國中學生物理競賽實驗指導書思考題參考答案-電磁學

1、 【思考題參考答案】 1 調節(jié)電阻箱的電阻為500門和51 時，電阻的誤差是多大？ 答：以0.1級為例，以每個接點的接觸電阻按 0.002門為例。 對于500門電阻從0和9999接線柱輸出，誤差為 .：R=500 0.1% 6 0.002 =0.512 對于5門電阻從0和9.9接線柱輸出，誤差為 ：R =5 0.1% 2 0.002 =0.009 2電源電壓為110V。是否可以只用一個電阻箱控制，得到 0.5A的電流？ 答：若只用一個電阻箱控制，所需電阻為 R = 110 0.5= 220Q。這需要電阻箱的 R 100檔，此檔允許電流為0.05A，實際電流大于額定電流，不能使用。 3. 對于一

2、塊四位半的數(shù)字萬用電表的直流電壓 200mV量程，可能出現(xiàn)的最大數(shù)字 是多少？最小分辨率是多少？ 答：最大數(shù)字為199.99mV。最小分辨率為0.01mV。 4. 使用數(shù)字萬用電表的直流電壓 2V量程測量直流電壓，測量值為 1.5V，測量誤 差為多少？如果測量值為0.15V，測量誤差為多少？如果換用 200mV量程測量直流電壓 0.15V，誤差為多少？ 答：我們以0.5級的三位半表為例， V = -0.5%Ux 一個字。 2V量程測量直流電壓1.5V時 U = 0.5% 1.5V，1mV二8.5mV 2V 量程測量直流電壓 0.15V 時 U = 0.5% 0.15V 1mV ： _1.8mV

3、 200mV 量程測量直流電壓 0.15V 時：U = j0.5% 150mV 0.1mV ： _0.9mV 可見，測量小電壓盡量選用低量程檔。 5. 為什么不宜用數(shù)字萬用電表的電阻檔測量表頭內阻？ 答：數(shù)字萬用電表電阻檔內置 9V電池，而微安表頭內阻在20001左右。這樣測通 過表頭的電流估計為9 2000二0.0045A = 4.5mA，這個電流遠大于微安表頭的滿量程電 流。 6. 為什么不能用數(shù)字萬用電表的電阻檔測量電源內阻？ 答：電阻檔的使用條件是被測電阻中無電流通過， 或者被測電阻兩端無電壓。對電 源內阻來說，一旦用電阻檔測量，電源就為內阻提供了電流，這樣容易燒毀電表。 實驗十二制流

4、和分壓電路 【思考題參考答案】實驗十 學習使用數(shù)字萬用表 1 在連接分壓電路時，有人將電源的正、負極 經(jīng)過開關分別連到變阻器的一個固定端和滑動端。 這種連接方法對么？會有什么問題？ 答：電路如圖，這種連接方法不對。這種電路 負載電阻被短路不會分壓。 2 .有一分壓電路如圖(實驗的那個電路)，負載電阻RL =5.1k，電壓表內阻為 RV “Ok，變阻器電阻為尺。 (1) 若希望分壓均勻，應選擇哪種規(guī)格的變阻器？ (a) 51A ； (b) 100J0.5A (c) 10000.2A (2) 當滑動頭分別滑到A、B兩端時，電壓表示數(shù)為多少？ (3) 設電源電壓恒定，變阻器按(1)作了正確選擇，但是

5、 A端到電源負極的導 線斷了。當滑動頭滑到B端時，電壓表示數(shù)為多少 答：(1 )這里電壓表內阻與負載電阻并聯(lián)才是真正的負載電阻。即 RL0二RLFV =3.4k，要使分壓均勻， 一 RL0.R 一2，兼顧省電，選(c)。 (2) 當滑動頭分別滑到A、B兩端時，電壓表示數(shù)分別為0和E; (3) 這成了制流電路，當滑動頭滑到 B端時，電壓表示數(shù)為E。 3.設計固定分壓比的分壓電路，電源電壓1 V，RL =1000，要求分壓比為 0.1 如果要求分壓比Y =0.001，電路應如何調整？ 答：電路如圖，分壓比為她直二丫 選 & 2，則衛(wèi)2 Y，即丫 R+R2 R2+RL R2 +1000 (1

6、) 丫=0.1，可以求出 R2=52.，R = R/2-R2 =447.50 (2) 丫 =0.001，可以求出 金=0.50，R =RL/2 R2 =499.5Q 補充思考題分壓電路和制流電路都能控制負載上的電壓和流過負載的電流。使用 這兩種控制電路有何不同？(想一下什么情況下使用制流電路或分壓電路) 答：(1)它們的電壓調節(jié)范圍不同，分壓電路電壓調節(jié)范圍為 0-E，制流電路調節(jié) R 的負載電壓范圍為 -L E -E; (2)調節(jié)的均勻性不同，分壓電路-R R -2比較 RL +R。 B 1 RL I E _ 廠 K 丿AL C 均勻，不影響電壓范圍，制流電路二RL.-0 -2雖然也比較均勻

