中学生物理实验设计应用6-9.ppt

2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 4 电阻符号和实物图 2020 1 21 5 各种固定电阻 2020 1 21 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 2020 1 21 7 各种体积较大的可变电阻 电位器 2020 1 21 8 电位器阻值变化特性直线式 X 对数式 D 指数式 Z 2020 1 21 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 2020 1 21 10 当C滑至B点 时 则 负载端的电压 电路中的电流 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 13 当C点由AB端时 负载电阻上URZ由0E 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 2020 1 21 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0 E 而制流电路的电压调节范围较小 只能从 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 17 Rz R2 R1 K E Rz R2 R1 E K 二级限流电路 二级分压电路 2020 1 21 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I X是怎样的 I X 作为回家作业思考并画一下 2020 1 21 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U X是怎样的 U X 作为回家作业思考并画一下 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 23 F VX V0 RX R0 E 分压的方式 放大器 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 28 1 将微安表改装成欧姆表如图所示 A 欧姆表 E R0 RX 2020 1 21 29 假设E 1 5V 满刻度电流值 中心刻度电流对应的电阻值 9012 5 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 32 实验内容 1 测出微安表头 50 A 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 2020 1 21 33 半偏法测定电表内阻 2020 1 21 34 替代法测定电表内阻 重要的是保持A0电流不变 2020 1 21 35 直流电桥法测电阻实验线路和测量方法 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 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 n 1 2 3 同步电平调整旋钮 2020 1 21 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 2020 1 21 48 2020 1 21 49 2020 1 21 50 2020 1 21 51 2020 1 21 52 1 观察波形 校准基准方波信号譬如 1KHZ 50mV 实验内容 2020 1 21 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 2020 1 21 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 2020 1 21 55 2020 1 21 56 4 测量两交变电信号间的相位差值 2020 1 21 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 2020 1 21 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