物理奧林匹克夏令營 何希慶教授講座(電學(xué)實驗試題解析)

1、1中學(xué)生奧林匹克物理夏令營實驗系列講座中學(xué)生奧林匹克物理夏令營實驗系列講座o 主講教師主講教師 何希慶何希慶o 山東大學(xué)物理與微電子學(xué)院山東大學(xué)物理與微電子學(xué)院 2007.7 濟南濟南2名片名片o何希慶何希慶 教授教授 o全國中學(xué)生物理競賽委員全國中學(xué)生物理競賽委員o通訊地址：濟南市洪家樓通訊地址：濟南市洪家樓5號號 山東大學(xué)物理與微電子學(xué)院山東大學(xué)物理與微電子學(xué)院o郵編：郵編：250100o電話電話：88377035-8401oEmail:o網(wǎng)址：網(wǎng)址： 3授課內(nèi)容授課內(nèi)容第一講第一講 關(guān)于物理競賽中的問題關(guān)于物理競賽中的問題第二講第二講 電學(xué)中的實驗方法電學(xué)中的實驗方法第三講第三講 競賽實

2、驗試題解析競賽實驗試題解析o電阻組合測量電阻組合測量o黑盒子問題黑盒子問題航標(biāo)燈自動控制航標(biāo)燈自動控制o非平衡電橋及其應(yīng)用非平衡電橋及其應(yīng)用溫度自動控制溫度自動控制o數(shù)字萬用電表設(shè)計及其應(yīng)用數(shù)字萬用電表設(shè)計及其應(yīng)用 o發(fā)光二極管的光電特性及其應(yīng)用發(fā)光二極管的光電特性及其應(yīng)用交通燈控制電路設(shè)計交通燈控制電路設(shè)計 4第一講第一講 關(guān)于物理競賽中的問題關(guān)于物理競賽中的問題o 競賽宗旨競賽宗旨o(jì) 命題事宜命題事宜o 競賽改革競賽改革o 實施方案實施方案o 命題趨勢命題趨勢o 解題技巧解題技巧o 競賽日程競賽日程5競賽宗旨競賽宗旨 o 弘揚奧林匹克精神；弘揚奧林匹克精神；o 選拔具有國際競爭力的選拔具有

3、國際競爭力的創(chuàng)新人才；創(chuàng)新人才；o 推動中學(xué)物理教學(xué)；推動中學(xué)物理教學(xué)；o 促進物理學(xué)科的發(fā)展。促進物理學(xué)科的發(fā)展。 6命題事宜命題事宜o 命題原則命題原則：圍繞競賽大綱，以教材內(nèi)容為依據(jù)，注重：圍繞競賽大綱，以教材內(nèi)容為依據(jù)，注重考查學(xué)生的基本知識、實驗技能和創(chuàng)新意識，充分體考查學(xué)生的基本知識、實驗技能和創(chuàng)新意識，充分體現(xiàn)奧林匹克精神；現(xiàn)奧林匹克精神；o 試題內(nèi)容試題內(nèi)容：具有深度、廣度、自由度，體現(xiàn)重點、難：具有深度、廣度、自由度，體現(xiàn)重點、難點、知識點、創(chuàng)新點；點、知識點、創(chuàng)新點；o 試題格式試題格式：題目、儀器與用具、要求、參考資料等。：題目、儀器與用具、要求、參考資料等。7競賽改革競

4、賽改革o 固定教材固定教材 全國中學(xué)生物理競賽實全國中學(xué)生物理競賽實驗指導(dǎo)書驗指導(dǎo)書北大出版社北大出版社o 固定內(nèi)容固定內(nèi)容 指導(dǎo)書中的指導(dǎo)書中的34個實驗是全個實驗是全國中學(xué)生物理競賽個賽區(qū)國中學(xué)生物理競賽個賽區(qū)復(fù)賽實驗考試范圍。復(fù)賽實驗考試范圍。8o 公布時間公布時間 本省確定的復(fù)賽實驗考試內(nèi)容范圍必須向本省準(zhǔn)備參加物理競賽的本省確定的復(fù)賽實驗考試內(nèi)容范圍必須向本省準(zhǔn)備參加物理競賽的全體考生公布，公布的時間不得晚于復(fù)賽考試前六個月（全體考生公布，公布的時間不得晚于復(fù)賽考試前六個月（3月月3日日前）。前）。o 考試范圍考試范圍 各省的復(fù)賽實驗試題必須從本省公布的實驗中選定。各省的復(fù)賽實驗試題

