4、测量干电池的负载功率特性测量干电池的负载功率特性 取一定值电阻做保护电
17、阻；取一定值电阻做保护电阻；电流的测量。测出定值电阻上的电压，电流的测量。测出定值电阻上的电压，即得电流；如使用电流表，则量程变化会导即得电流；如使用电流表，则量程变化会导致电阻的变化。致电阻的变化。对应电源的内阻为对应电源的内阻为 ；从从 逐渐增加到逐渐增加到 ，测，测量电流与电压；在接近时量电流与电压；在接近时 多测几个点。多测几个点。作作 曲线；曲线；从曲线上找出最大值对应的从曲线上找出最大值对应的 ，这就，这就 是是 。与前面所测的值比较。与前面所测的值比较。0Rr 0Rr)(510Rr)(50Rr LLRP LR0Rr 四、注意事项四、注意事项 五、易出现问题五、易出现问题4.2 实
18、验十四实验十四 磁电式直流磁电式直流电表的改装电表的改装一、实验目的：一、实验目的：1、了解磁电式直流电表的基本结、了解磁电式直流电表的基本结构和使用方法；构和使用方法；2、学习扩大电表量程的方法，了、学习扩大电表量程的方法，了解多用电表的改装原理。解多用电表的改装原理。3、学习电表的校准方法。、学习电表的校准方法。二、实验器具二、实验器具 待改装的磁电式直流电表的待改装的磁电式直流电表的表头；数字万用电表（用做标准表头；数字万用电表（用做标准表）；电阻箱；可变电阻（变阻表）；电阻箱；可变电阻（变阻器或电位器）；直流稳压电源；器或电位器）；直流稳压电源；开关；导线等。开关；导线等。三、教学内容
19、三、教学内容 1、电表的扩程原理与方法、电表的扩程原理与方法 电压表；电压表；电流表。电流表。2、表头内阻的测量、表头内阻的测量 表头的特点：内阻大，满量程电流小表头的特点：内阻大，满量程电流小。替代法测内阻：测量精度受电表和标替代法测内阻：测量精度受电表和标准电阻箱的准确度限制。准电阻箱的准确度限制。定压半偏法；定压半偏法；定流半偏法；定流半偏法；其他方法：伏安法；电桥法；电位差其他方法：伏安法；电桥法；电位差计等。计等。3、电表校准、电表校准 相对真值与相对标准具相对真值与相对标准具 校准方法：校准方法：a)零点校准；零点校准；b)满量程校准；满量程校准；c)刻度线校准：刻度线校准：校准点
20、数：校准点数：1121个；个；升降各校准一次；调准改装表，读标准表读数。升降各校准一次；调准改装表，读标准表读数。计算平均值与变差。计算平均值与变差。作校准曲线，以改装表读数为横轴，标作校准曲线，以改装表读数为横轴，标准表读数平均值与改装表读数之差为纵轴，作准表读数平均值与改装表读数之差为纵轴，作校准曲线（相邻两点之间以折线连接）。校准曲线（相邻两点之间以折线连接）。估计改装后的准确度等级。估计改装后的准确度等级。作校准曲线，以改装表读数为横轴，作校准曲线，以改装表读数为横轴，标准表读数平均值与改装表读数之差为标准表读数平均值与改装表读数之差为纵轴，作校准曲线（相邻两点之间以折纵轴，作校准曲线
21、（相邻两点之间以折线连接）。线连接）。估计改装后的准确度等级。估计改装后的准确度等级。其中最大绝对误差其中最大绝对误差:100电表量程最大绝对误差amaxmax)(iiiYYY 4、用电位差计校准时的分压措施与、用电位差计校准时的分压措施与取样方法。取样方法。5、实验内容、实验内容 测定表头内阻；测定表头内阻；改装电表并校准之（电流表改装电表并校准之（电流表5 mA,电压表电压表3V）；）；确定改装后电表的准确度等级。确定改装后电表的准确度等级。四、注意事项四、注意事项五、实验中易出现的问题五、实验中易出现的问题 附:电表内阻的测量 （1）伏安法(内接法,外接法)电压表内阻测量 电流表内阻测量
