物理实验论文-用万用表探秘黑箱内部.doc

用万用表探秘黑箱内部摘 要：已知大黑箱内有固定电阻、电容、二极管，根据电阻正反接阻值不变，电容的充放电原理和二极管单向导电性、反向电阻无穷大的特性，利用万用表检测小黑箱的内部结构，并画出小黑箱结构电路图。通过这次黑箱实验，对黑相中的元件各种机理进行深刻理解，从而更好的了解其应用。关键词：黑箱、MF20型万用电表、二极管、电容、电阻、电路图黑箱，是指那些内部结构和性能无法直接观测，只能通过外部观测和试验去认识其性能和特性的系统或客体。研究黑箱有两种方法，一种是开启黑箱法，即将黑箱分成局部，研究其内部结构和功能。物理学家在研究物质的层次和结构时，就是不断开启黑箱的过程。但由于开启黑箱的时候，可能引起黑箱本身结构和功能的变化，而且有些黑箱是不允许打开或者由于技术问题尚不能打开，所以这种方法有很大局限性。另一种方法是不开启黑箱，即不破坏黑箱本身的结构，而是有目的地对黑箱输入信息，观察黑箱对应的输出信息，并利用分析、综合、类比等逻辑的方法和必要的数学运算而得出结论。1 解决黑箱问题的原理 1.1解决黑箱问题的基本程序见下图:观察黑箱的反应，收集黑箱输出的信息，提出假设模型黑箱系统输入信息基于这种推测、判断和提出的假设模型，输入新的信息进行实验检验根据实验结果进行排除其它不符的假设得出结论？输出结论继续探究黑箱问题虽然带有一定的猜测性,但这种猜测必须符合一定外部特征下所做出的有方向的猜想。黑箱问题属于根据所给结论，进行逆向思维，推断出黑箱内部结构的问题。解决电学黑箱问题的基本思路是：利用所学的电路基础知识，分析题设所给各种数据条件，对黑箱内部电路元件的连接情况进行预判，抓住问题的关键，找到正确的切入点。 1.2黑箱的原件简单介绍： 1.2.1电阻： 一般在电路中所用的电阻，是指专门设计制造的电阻器，简称电阻。普通电阻的阻值与温度的关系接近线性，若0时的电阻值为R0，温度为t时的电阻值近似有如下公式：Rt=R0(1+t), 成为电阻的温度系数。多数电阻的在10-410-3-1数量级，由于这一温度系数较低，随着电流在电阻中的流动，电阻的阻值基本保持不变，而电阻两端的电压降与通过电阻的电流遵循欧姆定律。 1.2.2 电容器电容器的基本功能是能够被充电和放电，也就是储存电能和释放电能。在充电期间，电容器上的电荷和电压按指数增长，电路中有一指数衰减的充电电流；充电完毕，电流消失，电容上电压达到稳定值而不再变化。直流电源下有两种状态：暂态稳态相当于开路交流电源下将产生阻抗 1.2.3二极管二极管具有单向导电特性，即正向导通，反向不导通，正、负两个方向的电阻不同。 1.2.4万用表 多用电表是用电流表改装而成的一种多用仪表，一般可以用来测量电流、电压、电阻等，并且每一种测量都有几个量程.测电流和电压是根据串联和并联电路特点及部分电路欧姆定律，测电阻是依据全电路欧姆定律. 1.3 解决电学黑箱问题的基本思路(1)首先必须用直流电压档检测箱中有无干电池及其正负极所在。如果限定箱中只可能有一节干电池，那么用指针式多用表检测时宜先用50档，这样在出现反接的情况时，表针仅反打一个多小格，不会受损伤。判断出正负极所在的位置后，再换用小量程(例如或2.5档)测量电池电压的精确值。如果用数字式多用表检测，直接选2档就可以了，它不怕反接，当红表笔接负极、黑表笔接正极时，显示的电压值前面会出现一个负号。(2)然后再用欧姆档检测。对于指针式多用表，可以先选用100倍率档。如果正反接显示的阻值相同，就表明所测的两端之间可能接有定值电阻，然后再换用合适的量程测量精确的阻值。如果正反接显示的阻值差别很大，就表明所测的两端之间接有二极管。如果用最高倍率档测量时正反接显示的阻值都是无穷大，就可以判断所测的两端之间可能是断路的或者接的是电容。如果用最低倍率档测量时正反接显示的阻值都是零，就可以判断所测的两端之间可能是短路的，接有一根导线。对于数字式多用表，可以先选用200档检测，方法同上。具体见下表：用万用表检测接线柱间的电压U=0？电源否用万用表合适的欧姆档测各电压为0的接线柱间的电阻R=0短路R=R=常数电容或者断路电阻或者电感2 实验仪器与方法 2.2.1实验器材： 电路黑箱（元件可能是电阻，电容，晶体二极管），MF20型万用表。 2.2.2实验方法与分析：(1)观察多用电表的外形，认识选择开关的测量项目及量程；(2)检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置若不指零，则可用小螺丝刀调整机械调零旋钮使指针指零；(3)将红、黑表笔分别插入“”、“”插孔；(4)将选择开关置于欧姆挡的“1”挡，短接红、黑表笔，转动调整欧姆零点的旋钮，使指针指向欧姆表刻度的零位置；（5）机械调零：熟悉多用电表的表面结构，观察使用前指针是否指在刻度线左端0位置，若不指0，调整调零螺丝，使指针指0：（6）将多用电表选择开关旋转到欧姆档，用多用表测量黒箱任意两个接线柱间的电阻，正接测一下，反接再测一下。若正接是电阻小，反接电阻很大，则为二极管。（7）上一步测量中，若出现欧姆表的指针偏到一定值后又返回到+，则该两接线柱之间是电容。（8）第六步测量中，13、12接线柱之间有二极管现象，及正接（前者为电流流入接线柱）电阻很大，反接电阻很小；23之间正反接电阻相同，证明23之间为电阻；14之间通过测量，既有二极管现象，又有电容现象，24、23之间只有电容现象，故可推得，12之间为二极管，方向由2到1,24之间为电容3.实验结果（电路图见附表1）小黑箱D 1-2 二极管 2-4 电容 2-3 电阻4.物理黑箱实验的思维训练功能 1) 逆向思维训练：在黑箱实验中，物理情景中只给出一些外部的信息，学生需要从这些书已知信息出发，倒着展开思路，分析推理产生的原因和条件，探求黑箱的结构。这有效地培养了学生的逆向思维能力。 2) 发散思维训练：许多黑箱部问题内部结构往往并不是唯一确定的，从而会出现多种解答方法，这有效地培养了学生的发散思维能力。 3) 逻辑思维训练：解答黑箱问题，必须具有一定的逻辑分析推理能力，要求做到周密，条理清晰，逻辑严谨。5.实验总结 根据探究这个小黑箱每组接线柱之间的结构（电阻、电容、二极管）的实验设计思路，我们能够探究更大的黑箱（电感、正负热敏电阻，电源等），了解更多电学元件的特性。通过这次的探究性实验，让我在思考问题更能全面，更深入，动手能力也得到提高，是我掌握了研究实验的内容和步骤，使我们不仅能探究电学黑箱实验，也为我们探索其他黑箱实验提供了