1、电学黑盒子实验课程名称 普通物理学实验 指导教师 学生姓名 学号 合作者 学院 理工学院 系 实验时间【摘要】实验要求在不打开盒子的前提下,设计实验方案和检测步骤,使用示波器、信号发生器、数字万用电表等仪器,判定盒内元件分布。实验报告首先介绍实验原理,列出实验所需器材,阐述实验过程,列出实验所得数据并进行分析计算得到结果。最后,总结实验的过程中存在的问题和需要改进的地方,并提出心得。关键词:二极管、电容、电感。【实验原理】1、 确定有无电池使用万用电表的直流电压量程进行检测。若显示一定的电压,则两接线柱间为电池,由显示数值的正负号可知电池正负极。2、 二极管的判断使用万用电表电阻量程对两个接线
2、柱交换表笔各测一次。若差别很大,则两接线柱间的元件为二极管;若电阻值相等,则两接线柱间的元件为电阻;若两次都是无穷大,需要进一步检测。3、 电容、电感的判断(1) 使用万用电表的电阻量程,若示数慢慢增大,直到最高位为“1”;短路放电后,重复检测都可以看到此现象,则两接线柱间的元件为电容。将元器件与电阻箱串成RC电路,用示波器观察放电过程,确定电容数值。(2) 使用信号发生器。逐步增大频率,若两接线柱间的电压不变,则为电阻;若增大,则为电感;若减小,则为电容。同时测出元件数值。【实验仪器】信号发生器,示波器,万用表,电阻,黑盒子,导线,开关等。【实验步骤】编号为4的黑盒子:da4bc1、 判断有
3、无电池使用万用电表的电压量程,表笔接到任意两个接线柱,分别测量,电表均无示数,说明盒内无电池。2、 二极管的判断使用万用电表电阻量程,测量dc两接线柱间的阻值,发现正反向阻值相同。可以判断dc间的元件为电阻。接着测量cb间电阻。红表笔接b黑表笔接c时,电阻较小,反接电阻较大。可以判断元器件为二极管,得知方向。然后测量ba间的电阻。红表笔接b黑表笔接a时,电阻较大,反接电阻差别很大。可以判断元器件为二级管,得知方向。最后测量ad间的电阻。红表笔接a黑表笔接d时,电阻较小,且电阻值为上述三组正向电阻之和,反接电阻较大,根据前面两二极管的方向,可以判断两接线柱断路。编号为9的黑盒子:ad9cb1、
4、判断有无电池使用万用电表的电压量程,表笔接到任意两个接线柱,分别测量,电表均无示数,说明盒内无电池。2、 二极管的判断同样的方法,得知ad、dc之间为二级管,方向可知。测量bc间电阻,两次检测正反向测量结果都是无穷大。对元件进行充分放电后,看到示数慢慢增大,直到超出量程,重复测量仍可以观察到此现象,可以判断两接线柱间元件为电容。将ad两接线柱之间元件与100欧姆电阻串联组成电路,用信号发生器来判断元件性质。逐步增大信号源频率,测量到两接线柱间的电压减小,可以确定为电容。最后测量ab间电阻,正反向无穷大,可以判断为断路。【实验数据】编号为4的黑盒子:1、 电压表示数均为零2、 红黑 红黑 红黑
5、红黑 红黑 红黑 红黑 红黑Dc cdcbbcbaabadda阻值21.9千欧21.9千欧193千欧30.5千欧50.6兆欧32.5千欧110.2千欧48.6兆欧压降(V)0.2860.281 dacb编号为9的黑盒子:1、 电压表示数均为零。2、 红黑 红黑 红黑 红黑 红黑 红黑 红黑 红黑dccdcbbcbaabadda阻值23.2千欧11.7兆欧60.3兆欧34.1千欧压降(V)0.260.285根据示波器的示数来求得电容的数值:1.96/e=0.72V=720MvC=1.5【调试过程与误差分析】主要的调试过程在编号为9的黑盒子其中bc段电容的判定及测量。需要信号发生器接入RC串联电路
6、,在示波器上读取数据计算出电容数值,在此过程中,重点在于调节示波器产生正确的波形,这是正确计算的前提,要逐步缓慢增加频率大小,若不能达到要求需要及时更换电阻,电阻的取值要太大,过大的阻值会给调节带来困难,继续调节频率以形成合适的波形,读取数据进行计算。实验过程中,各个电表都会产生误差,表笔与接线柱的接触不良等因素也或产生误差。示波器示数的读取也会产生误差,应多读几次取平均值。1、系统误差(1)仪器误差:这是由于仪器本身的缺陷或没有按规定条件使用仪器而造成的,如电表精确度不高。(2)理论误差:实验条件不能达到理论公式所规定的要求,或者是实验方法本身不完善所带来的误差。如伏安法测电阻时电表内阻对实验结果的影响。2、偶然误差电源电压波动造成的误差。