22、VAVA （2）电桥法:待测电阻作为桥臂电阻置于一桥臂.（3）恒流半偏法ARnRsRg（4）恒压半偏法ARg=R2-2R1（5）从恒压半偏法引出串联半偏法认为电源电动势不变，内阻可忽略）.（6）替代法（恒压替代法，恒流替代法）AAVV （7）并联半偏法（从恒流半偏法引出，认为电路电流不变，此条件不易达到）。当等效电路内阻远大于待测电阻时，可以作此近似。4.3 测量非线性元件的伏测量非线性元件的伏安特性安特性 一、实验目的：一、实验目的：1、学习测量非线性元件的伏安特性，了解、学习测量非线性元件的伏安特性，了解进行伏安法测量时两种电表的连接方法和接入误进行伏安法测量时两种电表的连接方法和接入误差
23、；差；2、学习用数字万用电表测量二极管的导通、学习用数字万用电表测量二极管的导通电压，学习测量二极管的伏安特性。电压，学习测量二极管的伏安特性。3、了解二极管的单向导电性和稳压二极管、了解二极管的单向导电性和稳压二极管的稳压特性。的稳压特性。4、了解白炽灯的伏安特性。、了解白炽灯的伏安特性。二、实验器具二、实验器具 数字万用电表两块数字万用电表两块；电阻箱；电阻箱；滑线变阻器两个；直流稳压电源；滑线变阻器两个；直流稳压电源；二极管，稳压二极管；小白炽灯泡；二极管，稳压二极管；小白炽灯泡；开关；导线等开关；导线等。三、教学内容 1、伏安特性，非线性元件 2、电表的连接方法和接入误差 内接法；外接
24、法。3、半导体二极管 半导体二极管的基本结构；半导体二极管的伏安特性；半导体二极管的特性参数 半导体二极管的特性参数有正向导通电压、反向击穿电压和最大工作电流；正向导通电压是通过半导体二极管的电流为一毫安时所加的正向电压。反向击穿电压是通过半导体二极管的电流为一毫安时所加的反向电压。最大工作电流是二极管正常工作时允许通过的最大正向平均电流。稳压二极管四、实验内容四、实验内容 1、用数字万用电表测量二极管的导通电、用数字万用电表测量二极管的导通电压和正、反向电阻压和正、反向电阻 2、用伏安法测量半导体二极管的伏安特、用伏安法测量半导体二极管的伏安特性性 3、用伏安法测量小白炽灯泡的伏安特性、用伏
25、安法测量小白炽灯泡的伏安特性 4、在坐标纸上作出二极管的伏安特性，、在坐标纸上作出二极管的伏安特性，用图解法求出二极管的正向导通电压用图解法求出二极管的正向导通电压 5、在坐标纸上作出小白炽灯泡的伏安特性，求出室温下的灯丝电阻。6、白炽灯泡的电压与电流之间有关系：验证上式并求出K和n(将上式取对数，得 作 关系图线，其斜率为n,由截距可求出K)。nKIU InKUlnlnlnIUlnln五、注意事项五、注意事项六、实验中易出现的问题六、实验中易出现的问题 4.4 惠斯顿电桥测电阻惠斯顿电桥测电阻一、实验目的：一、实验目的：1、了解一般桥式电路的特点，掌、了解一般桥式电路的特点，掌握惠斯通电桥的
26、基本结构和测量原理；握惠斯通电桥的基本结构和测量原理；2、掌握惠斯通电桥的使用方法。、掌握惠斯通电桥的使用方法。3、了解、了解电桥灵敏度电桥灵敏度的概念，估算的概念，估算由此产生的不确定度由此产生的不确定度B类分量。类分量。4、练习对测量电路系统误差的简、练习对测量电路系统误差的简单校正。单校正。二、实验器具二、实验器具 滑线式电桥板，检流计（滑线式电桥板，检流计（AC5/4型），电阻箱，滑线变阻器；型），电阻箱，滑线变阻器；QJ23型型箱式电桥；数字万用电表，电阻箱三个；箱式电桥；数字万用电表，电阻箱三个；直流稳压电源，开关，导线等直流稳压电源，开关，导线等 三、教学内容三、教学内容 1、电
