中学生物理实验设计应用.ppt

2019/7/6,1,物理实验设计与应用,六、研究制流和分压电路的原理及应用 七、磁电式直流电表的改装与实践 八、电桥电路的设计与应用 九、示波器的使用与测量,2013年10月,2019/7/6,2,实验六 研究制流和分压电路的 原理及应用,实验目的： 1了解各类电阻的应用功能，学会用变阻 器组成制流及分压电路。 2分析与研究不同负载电阻对分压电路分 压比的影响。 3学会和设计用分压法来测量各类非电量。 4学会和设计用分压电路的形式来达到控制 电路的目的。,2019/7/6,3,实验原理：,电路中电阻变化 电流变化 电阻端的 负载电阻端的 电压变化 电压变化,2019/7/6,4,电阻符号和实物图,2019/7/6,5,各种固定电阻,2019/7/6,6,各种小型的可变电阻（电位器） ( 2 ) 可调电阻 微调电阻 滑线变阻器 胶木板型 瓷板型 有机实芯型 精密多圈型,可变电阻在电路中的表示图,实物照片,2019/7/6,7,各种体积较大的可变电阻(电位器),2019/7/6,8,* 电位器阻值变化特性 直线式 （X)、对数式（D）、指数式（Z）,2019/7/6,9,1.分析制流电路,当C滑至A点，RAC=0时，则,负载上电压,电路中电流,2019/7/6,10,当C滑至B点， 时，,则：,负载端的电压,电路中的电流,2019/7/6,11,由以上关系可得到电路内相应的,电路中电流变化范围为： 负载端电压变化范围为：,最小,最大,最低,最高,2019/7/6,12,2分析分压电路,滑线变阻器上的两个固定端A、B与电源E相接，而负载电阻RZ是接在滑线变阻器的滑动端C和固定端A或B上。,2019/7/6,13,当C点由A B端时， 负载电阻上URZ由0 E，,得到： 1.调节的范围与变阻器的阻值无关；,2.AC两端的分压值可由下式得到： 思考：如果R0取得较小或很大，会怎么样？,2019/7/6,14,3制流电路与分压电路的差别及选择,（1）分析调节范围 分压电路的电压调节范围较大，可从0E； 而制流电路的电压调节范围较小，只能从,2019/7/6,15,（2）分析细调程度,当 时，在整个调节范围内的调节程度基本 上是均匀的，因制流电路可调的范围较小，故负 载电阻端的电压变化值也小，但能调节的程度较 精细。而分压电路对负载端的电压变化较明显， 但调节的程度却较粗糙。,2019/7/6,16,(3) 分析功率损耗,使用同一个变阻器，分压电路消耗的电能要比制流电路的大。 基于以上的差别 a.当负载电阻较大、需调节的电压范围较宽时可选分压 电路形式 b.当负载电阻较小、功耗较大、需调节的电压范围不太 大时可选用制流电路形式。 c.若一级制流或一级分压电路不能达到调节上的要求，可 考虑采用二级制流电路（或二段分压电路）的方法来满 足细调的要求。 思考：二级制流电路或二段分压电路的线路图是怎样的？,2019/7/6,17,Rz,R2,R1,K,E,Rz,R2,R1,E,K,二级限流电路,二级分压电路,2019/7/6,18,设计与应用性实验内容：,1.分析与研究当 为不同时，得到电路的 制流特性曲线IX是怎样的， 。,I,X,？,作为回家作业思考并画一下,2019/7/6,19,设计与应用性实验内容：,2.分析与研究当 为不同时，得到电路的 分压特性曲线UX是怎样的， 。 U,？,X,作为回家作业思考并画一下,2019/7/6,20,设计与应用性实验内容：,3.设计一个分压电路，要求能同时控制二个 小灯泡进行交替亮暗的变化。 思考： a.电路的形式； b.同时交替亮暗的变化。,2019/7/6,21,D1,D2,R,E,K,分压的方式,思考： 分压电阻在选择上 有什么要求？,1.阻值上的要求 2.类型上的要求 3.功率上的要求,2019/7/6,22,设计与应用性实验内容：,4.设计一个分压电路，要求通过测量电压的 方式来得到测量高值电阻的目的。 提示：通过分压的方式串接一个标准电阻R0。,2019/7/6,23,F,VX,V0,RX,R0,E,分压的方式,放大器,2019/7/6,24,设计与应用性实验内容：,5.设计一个分压电路，要求通过测量电压的方式来得到测量一些非电量的结果（譬如位移量、角度量、温度量等）。 提示： a.可变电阻的左右移动即为位移量的变化； b.电位器的旋转即为角度量的变化； c.热敏电阻阻值的变化与其所处的温度有关。,2019/7/6,25,定标，测出旋转一圈或n圈变化的电阻值 然后定出旋转一度的阻值或电压值。,2019/7/6,26,实验七 磁电式直流电表的改装与实践,实验目的： 1.了解磁电式直流电表内部的结构和偏转原理。 2.学会将磁电式直流电表改装成多量程的电流表、 电压表及欧姆表。 3.学习和实践制作必要的实验装置。,2019/7/6,27,实验原理：,指针偏转的磁电式直流电表是物理实验中的基本仪器之一，其内、外部结构见下图。,2019/7/6,28,1.