7、，但值影響電壓范圍, 調節(jié)越均勻輸出范圍越?。唬?）消耗的電功率不同，如果兩種電路輸出電壓范圍相同， 制流電路比分壓電路省電。 實驗十四磁電式直流電表的改裝 【思考題參考答案】 1 如果預先不知道表頭內阻，能否在改裝電壓表的同時確定表的內阻。電路見課 本第64頁，圖14-5。 答：可以。先將電阻箱 Rs調到.U Ig，改裝后，在輸入端加上滿量程電壓 U，逐 步減小Rs使表頭滿偏。有I g Rg Rs = U ， Rg .Rs。從電阻箱讀出Rs就可以計算 1 g 內阻。 2用半偏法測量電表內阻時，如果不滿足 R+R2Rg的條件，應如何計算Rg。 答： 見課本第63頁圖14-2。 滿偏時電源端電壓

8、為Ig & R, R2， 半偏時電源端 電壓為Ig2 l& Rg/Ro Ri R2，電源電阻不計，有 Ig 2 IR Rg/Ro R R2 = I g Rg Ri R2 又 RgIg NiRoRo 解出 Rg二R R R Ri + & - Ro 3 在被改裝表的零點和滿度校準好之后，在零點和滿度之間的各刻度仍然不準。 試分析產(chǎn)生這一結果的原因。 答：這有可能是刻度位置不準或者磁場不夠徑向均勻，后者造成線圈轉到不同位置 受的磁力矩不夠線性，這樣線圈在不同位置獲得的力矩是不成比例的。 補充思考題用半偏法測量電表內阻時，如果不滿足R R2Rg的條件。定性分 析，按半偏法計算R

9、g時比真值大還是小。 答：比真值小。分析如下，半偏法給出 Rg測二Ro，當Ri R2不夠大時，并聯(lián)Ro后, 因總電阻明顯減小，即時調節(jié)Ro使電流表半偏，干路電流會大于Ig,也就是說IRO Ig/2， 從而 Ro : Rg。 【補充思考題】改裝歐姆表，學習課本第67-68頁 實驗十五 用量程為 200mV的直流數(shù)字電壓表組裝 多量程的直流電壓表和直流電流表 【思考題參考答案】 試比較用數(shù)字萬用電表和磁電式電表分別組裝多量程直流電壓表和直流電流表的 原理有什么不同之處？又有什么相同之處？ 答：不同之處有：（1）磁電式微安表頭的內阻不夠大，而數(shù)字電壓表基本量程的內 阻可以看成無窮大。這樣，在用磁電式

10、微安表頭改裝電表時要考慮內阻的影響； （2）用 磁電式微安表頭改裝電壓表是將表頭與電阻直接串聯(lián)分壓， 改裝電流表是將表頭與電阻 直接并聯(lián)分流。而直流數(shù)字電壓表改裝電壓表是利用幾個電阻串聯(lián)分壓，用 200mV基 本量程測量分電壓，總電壓被擴大。直流數(shù)字電壓表改裝電流表是將基本量程與相應電 阻并聯(lián)，但基本量程所在支路電流不計，只是實現(xiàn) I-U轉換。 相同之處：電阻串聯(lián)分壓改裝電壓表，電阻并聯(lián)分流改裝電流表。 補充思考題用200mV直流數(shù)字電壓表改裝歐姆表 Ri、R2組成分壓電路，輸入端短路時，調節(jié)變阻器，使 R2分得的電壓為數(shù)字電壓 表滿度電壓。接入被測電阻 Rx后，R2分的的電壓與Rx有關，達到

11、測量電阻的目的。 短路的電路方程為 - - - 200mV 數(shù)字電壓表 Ug R2 E Ri R2 R0 當被測電阻接入電路時，電路方程為 U _ R2 E Ri R2 R0 Rx 實驗十七直流平衡電橋 【思考題參考答案】 1 如果按圖（課本第78頁圖17-2）連接電橋電路，經(jīng)檢查接線無誤，接通電源進 行測量時卻發(fā)現(xiàn)如下情況，問，電路有何故障？（注：以數(shù)字表 200mV為示零器為例） （1） 示零器的示值沒有變化；（2）示零器的示值極性不變。 答：（1）有一個橋臂斷路，如果示零器上 “ +” “”示值不發(fā)生變化，說明 R2或 Rx所在橋臂斷路；如果示零器下 “ +”上“”示值不發(fā)生變化，說明

12、R0或R1所在橋臂 斷路。 （2） 比例臂R1/ R2數(shù)值過大或過小，電橋難于平衡。 所以 U = 1 Rx R R2 R0 2 下列因素是否會加大測量誤差？ （1）電源電壓大幅下降；（2）電源電壓稍有波動；（3）在測量較低電阻時，導線 電阻不可忽略；（4）示零器的靈敏度不夠高。 答：（1）（ 3）（4）會加大測量誤差，（2）不會加大測 口 辛 .量誤0 【補充思考題】用電橋法測量一個磁電式微安表內阻 已知一塊電磁式微安表的量程為 0200A ,內阻約為 500 o提供的儀器有：電阻箱三個、變阻器（電阻 50）、 干電池一節(jié)、單刀開關兩個。 （1）由于微安表不能超過滿度值，加在電橋兩端電 壓不