27、桥结构与测量原理、电桥结构与测量原理 （1）常见的几种电桥）常见的几种电桥平衡时平衡时Rx/R0=Cx/C0=R1/R2 Lx=R1R4C3 RxR1R4/R3 电容电桥电容电桥 麦克斯韦电桥麦克斯韦电桥RxR0R2R1CxC0RxR3R1R4LC （2）组合电桥方法）组合电桥方法 因为因为Rx=(R1/R2)R0 ,所以只要有一小所以只要有一小电阻和一可准确分压的分压器即可。电阻和一可准确分压的分压器即可。板式惠斯顿电桥：用一根板式惠斯顿电桥：用一根1米长的均匀电米长的均匀电阻丝分压，分压比等于长度比。阻丝分压，分压比等于长度比。组合电桥：用两个已准确知道阻值的电组合电桥：用两个已准确知道阻
28、值的电阻分压或两个电阻箱分压（电阻箱阻值准确）。阻分压或两个电阻箱分压（电阻箱阻值准确）。如用滑线变阻器（或电位器）分压，因为其分如用滑线变阻器（或电位器）分压，因为其分压比无法准确知道，必须用压比无法准确知道，必须用互换法（复称法）互换法（复称法）进行测量。亦可用进行测量。亦可用替代法替代法 2.电桥灵敏度估算电桥灵敏度估算在平衡状态，将某一桥臂电阻值在平衡状态，将某一桥臂电阻值R改改变变R，检测计指针偏转，检测计指针偏转n格，则电桥格，则电桥灵敏度为：灵敏度为：S=n/(R/R)由此可估算由于电桥灵敏度引起由此可估算由于电桥灵敏度引起的误差（不确定度）的误差（不确定度）Rx/Rx=0.2/
29、S (数字式分辨率取最小单位数字式分辨率取最小单位1,指针式指针式分辨率取分辨率取0.2格格)3、仪器介绍 （a）组合电桥 结构；减小误差的方法（提高电桥灵敏度；交换测量法；替代法）（b）检流计 结构；使用方法。（c）箱式电桥：结构；使用方法；不确定度。4、实验内容 （a）滑线式电桥测电阻 测电阻；测电桥灵敏度；交换测量。（b）箱式电桥测电阻 （c）计算电阻并估算结果的不确定度。四.应用 a)测未知电阻 b)测检流计（或微安表）内阻 c)非平衡电桥：在平衡点附近，由nR压力、温度、光强等的变化（可转换为电阻变化）。d)注意待测电阻的额定电流五、注意事项：五、注意事项：六、实验中易出现的问题六、
30、实验中易出现的问题例1：有干电池三节，检流计一只，标准电阻箱一个，电位器一个，开关，导线等，欲测一未知电阻，请设计电路并测量之。4.5 观测电容特性一、实验目的：1、观察电容的充放电现象，了解电容特性；2、进一步熟悉示波器、信号发生器、数字万用电表等仪器仪表的使用；3、根据电容容抗的频率特性测量电容量。二、实验器具 示波器，信号发生器，数字万用电表，电阻箱，直流稳压电源，电容器两个（几十微法和零点零几微法各一个），开关，导线等。三、实验原理 1、电容器 （1）结构 （2）主要参数：电容量；额定工作电压。2、RC电路充放电特性 （1）充电过程 （2）放电过程 令 ，称为电路的时间常数。)1(/R
31、CtceEURCtCEeU/RC 3、用示波器观察RC电路充放电过程 4、用正弦波作电源时的充放电过程 （1）电容上电压与电流的位相关系：ZC=1/(C)，电流超前电压/2位相。（2）电容阻抗和频率的关系 由此可得电容量C。这时电压取有效值。RCCURUfCZ21四、实验内容 1、用数字万用电表的直流电阻档观察RC电路充放电过程 2、用示波器观察RC电路充放电过程 3、根据电容容抗的频率特性测量电容量五、注意事项 1、使用示波器测量电压的基本方法。2、用示波器测量波形时，注意共地连接。（6）高阻测量（1 M）a)伏安法；b)电容放电法；c)电桥法RxVRVCCVRxRV （7）低电阻测量a)伏
32、安法；b)电压比较法；RVRxVR1R2例1：有干电池三节，检流计一只，标准电阻箱一个，电位器一个，开关，导线等,欲测一未知电阻，请设计电路测量之。解：比较法：电路如右，平衡时有Rs=R1 应有：U/E=Rx/(R1+Rx)将Rs与Rx互换位置，调Rs至R2,平衡，应有U/E=R2/(R2+Rx).两者联立，得：Rx=R1 R2EURsRx 替代法：仍用上电路，但Rs用电位器Rn代替。调Rn使电路平衡.然后保持Rn不变，将Rx用Rs代替，调整Rs使电路再次平衡，则必有RxRsEURnRx 电桥法（自组桥）：使Rs接近Rx的估计值，调整Rn，使电路平衡，记下RsR1；将Rx与Rs互换位置，保持R
