中學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用.ppt

2019/7/6,1,物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用,六、研究制流和分壓電路的原理及應(yīng)用 七、磁電式直流電表的改裝與實(shí)踐 八、電橋電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 九、示波器的使用與測(cè)量,2013年10月,2019/7/6,2,實(shí)驗(yàn)六 研究制流和分壓電路的 原理及應(yīng)用,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1了解各類電阻的應(yīng)用功能，學(xué)會(huì)用變阻 器組成制流及分壓電路。 2分析與研究不同負(fù)載電阻對(duì)分壓電路分 壓比的影響。 3學(xué)會(huì)和設(shè)計(jì)用分壓法來測(cè)量各類非電量。 4學(xué)會(huì)和設(shè)計(jì)用分壓電路的形式來達(dá)到控制 電路的目的。,2019/7/6,3,實(shí)驗(yàn)原理：,電路中電阻變化 電流變化 電阻端的 負(fù)載電阻端的 電壓變化 電壓變化,2019/7/6,4,電阻符號(hào)和實(shí)物圖,2019/7/6,5,各種固定電阻,2019/7/6,6,各種小型的可變電阻（電位器） ( 2 ) 可調(diào)電阻 微調(diào)電阻 滑線變阻器 膠木板型 瓷板型 有機(jī)實(shí)芯型 精密多圈型,可變電阻在電路中的表示圖,實(shí)物照片,2019/7/6,7,各種體積較大的可變電阻(電位器),2019/7/6,8,* 電位器阻值變化特性 直線式 （X)、對(duì)數(shù)式（D）、指數(shù)式（Z）,2019/7/6,9,1.分析制流電路,當(dāng)C滑至A點(diǎn)，RAC=0時(shí)，則,負(fù)載上電壓,電路中電流,2019/7/6,10,當(dāng)C滑至B點(diǎn)， 時(shí)，,則：,負(fù)載端的電壓,電路中的電流,2019/7/6,11,由以上關(guān)系可得到電路內(nèi)相應(yīng)的,電路中電流變化范圍為： 負(fù)載端電壓變化范圍為：,最小,最大,最低,最高,2019/7/6,12,2分析分壓電路,滑線變阻器上的兩個(gè)固定端A、B與電源E相接，而負(fù)載電阻RZ是接在滑線變阻器的滑動(dòng)端C和固定端A或B上。,2019/7/6,13,當(dāng)C點(diǎn)由A B端時(shí)， 負(fù)載電阻上URZ由0 E，,得到： 1.調(diào)節(jié)的范圍與變阻器的阻值無關(guān)；,2.AC兩端的分壓值可由下式得到： 思考：如果R0取得較小或很大，會(huì)怎么樣？,2019/7/6,14,3制流電路與分壓電路的差別及選擇,（1）分析調(diào)節(jié)范圍 分壓電路的電壓調(diào)節(jié)范圍較大，可從0E； 而制流電路的電壓調(diào)節(jié)范圍較小，只能從,2019/7/6,15,（2）分析細(xì)調(diào)程度,當(dāng) 時(shí)，在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)程度基本 上是均勻的，因制流電路可調(diào)的范圍較小，故負(fù) 載電阻端的電壓變化值也小，但能調(diào)節(jié)的程度較 精細(xì)。而分壓電路對(duì)負(fù)載端的電壓變化較明顯， 但調(diào)節(jié)的程度卻較粗糙。,2019/7/6,16,(3) 分析功率損耗,使用同一個(gè)變阻器，分壓電路消耗的電能要比制流電路的大。 基于以上的差別 a.當(dāng)負(fù)載電阻較大、需調(diào)節(jié)的電壓范圍較寬時(shí)可選分壓 電路形式 b.當(dāng)負(fù)載電阻較小、功耗較大、需調(diào)節(jié)的電壓范圍不太 大時(shí)可選用制流電路形式。 c.若一級(jí)制流或一級(jí)分壓電路不能達(dá)到調(diào)節(jié)上的要求，可 考慮采用二級(jí)制流電路（或二段分壓電路）的方法來滿 足細(xì)調(diào)的要求。 思考：二級(jí)制流電路或二段分壓電路的線路圖是怎樣的？,2019/7/6,17,Rz,R2,R1,K,E,Rz,R2,R1,E,K,二級(jí)限流電路,二級(jí)分壓電路,2019/7/6,18,設(shè)計(jì)與應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：,1.分析與研究當(dāng) 為不同時(shí)，得到電路的 制流特性曲線IX是怎樣的， 。,I,X,？,作為回家作業(yè)思考并畫一下,2019/7/6,19,設(shè)計(jì)與應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：,2.