电学黑盒子实验.docx
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电学黑盒子实验
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：
d
a
b
c
1、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
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：
a
d
c
b
1、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、红黑红黑红黑红黑红黑红黑红黑红黑
Dc
cd
cb
bc
ba
ab
ad
da
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）
0.286
0.281
d
a
c
b
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
dc
cd
cb
bc
ba
ab
ad
da
阻值
23.2千欧
11.7兆欧
60.3兆欧
34.1千欧
压降（V）
0.26
0.285
根据示波器的示数来求得电容的数值：
1.96/e=0.72V=720Mv
C=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，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。
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