33、n位置不变，调RsR2时电路平衡，则Rx=R1 R2 RsRnRx附：电容的几种测量方法：1.电容上电压与电流的位相关系：ZC=1/(C)电流超前电压/2位相。2.电容测量：a)比较法（电流),由U=I/(2C)=IZC 所以C=I/(2C).保持U、V不变，则电流正比于电容量。Cx=(Ix/I0)C0,为消除分布电容影响，可作IC曲线，测出Cx时的Ix，从图中内插出来。C0CxVmA ICCxIxO b)电压比较法：串联电路电流处处相等，故：所以 注意：交流电表的频率范围，内阻；可使用晶体管毫伏表。RCRZUUCRC21RUZUIRCCCRRUUC2c)电容电桥法：平衡时 RxCxCsRsR
34、1R221RRCCRRXSSX4、充电放电法 （1）充电时 （2）放电时)1(/0RCtceUURCtCeUU/04.6 黑盒子实验黑盒子实验一、实验目的：一、实验目的：1、学习依据不同类型电学元、学习依据不同类型电学元件的特性对元件进行判别；件的特性对元件进行判别；2、进一步熟悉示波器、信号、进一步熟悉示波器、信号发生器、数字万用电表等仪器仪表的使发生器、数字万用电表等仪器仪表的使用；用；3、培养设计检测步骤和综合分、培养设计检测步骤和综合分析推理的能力析推理的能力 二、实验器具 示波器，信号发生器，数字万用电表，电阻箱，黑盒子（内部密封待测元件），开关，导线等 三、基本测量与分析方法：1、
35、什么是黑盒子实验 黑盒子是判定电学元件实验中使用的密封元件盒，盒里的元件可能有：干电池，定值电阻，电容器，半导体二极管等。盒外只有几个接线端。各元件连接在接线端上，两个接线端之间最多接一个元件，也可能为开路（断路）或短路。元件之间不连成并联回路，所以元件的分布应该是唯一的。实验过程不得打开黑盒子，要求设计实验方案和检测步骤，判定盒里元件 2、基本的测量与分析方法：（1）根据题目所给条件，确定盒子内元件种类及结构。（2）确定盒子里有无干电池，位置何处 用电压表测各接点间电压并记录。如各接点间有电压，找出其中电压最大的两个接线柱，则电源应在它们中间。且可确定电源极性。如未给电压表或万用表，则可能需
36、用电流表组装一个电压表（量程可不准确）（3）确定盒子里有无二极管，位置何处 如两接线柱间无电压，则可用万用表欧姆档测电阻，须正反测量两次并记录。以判定电路中有无二极管。如果正反两次测得的电阻值差别很大，则可以判定盒中元件为二极管，并可确定它的正负极。如果正反两次测得的电阻值相等，则可以断定所测元件是电阻。注意欧姆档用法：量程合适（测量时指针在中间部位）用前调零 不能测有源器件（电路中有电压时不能测电阻）为防电容上电荷影响，测电容前，可将对应接线柱短接一下。（4）确定盒子里是否有电容器，位置何处 利用电容的充放电特性确定电容。测电阻时如指针偏转一下后又回到平衡位置（），说明电路里有电容起作用，确
37、定电容的最可能位置。如果使用数字万用电表来测量，应使用较高的电阻量程档（数千欧以上），接通时看到示值逐渐增大，直到超量程，短路放电后重复检测，均有此现象出现，说明该两接线柱间有电容。确定电容的位置：充放电现象最明显的两个接线柱之间。无法用测电阻的方法来大致判断电感的位置。有电阻的地方都可能是电感。（5）必要时，可将适当位置短路，以确定元件种类和位置。（6）在适当的地方通以交流信号，测量相关接点的交流电压（交流电压显示值会受到直流电压的影响），调整频率，根据各接点间电压的变化关系分析电容、电感的位置（频率增大时，电容阻抗减小，电感阻抗增大）。例1.黑盒子中有三个元件：电阻，电容，二极管。四个接线