分析與研究當(dāng) 為不同時(shí)，得到電路的 分壓特性曲線UX是怎樣的， 。 U,？,X,作為回家作業(yè)思考并畫一下,2019/7/6,20,設(shè)計(jì)與應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：,3.設(shè)計(jì)一個(gè)分壓電路，要求能同時(shí)控制二個(gè) 小燈泡進(jìn)行交替亮暗的變化。 思考： a.電路的形式； b.同時(shí)交替亮暗的變化。,2019/7/6,21,D1,D2,R,E,K,分壓的方式,思考： 分壓電阻在選擇上 有什么要求？,1.阻值上的要求 2.類型上的要求 3.功率上的要求,2019/7/6,22,設(shè)計(jì)與應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：,4.設(shè)計(jì)一個(gè)分壓電路，要求通過測(cè)量電壓的 方式來得到測(cè)量高值電阻的目的。 提示：通過分壓的方式串接一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻R0。,2019/7/6,23,F,VX,V0,RX,R0,E,分壓的方式,放大器,2019/7/6,24,設(shè)計(jì)與應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：,5.設(shè)計(jì)一個(gè)分壓電路，要求通過測(cè)量電壓的方式來得到測(cè)量一些非電量的結(jié)果（譬如位移量、角度量、溫度量等）。 提示： a.可變電阻的左右移動(dòng)即為位移量的變化； b.電位器的旋轉(zhuǎn)即為角度量的變化； c.熱敏電阻阻值的變化與其所處的溫度有關(guān)。,2019/7/6,25,定標(biāo)，測(cè)出旋轉(zhuǎn)一圈或n圈變化的電阻值 然后定出旋轉(zhuǎn)一度的阻值或電壓值。,2019/7/6,26,實(shí)驗(yàn)七 磁電式直流電表的改裝與實(shí)踐,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1.了解磁電式直流電表內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和偏轉(zhuǎn)原理。 2.學(xué)會(huì)將磁電式直流電表改裝成多量程的電流表、 電壓表及歐姆表。 3.學(xué)習(xí)和實(shí)踐制作必要的實(shí)驗(yàn)裝置。,2019/7/6,27,實(shí)驗(yàn)原理：,指針偏轉(zhuǎn)的磁電式直流電表是物理實(shí)驗(yàn)中的基本儀器之一，其內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)見下圖。,2019/7/6,28,1.將微安表改裝成歐姆表如圖所示,A,歐姆表,E,R0,RX,2019/7/6,29,假設(shè)E1.5V,滿刻度電流值,中心刻度電流 對(duì)應(yīng)的電阻值,90 12.5,2019/7/6,30,2.將微安表改裝成毫安表,設(shè)電表的原有量限為I0（ ），現(xiàn)要設(shè)計(jì)成能測(cè)量最大值為50mA的 電流表（擴(kuò)大量程1000倍），應(yīng)考慮設(shè)法與表頭并聯(lián)一個(gè)電阻起到分流的作用.,R1=?,IR1=0.05A-I0,0.05A,I0,Rm,Rs,2019/7/6,31,3.將微安表改裝成直流電壓表,初始的電流表要用以測(cè)量電壓，其測(cè)量電壓值為,為了能測(cè)量較高的電壓，則設(shè)法通過外接串聯(lián)電阻來起到分壓的作用，即將微安表不能承受的那部分電壓降落在分壓電阻RS上，見圖5。,Ig,Rg,RS,Ug,5V,50V,R1,2019/7/6,32,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：,1測(cè)出微安表頭（50A）的內(nèi)阻值（可有多種測(cè) 量表頭內(nèi)阻的方法）。 提示： （1）半偏法測(cè)量?jī)?nèi)阻 （2）替代法測(cè)量?jī)?nèi)阻 （3）電橋法測(cè)量?jī)?nèi)阻 等其他方法,2019/7/6,33,半偏法測(cè)定電表內(nèi)阻,2019/7/6,34,替代法測(cè)定電表內(nèi)阻,重要的是保持A0電流不變,2019/7/6,35,直流電橋法測(cè)電阻 實(shí)驗(yàn)線路和測(cè)量方法,2019/7/6,36,實(shí)驗(yàn)八 電橋電路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1.了解電橋電路測(cè)量電阻變化的特點(diǎn)。 2.學(xué)會(huì)組合電橋電路的原理。 3.拓展電橋電路的應(yīng)用及非電量的檢測(cè)。