将微安表改装成欧姆表如图所示,A,欧姆表,E,R0,RX,2019/7/6,29,假设E1.5V,满刻度电流值,中心刻度电流 对应的电阻值,90 12.5,2019/7/6,30,2.将微安表改装成毫安表,设电表的原有量限为I0（ ），现要设计成能测量最大值为50mA的 电流表（扩大量程1000倍），应考虑设法与表头并联一个电阻起到分流的作用.,R1=?,IR1=0.05A-I0,0.05A,I0,Rm,Rs,2019/7/6,31,3.将微安表改装成直流电压表,初始的电流表要用以测量电压，其测量电压值为,为了能测量较高的电压，则设法通过外接串联电阻来起到分压的作用，即将微安表不能承受的那部分电压降落在分压电阻RS上，见图5。,Ig,Rg,RS,Ug,5V,50V,R1,2019/7/6,32,实验内容：,1测出微安表头（50A）的内阻值（可有多种测 量表头内阻的方法）。 提示： （1）半偏法测量内阻 （2）替代法测量内阻 （3）电桥法测量内阻 等其他方法,2019/7/6,33,半偏法测定电表内阻,2019/7/6,34,替代法测定电表内阻,重要的是保持A0电流不变,2019/7/6,35,直流电桥法测电阻 实验线路和测量方法,2019/7/6,36,实验八 电桥电路的设计与应用,实验目的： 1.了解电桥电路测量电阻变化的特点。 2.学会组合电桥电路的原理。 3.拓展电桥电路的应用及非电量的检测。,2019/7/6,37,实验原理：,电桥电路本质上是利用电阻与 电阻间的电位比较方式来判断 桥路间的平衡性，然后根据不 同桥臂上电阻之间的比例关系 来得到某一被测电阻值。,2019/7/6,38,实验内容：,1.用热敏电阻作为测温器件，设计一个电桥 电路，并组成测量及控制温度的系统。设 法制作一个电子温度计。,热敏电阻,定标：得到00C时的电阻值和1000C时的电阻值， 然后由,2019/7/6,39,用平衡电桥法测量温度,热敏电阻（测温元件）,定标：得到00C时的电阻值和1000C时的电阻值， 然后由,2019/7/6,40,用非平衡电桥法测量温度,热敏电阻（测温元件）,定标：得到00C时的电压值和1000C时的电压值， 然后由,2019/7/6,41,实验九 示波器的使用与测量,实验目的： 1.学会示波器的使用与操作方法 2.了解示波器显示交变电信号波形的基本原 理 3.学会用示波器检测各种电信号的方法,2019/7/6,42,实验仪器：,示波器（双踪）、 多用电表、 交流信号发生器、 电阻箱、 电容器、 电感线圈、 导线等,2019/7/6,43,实验原理：,一示波器的构造与基本原理 示波管、扫描发生器、同步电路、水平轴和垂直轴放大器、电源。,2019/7/6,44,示波管,示波管是示波器用以显示各种波形的核心部分，在一个 抽成高真空的玻璃泡内装有各种电极； 即：电子枪（阴极、栅极、阳极）、 偏转极（X偏转极和Y偏转极）、 荧光屏等。,电子束,2019/7/6,45,扫描发生器,被测的交变电信号加到一对Y偏转极上，而在一对X偏转极 上则加由示波器内部产生的锯齿波电信号，用以产生扫描 作用。即波形图是函数曲线的一部分，X与Y两对偏转极上 的电信号在示波管上合成的效果见下：,2019/7/6,46,同步电路,同步电路是为了示波器在工作时时能观察到 稳定的波形而设定的电路，则要求X方向的 起始扫描相位每次都相等，即要求扫描电压 周期Tx为被测电压周期Ty的n倍（n1、2、 3、）。,同步电平调整旋钮,2019/7/6,47,水平轴与垂直轴放大器,为了观察电压幅度不同的电信号波形，示波 器内设有衰减器和放大器，能起到对外来小 信号的放大及大信号的衰减作用，使观察到 的波形适中。在示波器的操作面板上，通常 有可分别控制X、Y两方向的调节旋钮。,X扫描档调节旋钮,Y1衰减档调节旋钮,Y2衰减档调节旋钮,2019/7/6,48,2019/7/6,49,2019/7/6,50,2019/7/6,51,2019/7/6,52,1.观察波形 （校准基准方波信号 譬如：1KHZ、50mV）,实验内容,2019/7/6,53,2.测量交变电信号的电压值,读数与计算： 读其y方向上的高度,2019/7/6,54,3.测量交变电信号的周期与频率值,在x方向上读其峰峰间距,T,2019/7/6,55,2019/7/6,56,4.测量两交变电信号间的相位差值,2019/7/6,57,5.设计并制作一个移相器,可通过电阻与电容组合后在交流电路中形成的相 位变化原理来设计制作一个移相器，要求通过改 变其中电阻的阻值变化后，能在显示屏上观察到 电路中的相位差变化情况。 提示： 用电容与电阻相连接后产生一定的相位差 （一级RC移相电路）,输入 交流信号,输出有相位差的交流信号,C,R,2019/7/6,58,6.用示波器测量非电量,在熟悉了示波器使用的前提下，设法通过设计与制作一些 必要的装置，测量一些譬如长度量的变化、温度量的变化、 物体质量间的变化等参数。 提示： （1