38、柱中13,24间无跨接元件，求内部结构。仪器：万用电表 解：四个接线柱，三个元件，且无交叉连接。必有两个接线柱间可能开路或短路，其它三对接线柱间依次连接三个元件，共有20种接法。因盒中无电源，可直接测各接线柱间电阻。每次测电阻前，将对应接线柱短接一下，以消除以前充电的影响。测试方式现象及电阻测试方式现象及电阻测试方式现象及电阻测试方式现象及电阻12无充放电无充放电20023无无1.3k （无（无 200）（有（有）12无无 200 23 有有 （无（无 200）（有）（有）13-无无 1k 24无无200（有（有 ）（无（无）13+有有 24无无200（有（有 ）（有（有）14无无0 34 有
39、有（无（无）（无（无）14 无无0 34 无无1k （有（有 )（无（无1k）表中表中12指万用表黑表笔接指万用表黑表笔接1，红表笔接，红表笔接2。分析：分析：从测试结果看，接线柱14间电阻为零，显然它们短接。接线柱12间正反电阻均为200,24结果相同，与接线柱3相组合的接法中正反向电阻均不等（除无穷大），则二极管必与3相连。12间应为一个200电阻。接线柱3应接有一电容和一个二极管。当接线柱3接电表电池正极时，电阻无穷大；接电表电池负极时，有导通电阻，故接线柱3接二极管n极（负极）。由13与23电阻值可见，R23R13，所以接线柱13间只有二极管，而2与3间除有二极管外，还有电阻。所以，二
40、极管接于34之间 电容只能在23之间 具体接法如右图：1234RC 例2.同上题，测试结果如红笔所示。分析分析：12接线柱间正反电阻相等增，均为200，可知其间接一个200电阻。13,14,23,24正反电阻均无穷大，这只有在23,14间一个地方是电容，一个地方开路才有可能。所以34间应为二极管。由于R34，R341k，故接线柱4接二极管正极.接线柱23正反接均有充电现象，而接线柱14有充电，14无充电现象，故电容接于23之间。14间开路。接法如右图。1234R 例3.某黑匣子共四个接线柱，其中电感，电容，电阻，二极管，电池共5个元件，每两接线柱间只有一个直接联接的元件，求其内部结构。器材器材
41、：电表（万用表），信号发生器，导线。解：先测电压，结果如下：接法结果（V）电压结果（V）U121.4V U230 U130 U24 0.8V U140.6V U340由结果可见，盒中有电池，接于12接线柱间，其中1接负极，2接正极，电池电动势（电压）1.4V。由上列电压测量结果可判定，任两接线柱间均无短路线。由于U13U23U340，可见接线柱3与其它接线柱不能直流导通，其间只能存在开路，电容。如有二极管则反接。所以14间及24间必为电阻或电感。3141.5V2 由于U13U23U340，可以用万用表测对应两接线柱间电阻，结果如下：13 无 1k 23 有34 有 13 有 23 有 34 无
42、1.4k 当13时，U2U4U1U3，由于23，34不能直流导通，但13间有电阻，而 13时，13间电路接有一个二极管，正（P）极接1，负极接3（N）。现在只剩下23,34间无法确定是开路，还是接有电容。我们在23间加一交变信号，保持其幅度不变，改变频率，测量24间交流电压。如频率变化时变化（f），则电容在34间，如f时不变。则电容在23间。实测，电容连接在23之间。+_3142RECL 最后判定14,24间哪个是电阻，哪个是电感。在信号发生器输出端串入一个电阻箱后加到在14间，保持幅度不变.改变频率，测24间交流电压，如f时增大。则14间为电感，否则14间为电阻.同样对24间进行测试。实测24间为电感。14U最后结果如下图所示。+_3142RECLclass is over 谢谢各位！谢谢各位！