,2019/7/6,37,實(shí)驗(yàn)原理：,電橋電路本質(zhì)上是利用電阻與 電阻間的電位比較方式來判斷 橋路間的平衡性，然后根據(jù)不 同橋臂上電阻之間的比例關(guān)系 來得到某一被測(cè)電阻值。,2019/7/6,38,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：,1.用熱敏電阻作為測(cè)溫器件，設(shè)計(jì)一個(gè)電橋 電路，并組成測(cè)量及控制溫度的系統(tǒng)。設(shè) 法制作一個(gè)電子溫度計(jì)。,熱敏電阻,定標(biāo)：得到00C時(shí)的電阻值和1000C時(shí)的電阻值， 然后由,2019/7/6,39,用平衡電橋法測(cè)量溫度,熱敏電阻（測(cè)溫元件）,定標(biāo)：得到00C時(shí)的電阻值和1000C時(shí)的電阻值， 然后由,2019/7/6,40,用非平衡電橋法測(cè)量溫度,熱敏電阻（測(cè)溫元件）,定標(biāo)：得到00C時(shí)的電壓值和1000C時(shí)的電壓值， 然后由,2019/7/6,41,實(shí)驗(yàn)九 示波器的使用與測(cè)量,實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1.學(xué)會(huì)示波器的使用與操作方法 2.了解示波器顯示交變電信號(hào)波形的基本原 理 3.學(xué)會(huì)用示波器檢測(cè)各種電信號(hào)的方法,2019/7/6,42,實(shí)驗(yàn)儀器：,示波器（雙蹤）、 多用電表、 交流信號(hào)發(fā)生器、 電阻箱、 電容器、 電感線圈、 導(dǎo)線等,2019/7/6,43,實(shí)驗(yàn)原理：,一示波器的構(gòu)造與基本原理 示波管、掃描發(fā)生器、同步電路、水平軸和垂直軸放大器、電源。,2019/7/6,44,示波管,示波管是示波器用以顯示各種波形的核心部分，在一個(gè) 抽成高真空的玻璃泡內(nèi)裝有各種電極； 即：電子槍（陰極、柵極、陽極）、 偏轉(zhuǎn)極（X偏轉(zhuǎn)極和Y偏轉(zhuǎn)極）、 熒光屏等。,電子束,2019/7/6,45,掃描發(fā)生器,被測(cè)的交變電信號(hào)加到一對(duì)Y偏轉(zhuǎn)極上，而在一對(duì)X偏轉(zhuǎn)極 上則加由示波器內(nèi)部產(chǎn)生的鋸齒波電信號(hào)，用以產(chǎn)生掃描 作用。即波形圖是函數(shù)曲線的一部分，X與Y兩對(duì)偏轉(zhuǎn)極上 的電信號(hào)在示波管上合成的效果見下：,2019/7/6,46,同步電路,同步電路是為了示波器在工作時(shí)時(shí)能觀察到 穩(wěn)定的波形而設(shè)定的電路，則要求X方向的 起始掃描相位每次都相等，即要求掃描電壓 周期Tx為被測(cè)電壓周期Ty的n倍（n1、2、 3、）。,同步電平調(diào)整旋鈕,2019/7/6,47,水平軸與垂直軸放大器,為了觀察電壓幅度不同的電信號(hào)波形，示波 器內(nèi)設(shè)有衰減器和放大器，能起到對(duì)外來小 信號(hào)的放大及大信號(hào)的衰減作用，使觀察到 的波形適中。在示波器的操作面板上，通常 有可分別控制X、Y兩方向的調(diào)節(jié)旋鈕。,X掃描檔調(diào)節(jié)旋鈕,Y1衰減檔調(diào)節(jié)旋鈕,Y2衰減檔調(diào)節(jié)旋鈕,2019/7/6,48,2019/7/6,49,2019/7/6,50,2019/7/6,51,2019/7/6,52,1.觀察波形 （校準(zhǔn)基準(zhǔn)方波信號(hào) 譬如：1KHZ、50mV）,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,2019/7/6,53,2.測(cè)量交變電信號(hào)的電壓值,讀數(shù)與計(jì)算： 讀其y方向上的高度,2019/7/6,54,3.測(cè)量交變電信號(hào)的周期與頻率值,在x方向上讀其峰峰間距,T,2019/7/6,55,2019/7/6,56,4.測(cè)量?jī)山蛔冸娦盘?hào)間的相位差值,2019/7/6,57,5.設(shè)計(jì)并制作一個(gè)移相器,可通過電阻與電容組合后在交流電路中形成的相 位變化原理來設(shè)計(jì)制作一個(gè)移相器，要求通過改 變其中電阻的阻值變化后，能在顯示屏上觀察到 電路中的相位差變化情況。 提示： 用電容與電阻相連接后產(chǎn)生一定的相位差 （一級(jí)RC移相電路）,輸入 交流信號(hào),輸出有相位差的交流信號(hào),C,R,2019/7/6,58,6.用示波器測(cè)量非電量,在熟悉了示波器使用的前提下，設(shè)法通過設(shè)計(jì)與制作一些 必要的裝置，測(cè)量一些譬如長(zhǎng)度量的變化、溫度量的變化、 物體質(zhì)量間的變化等參數(shù)。 提示： （1