5、必須從本省公布的實驗中選定。 根據(jù)指導(dǎo)書涉及內(nèi)容，結(jié)合我省的實際情況，擬定根據(jù)指導(dǎo)書涉及內(nèi)容，結(jié)合我省的實際情況，擬定24個實驗題目個實驗題目作為作為24屆復(fù)賽實驗題目命題范圍。屆復(fù)賽實驗題目命題范圍。 第五屆夏令營實驗培訓(xùn)內(nèi)容第五屆夏令營實驗培訓(xùn)內(nèi)容9o 命題小組命題小組 選拔業(yè)務(wù)水平較高、教學(xué)經(jīng)驗豐富、作風(fēng)正派的高校教師，組建命題小組選拔業(yè)務(wù)水平較高、教學(xué)經(jīng)驗豐富、作風(fēng)正派的高校教師，組建命題小組o 保密措施保密措施 1、對于命題教師身份嚴(yán)格保密、對于命題教師身份嚴(yán)格保密 2、學(xué)生實驗考號由導(dǎo)考人員隨機確定、學(xué)生實驗考號由導(dǎo)考人員隨機確定 3、復(fù)賽當(dāng)天上午由命題教師培訓(xùn)監(jiān)考老師和評卷教師，

6、熟悉實驗、復(fù)賽當(dāng)天上午由命題教師培訓(xùn)監(jiān)考老師和評卷教師，熟悉實驗儀器，擬定試驗方案，記錄實驗數(shù)據(jù)，制定評分細則等。儀器，擬定試驗方案，記錄實驗數(shù)據(jù)，制定評分細則等。 4、從而達到監(jiān)考、閱卷、學(xué)生三分離，、從而達到監(jiān)考、閱卷、學(xué)生三分離， 5、命題教師參與評卷工作，協(xié)助評卷教師解決考試中出現(xiàn)的特殊、命題教師參與評卷工作，協(xié)助評卷教師解決考試中出現(xiàn)的特殊問題。問題。10o 關(guān)于教程關(guān)于教程 “指導(dǎo)書指導(dǎo)書”只是規(guī)定了考試大綱和內(nèi)容，但不是考題，只是規(guī)定了考試大綱和內(nèi)容，但不是考題，這難免出現(xiàn)會做實驗，但不一定會做考題的情況。這難免出現(xiàn)會做實驗，但不一定會做考題的情況。 因此，新編因此，新編中學(xué)生奧

7、林匹克物理夏令營實驗培訓(xùn)教程中學(xué)生奧林匹克物理夏令營實驗培訓(xùn)教程配備相關(guān)試題，拓展物理知識，增強做實驗的興趣。配備相關(guān)試題，拓展物理知識，增強做實驗的興趣。11o 幾點啟示幾點啟示、實驗考試是比較薄弱的環(huán)節(jié)，乃是困擾著我省決、實驗考試是比較薄弱的環(huán)節(jié)，乃是困擾著我省決賽成績不盡人意的因素之一。賽成績不盡人意的因素之一。 例如，例如，21屆青島二中的李寅同學(xué)決賽理論成績排在屆青島二中的李寅同學(xué)決賽理論成績排在全國第八位，實驗成績將他拉到二等獎的第一名，與一全國第八位，實驗成績將他拉到二等獎的第一名，與一等獎最后一名僅差等獎最后一名僅差0.5分，給他留下了遺憾，給我們提分，給他留下了遺憾，給我們提

8、出了警示！出了警示！12 2、必須加強中學(xué)實驗教學(xué)、實驗技能的培養(yǎng)、強化選、必須加強中學(xué)實驗教學(xué)、實驗技能的培養(yǎng)、強化選手的實驗培訓(xùn)，增強自信心。盡管與這兩屆的決賽題目手的實驗培訓(xùn)，增強自信心。盡管與這兩屆的決賽題目相近的內(nèi)容，我們在決賽輔導(dǎo)中均涉及到了相關(guān)內(nèi)容。相近的內(nèi)容，我們在決賽輔導(dǎo)中均涉及到了相關(guān)內(nèi)容。 例如，利用電橋原理設(shè)計乘法器、電阻率的組合例如，利用電橋原理設(shè)計乘法器、電阻率的組合測量，幾乎與題目一致。但就是缺乏基本功的訓(xùn)練和實測量，幾乎與題目一致。但就是缺乏基本功的訓(xùn)練和實驗技能的培養(yǎng)，實驗素質(zhì)困乏，缺乏自信，不能舉一反驗技能的培養(yǎng)，實驗素質(zhì)困乏，缺乏自信，不能舉一反三，另外兩

