物理電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課件

1、【目的】根據(jù)已學(xué)電路知識(shí)能夠通過所提供電路元件根據(jù)已學(xué)電路知識(shí)能夠通過所提供電路元件自行設(shè)計(jì)出各種實(shí)驗(yàn)方案，并加以實(shí)施，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，自行設(shè)計(jì)出各種實(shí)驗(yàn)方案，并加以實(shí)施，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而達(dá)到鞏固和靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的目的。從而達(dá)到鞏固和靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的目的。 【重點(diǎn)】預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。 【難點(diǎn)】方案設(shè)計(jì)、誤差分析。方案設(shè)計(jì)、誤差分析?！菊n題】 物理電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（3學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 【背景知識(shí)】 一、測(cè)量與誤差：一、測(cè)量與誤差： 誤差分析的目的就是評(píng)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確或誤差，通過誤差分析的目的就是評(píng)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確或誤差，通過 誤差分析，可以認(rèn)清誤差的來源及其影響

2、，并設(shè)法排除數(shù)誤差分析，可以認(rèn)清誤差的來源及其影響，并設(shè)法排除數(shù) 據(jù)中所包含的無效成分，還可進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。在實(shí)驗(yàn)據(jù)中所包含的無效成分，還可進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。在實(shí)驗(yàn) 中注意哪些是影響實(shí)驗(yàn)精確度的主要方面，這對(duì)正確地組織中注意哪些是影響實(shí)驗(yàn)精確度的主要方面，這對(duì)正確地組織 實(shí)驗(yàn)方法、正確評(píng)判實(shí)驗(yàn)結(jié)果和設(shè)計(jì)方案，從而提高實(shí)驗(yàn)的精確性具有重要的指導(dǎo)意實(shí)驗(yàn)方法、正確評(píng)判實(shí)驗(yàn)結(jié)果和設(shè)計(jì)方案，從而提高實(shí)驗(yàn)的精確性具有重要的指導(dǎo)意義。義。 誤差：測(cè)量值與真值之間的差值，真值即物理量所具有誤差：測(cè)量值與真值之間的差值，真值即物理量所具有 的客觀真實(shí)值。的客觀真實(shí)值。 誤差分類：誤差分類： （1 1）系統(tǒng)

3、誤差：在同一實(shí)驗(yàn)條件（實(shí)驗(yàn)方法、儀器、環(huán)境）系統(tǒng)誤差：在同一實(shí)驗(yàn)條件（實(shí)驗(yàn)方法、儀器、環(huán)境 和實(shí)驗(yàn)人員都不變），多次測(cè)量同一量時(shí)，誤差的大小和和實(shí)驗(yàn)人員都不變），多次測(cè)量同一量時(shí)，誤差的大小和 符號(hào)保持不變，或者按一定的規(guī)律變化，這種誤差符號(hào)保持不變，或者按一定的規(guī)律變化，這種誤差 叫系統(tǒng)誤差。包括：儀器誤差、方法誤差、個(gè)人誤差、叫系統(tǒng)誤差。包括：儀器誤差、方法誤差、個(gè)人誤差、 環(huán)境誤差。環(huán)境誤差。 （2 2）偶然誤差：在同一條件下，對(duì)某一量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，即）偶然誤差：在同一條件下，對(duì)某一量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，即 使排除了產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因，仍然會(huì)出現(xiàn)絕對(duì)值和使排除了產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因，仍然會(huì)出現(xiàn)絕對(duì)值

4、和 符號(hào)都以不可預(yù)測(cè)的方式變化的誤差。符號(hào)都以不可預(yù)測(cè)的方式變化的誤差。 （3 3）過失誤差：實(shí)驗(yàn)人員人為過失造成的、完全可以避免）過失誤差：實(shí)驗(yàn)人員人為過失造成的、完全可以避免 的誤差。的誤差。 二、常用電表的使用二、常用電表的使用 查看查看新編大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)新編大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)2-6 2-6 電磁測(cè)量?jī)x器電磁測(cè)量?jī)x器【實(shí)驗(yàn)提供儀器】 1.直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 0 15 V可調(diào)可調(diào) 2.萬用表萬用表 3.電流表電流表 量程量程 5、7.5、10、15、20、30(毫安毫安) 4.電壓表電壓表 量程量程 1.5、3、5、7.5、10、20(伏伏) 5.直流檢流計(jì)直流檢流計(jì) 6.雙蹤示波器雙蹤示波

