黑箱实验论文.docVIP

探秘黑箱（小箱B） 物教111 海波波1314 学号【摘要】已知小黑箱内可能含有电源、电阻、二极管和电容，并根据万用表连接到各元件两端可能出现的情况，利用万用表探究出小黑箱内部的电路结构。 【关键词】黑箱、万用表 黑箱，指的是内部结构和特性不能直接通过外部观测和试验去认识的其性能和特性的系统和客体。求解这种未知系统的问题，就是黑箱问题。这些黑箱的每部结构和机理还不清楚，需要我们去了解和认识。在物理学中，我们常常会遇到很多黑箱问题，我们需学会抓住关键，去解决这些问题，才能培养我们的创新思维和独立思考的能力。 研究黑箱的方法有两种：一种是开启黑箱，将黑箱分为局部，研究其内部结构和功能，但是由于开启黑箱可能会引起黑箱本身结构和功能的变化，对黑箱造成不必要的破坏，而且由于技术问题有些黑箱无法打开或者有些黑箱不允许打开，开启黑箱对其进行探究的方法无法实现，所以这种方法受到了很大的限制。第二种方法则是不开启黑箱，而是通过对黑箱输入信心，观察黑箱的输出信息，并对输出的结果进行逻辑分析、推理，从而推测出黑箱的内部结构，对黑箱进行控制。下面我们所采取的就是第二种方法来探究小黑箱B的内部结构和功能。 【实验目的】用多用电表探测黑箱内的电学元件． 【实验原理】 万能表内部电路图万能表的工作原理 万能表内部电路图 E rG E r G R 红表笔 黑表笔 黑箱内是否有电源。 万能表的欧姆档是根据闭合电路欧姆定律制成的。其电路如图所示，使电阻调零时，表头指针满偏。当红、黑表笔间接入某电阻RX时，RX对应的值可以读出。 各元件的特性 ①电源：电源接入万能表的电压档时，指针会发生偏转。 ②定值电阻：若将定值电阻按正反向接入万能表欧姆档，无论是正接还 是反接，输出的电压值都相同。 ③电容：根据电容的充放电原理可知，将其接入万能表的欧姆档的瞬间， 指针会先偏转一定角度，然后再回到零点；同样，在断开时也会有相同的结果。 ④二极管：由于二极管是单向导通的，当加上正向电压时，它的电阻很小，指针偏转很大，当给二极管加上反向电压时，它的电阻变得很大，指针不偏转。 31 3 1 24 2 4 黑箱外部二极管 黑箱外部 二极管 实验思路：给黑箱一个刺激（输入），观察其反映（输出），并分析多组输入和输出的对应关系，来推测黑箱内部结构并加以控制的方法。 关于求解黑箱的问题，需较多地采用了由果求因的逆向思维方法，且造成同一结果的原因可能有多种，必须严格分析。 用电压挡测量待测两端电压 用电压挡测量待测两端电压 U = 0 ？ 否 内含电源 是 用欧姆表测量待测两端电阻 反向R→∞ ？ 断路 是 可能有二极管 否 反向R=C ？ 定值电阻 R=C（定值） 反向R→0 ？ 短路 可能有二极管 否 是 R→0 R→∞ 指针偏转后又回到零刻度 指针偏转后又回到零刻度 电容 电容 输出信号可能性分析图 输出信号可能性分析图 【步骤规范】 一.识别多用电表 1.识别多用表的选择开关、欧姆挡、欧姆挡倍率、刻度盘 2.将红、黑表笔分别插入测试笔插孔 3.调零，将指针调整到中心刻度位置 4.选择合适的倍率准备开始实验 用电压档探测黑箱内是否有电源 将万能表调到电压档，调节适当的倍率； 用红、黑表笔将黑箱的四个触电两两接入万能表，观察输出信号； 若确定黑箱中无电源则可进行下面的步骤，若有电源则需用其他方法进行探究； 三.用欧姆挡探测黑箱内的其它元件 1.将红、黑表笔短接，调节调零旋钮，使指针指在零欧姆处（每变换倍率，均需重新调零）； 2.将两表笔分别与黑箱上的触点两两接触，记录下示数大小（不要用手去接触电阻两端读数应正确，并有适当的估读）； 3.按照实验思路中的“输出信号可能性分析图”推理出黑箱内的元件及内部机构； 四．根据以上推理画出结黑箱内部的结构图。 【实验数据】 用电压档测两两触点之间电压均为0，因此黑箱内部无电源； 触 点 1 2 1 3 1 4 2 3 2 4 3 4 正 接 3800 偏转→回零 680 +∞ 2000 +∞ 反 接 +∞ 偏转→回零 +∞ +∞ 2000 +∞ 【结果分析】 由实验数据可推知： 1-2:二极管 1-3:电容 3-4:断路 2-4:定值电阻 1-4:二极管 2-3:断路 电容根据电学知识计算以及电路分析得下图： 电容 31 3 1 770Ω二极管3800Ω二极管断路2000Ω定值电阻442 770Ω二极管 3800Ω二极管 断路 2000Ω定值电阻 44 2 【结论】 我们通过对黑箱输入信号，并根据黑箱输出的信号对数据进行分析，最后得出了黑箱内部的结构，通过该实验，我们能够更加深刻地了解各元件的特性，并提高了动手能力。