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

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：

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：

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。

c

b c

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

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 c

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。