5、器 7.信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器 8.秒表秒表 9.實(shí)驗(yàn)箱成套設(shè)置實(shí)驗(yàn)箱成套設(shè)置 其中含有其中含有 固定電阻：固定電阻：1、10、51、100（2個(gè)）、個(gè)）、200、1K、2K 、 10K（2個(gè)）、個(gè)）、1M(歐歐) 滑線變阻滑線變阻: 1K、10K、100K （歐）（歐）電容：電容： 0.022 F、0.1 F、1 F、10 F、470 F（2個(gè)）個(gè)）電感線圈：電感線圈： 10mH二極管（二極管（4個(gè)）、穩(wěn)壓二極管（個(gè)）、穩(wěn)壓二極管（6.2V）燈泡：燈泡：12V/0.5A微安表：（微安表：（0100uA）電位器電位器短接橋和連線導(dǎo)線短接橋和連線導(dǎo)線實(shí)驗(yàn)用實(shí)驗(yàn)用9孔插件方塊孔插件方塊【可做相關(guān)實(shí)驗(yàn)

6、】 電路元件伏安特性的測(cè)繪電路元件伏安特性的測(cè)繪 基本電路的測(cè)量基本電路的測(cè)量 基本儀器的使用基本儀器的使用 電橋電路測(cè)電阻電橋電路測(cè)電阻 電表的改裝電表的改裝 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 整流濾波電路整流濾波電路 RC、RL、RLC暫態(tài)電路的研究暫態(tài)電路的研究 原件參數(shù)的測(cè)量原件參數(shù)的測(cè)量 電路混沌效應(yīng)電路混沌效應(yīng) 電路元件伏安特性的測(cè)繪 一、儀器的選擇 圖1-1 圖1-2 級(jí)別選擇： 根據(jù)基本誤差的大小，可把電表分為不同的準(zhǔn)確根據(jù)基本誤差的大小，可把電表分為不同的準(zhǔn)確 度等級(jí)。準(zhǔn)確度等級(jí)一般為度等級(jí)。準(zhǔn)確度等級(jí)一般為0.1，0.2，0.5， 1.0，1.5，2.5，5.0七級(jí)。目前已有七級(jí)。目前已有

7、0.05級(jí)電表出級(jí)電表出 現(xiàn)?，F(xiàn)。0.1級(jí)和級(jí)和0.2級(jí)表多用來作標(biāo)準(zhǔn)表校準(zhǔn)其它電級(jí)表多用來作標(biāo)準(zhǔn)表校準(zhǔn)其它電 表，表，0.5級(jí)多用于精確度較高的測(cè)量中。電表準(zhǔn)確級(jí)多用于精確度較高的測(cè)量中。電表準(zhǔn)確 度越高，測(cè)量誤差越小，但儀器也越容易損壞度越高，測(cè)量誤差越小，但儀器也越容易損壞， 所以應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)誤差要求選擇合適的級(jí)別。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)誤差要求選擇合適的級(jí)別。 量程的選擇： 電表的相對(duì)誤差公式電表的相對(duì)誤差公式： E = 根據(jù)誤差公式得知工作狀態(tài)中電表的實(shí)際指示值越根據(jù)誤差公式得知工作狀態(tài)中電表的實(shí)際指示值越 接近量程，電表帶來的誤差越小，所以一般要求電接近量程，電表帶來的誤差越小，所以一般要求

8、電 表實(shí)際指示值要達(dá)到滿偏刻度的表實(shí)際指示值要達(dá)到滿偏刻度的2/3以上以此來減少以上以此來減少 電表帶來的誤差，但要注意不要超出所選量程。電表帶來的誤差，但要注意不要超出所選量程。 二、數(shù)據(jù)表格的制作 要測(cè)繪各種元件的伏安特性曲線，一定要了解元件的要測(cè)繪各種元件的伏安特性曲線，一定要了解元件的 特性，才能選擇正確的實(shí)驗(yàn)方法，適合的監(jiān)測(cè)電路，特性，才能選擇正確的實(shí)驗(yàn)方法，適合的監(jiān)測(cè)電路， 設(shè)計(jì)出合理的數(shù)據(jù)表格，得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論設(shè)計(jì)出合理的數(shù)據(jù)表格，得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1. 線性電阻器的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的 直線，如圖直線，如圖1-1中中a所示，該直