13、能高，用變阻器接成分壓器為電橋提供電壓；（2）微 安表指針不能反轉，表的正極通過橋路與電源正極一致； （3）沒有示零器，用開關和微安表配合判斷平衡； 電路如圖。取比例臂電阻都為500.1，比較臂電阻在 零；合上電源開關，緩慢提高電源輸出電壓，使微安表有一個較大讀數(shù)；合一下平 衡指示開關，看微安表示數(shù)變化，根據(jù)情況調節(jié) R。，直至當合上平衡指示開關前后，微 安表示數(shù)不變，電橋平衡，進行讀數(shù)。 實驗十八 學習使用示波器 【思考題參考答案】 1 如果示波器良好，但是開機后熒光屏上無光點出現(xiàn)，哪些旋鈕不合適會出現(xiàn)這 種情況？應怎樣調節(jié)才能使光點出現(xiàn)？ 答：水平位移太偏、豎直位移太偏、輝度太低。使這些旋

14、鈕處于適中位置。 2 如果觀察到熒光屏上波形不斷向右移動，說明鋸齒波電壓頻率是偏高還是偏低？ 答：偏咼 3 用示波器觀測周期性信號時，信號的頻率恒定，改變掃描頻率能否使顯示的波 形周期數(shù)變化？保持掃描頻率恒定，改變信號的頻率能否使顯示的波形周期數(shù)變化？它 們的作用原理有什么不同？上述兩種情況下， 如果保持示波器的X增益恒定，那么橫坐 標每一格代表的時間值是否發(fā)生變化？ 答：第一問：兩種情況都能使顯示波形的周期數(shù)變化。第二問：第一種情況如果減 小掃描速率（即增大掃描周期），顯示的波形個數(shù)增多；第二種情況增大信號頻率，使 掃描信號周期與信號周期的整數(shù)比增大，顯示的波形個數(shù)增多。第三問：第一種情況，

15、 橫坐標每一格代表的時間值變化，第二種情況，橫坐標每一格代表的時間值不變。 實驗十九觀察電容特性 【思考題參考答案】 補充思考題在觀察RC電路中uc波形時，連接示波器為什么要共地?5001左右，分壓器輸出接近 K D I R2 B 1 b 答：實際實驗時，在RC 路兩端引進一個方波，相當于能 自動短路和加電源，但方波中低 電位（電平）定義為零時，高電 位（電平）是對信號源的地而言 的。在示波器中顯示的信號電位 是對自己的地而言的， 在顯示電容器充電和放電的 uc或UR波形時，如果共地連接，如 圖（a）（b）所示，充電使用的電壓和充放電過程中 Uc或UR對應的電位才統(tǒng)一，并且這時加 在示波器垂直

16、偏轉板的信號電壓始終是 Uc或UR，從而顯示Uc或UR波形。 實驗二十黑盒子 【思考題參考答案】 1 使用數(shù)字萬用電表的電阻量程測試二極管，當呈現(xiàn)低電阻值時，與哪個表筆接 觸的是二極管的正極？為什么？ 答：與紅表筆接觸的是二極管的正極。因為，呈現(xiàn)低電阻值時，二極管處于正向偏 置而導通，二極管正極電位高于負極電位。而數(shù)字萬用電表的電阻量程，紅表筆與內部 電池的正極連接，只有當紅表筆接二極管正極，黑表筆接負極時，二極管才會導通。 2如果黑盒子中裝的是電解電容，其電容值為幾百到上千微法，應怎樣判定電容 的正負極？ 答：用數(shù)字萬用電表電阻量程 R*100或者R*1K檢測，將萬用表打到電阻量程（正 負表

17、筆要正確插入），兩表筆打住電解電容兩引腳，如果測出的電阻由小變大的話，紅 表筆接的那個引腳是正極。如果一開始電阻就很大，那么，紅表筆接的那個引腳是負極。 【補充思考題】黑盒子實驗中，如果用萬用表歐姆檔正反兩次檢測某兩個接線柱之 間均為短路或斷路，怎樣判斷真的是短路或斷路。 答：對于短路和小電阻要區(qū)分開，換用 200檔重復測量，如果仍無電阻判斷為短 路,如果有電阻，說明有小電阻。對于斷路和大電阻要區(qū)分開，換用200C檔重復測量， 如果仍為無窮大判斷為斷路，如果有電阻，說明有大電阻。 實驗二十三用霍爾效應測量磁場 【思考題參考 答案】判斷霍爾片 上的磁場方向，并 簡圖示意。 答：利用霍爾 效應產(chǎn)生的原因， 容易得到下列結論：p型半導體霍爾片，磁場方向指向霍爾電流 I與 霍爾電勢降低方向（霍爾電場EH方向）的右手螺旋拇指指向。n型半導體霍爾片，磁場 方向指向霍爾電流I與霍爾電勢降低方向（霍爾電場 EH方向）的右手螺旋拇指指向相 反。示意圖如圖所示。 【補充思考題