9、線的斜率等于該電阻器的所示，該直線的斜率等于該電阻器的 電阻值。電阻值。 2. 一般的白熾燈在工作時(shí)燈絲處于高溫狀態(tài)時(shí)，在工作時(shí)燈絲處于高溫狀態(tài)時(shí)， 其燈絲電阻隨著溫度的升高而增大，通過白熾燈的其燈絲電阻隨著溫度的升高而增大，通過白熾燈的 電流越大，其溫度越高，阻值也越大，一般燈泡的電流越大，其溫度越高，阻值也越大，一般燈泡的 “ “冷電阻冷電阻”與與“熱電阻熱電阻”的阻值可相差幾倍至十幾倍，的阻值可相差幾倍至十幾倍， 所以它的伏安特性如圖所以它的伏安特性如圖1-11-1中中b b曲線所示。曲線所示。 3. 一般的半導(dǎo)體二極管是一個(gè)非線性電阻元件，其特是一個(gè)非線性電阻元件，其特 性如圖性如圖1

10、-1中中c曲線。正向壓降很小（一般的鍺管約為曲線。正向壓降很小（一般的鍺管約為 0.20.3 V，硅管約為，硅管約為0.50.7V)，正向電流隨正向，正向電流隨正向 壓降的升高而急驟上升，而反向電壓從零一直增加到壓降的升高而急驟上升，而反向電壓從零一直增加到 十多至幾十伏時(shí)，其反向電流增加很小，粗略地可視十多至幾十伏時(shí)，其反向電流增加很小，粗略地可視 為零。可見，二極管具有單向?qū)щ娦?，但反向電壓加為零。可見，二極管具有單向?qū)щ娦?，但反向電壓?得過高，超過管子的極限值，則會(huì)導(dǎo)致管子擊穿損壞。得過高，超過管子的極限值，則會(huì)導(dǎo)致管子擊穿損壞。 4. 穩(wěn)壓二極管是一種特殊的半導(dǎo)體二極管，其正是一種特

11、殊的半導(dǎo)體二極管，其正 向特性與普通二極管類似，但其反向特性較特別，向特性與普通二極管類似，但其反向特性較特別， 如圖如圖1-1中中d曲線。在反向電壓開始增加時(shí)，其反曲線。在反向電壓開始增加時(shí)，其反 向電流幾乎為零，但當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值時(shí)向電流幾乎為零，但當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值時(shí)(稱稱 為管子的穩(wěn)壓值，有各種不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管為管子的穩(wěn)壓值，有各種不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管)電流電流 將突然增加，以后它的端電壓將維持恒定，不再隨將突然增加，以后它的端電壓將維持恒定，不再隨 外加的反向電壓升高而增大。外加的反向電壓升高而增大。 圖圖1-3 元件伏安特性曲線元件伏安特性曲線 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格：

12、1.測(cè)定線性電阻器的伏安特性測(cè)定線性電阻器的伏安特性 2.測(cè)定非線性白熾燈泡的伏安特性測(cè)定非線性白熾燈泡的伏安特性 3.測(cè)定半導(dǎo)體二極管的伏安特性測(cè)定半導(dǎo)體二極管的伏安特性 正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 4.測(cè)定穩(wěn)壓二極管的伏安特性測(cè)定穩(wěn)壓二極管的伏安特性 正向特性實(shí)驗(yàn)：正向特性實(shí)驗(yàn)：反向特性實(shí)驗(yàn)：反向特性實(shí)驗(yàn)： 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1. 測(cè)二極管正向特性時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出應(yīng)由小至大逐測(cè)二極管正向特性時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出應(yīng)由小至大逐 漸增加，漸增加， 應(yīng)時(shí)刻注意電流表讀數(shù)不得超過應(yīng)時(shí)刻注意電流表讀數(shù)不得超過35mA。 2. 如果要測(cè)定如果要測(cè)定2AP9的伏安特性，則正向特性的電壓的伏安特性，則正向特性的電壓 值應(yīng)取值應(yīng)取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21， 0.24，0.30（V），反向特性的電壓值取），反向特性的電壓值取0，2，4， 10(V)。 3. 進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先估算電壓和電流值，合理選進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先估算電壓和電流值，合理選 擇儀表的量程，勿使儀表超量程，儀表的極性亦不擇儀表的量程，勿使儀表超量程，儀表的極性亦不 可接錯(cuò)。可接錯(cuò)。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1. 根據(jù)各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 分別在方格紙上繪制出光滑分別在方格