9、個光學(xué)題也涉及到相關(guān)內(nèi)容。三，另外兩個光學(xué)題也涉及到相關(guān)內(nèi)容。133、強化決賽培訓(xùn)初見成效、強化決賽培訓(xùn)初見成效 06年山東省濟賽委員會采取果斷措年山東省濟賽委員會采取果斷措施，對五名選手進行系統(tǒng)、為期施，對五名選手進行系統(tǒng)、為期20余天的培訓(xùn)，成績明顯提高。余天的培訓(xùn)，成績明顯提高。14o我省代表隊由我省代表隊由5名選手組成，經(jīng)過決賽前的名選手組成，經(jīng)過決賽前的20余天的理論、實驗余天的理論、實驗強化培訓(xùn)，信心倍增、成效顯著，取得一等獎強化培訓(xùn)，信心倍增、成效顯著，取得一等獎1名，二等獎名，二等獎4名，名，其中李鑫同學(xué)總成績排名第十八位，郝陽同學(xué)實驗成績排名第二其中李鑫同學(xué)總成績排名第十八位

10、，郝陽同學(xué)實驗成績排名第二位，為山東賽區(qū)贏得了榮譽；為今年的第位，為山東賽區(qū)贏得了榮譽；為今年的第24屆代表隊組成（屆代表隊組成（6名）名）贏得了一個附加名額；為山東賽區(qū)一等獎名額分配增加了三個指贏得了一個附加名額；為山東賽區(qū)一等獎名額分配增加了三個指標(biāo)。標(biāo)。o山東賽區(qū)一等獎名額山東賽區(qū)一等獎名額o 50名！名！o o47 23屆2006年 24屆2007年一等獎一等獎 山東代表隊5 615o 來自第來自第2323屆山東代表隊隊員屆山東代表隊隊員o 清華大學(xué)本科生清華大學(xué)本科生o 壽光一中學(xué)生壽光一中學(xué)生董磊同學(xué)的祝福董磊同學(xué)的祝福16 董磊：您好！董磊：您好！ 前幾天去你們學(xué)校在特刊上和宣傳

11、欄里看到你和李鑫以及孫永強的熟前幾天去你們學(xué)校在特刊上和宣傳欄里看到你和李鑫以及孫永強的熟悉面孔，感到很親切、欣慰、自豪。你們不僅給學(xué)校贏得了榮譽，也給山悉面孔，感到很親切、欣慰、自豪。你們不僅給學(xué)校贏得了榮譽，也給山東省贏得了榮譽，也為我這位全國競賽委員爭了口氣（因為前兩屆成績不東省贏得了榮譽，也為我這位全國競賽委員爭了口氣（因為前兩屆成績不理想），正因如此，才下決心進行較長時間的培訓(xùn)，我們的實驗成績普遍理想），正因如此，才下決心進行較長時間的培訓(xùn)，我們的實驗成績普遍提升，也提升，也“很有成效很有成效”。我想實驗培訓(xùn)不僅對決賽考試有益，而且對你們。我想實驗培訓(xùn)不僅對決賽考試有益，而且對你們今

12、后今后的實驗技能的提高打下了良好基礎(chǔ)。的實驗技能的提高打下了良好基礎(chǔ)。謝謝你對競賽的關(guān)注和對老師的崇敬。謝謝你對競賽的關(guān)注和對老師的崇敬。衷心希望，在今后的學(xué)習(xí)中，刻苦努力，奮力拼搏，不斷取得優(yōu)異成衷心希望，在今后的學(xué)習(xí)中，刻苦努力，奮力拼搏，不斷取得優(yōu)異成績！祝你學(xué)業(yè)有成！績！祝你學(xué)業(yè)有成！ 何老師何老師17o 存在問題存在問題在決賽輔導(dǎo)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生做實驗：在決賽輔導(dǎo)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生做實驗：o 不規(guī)范，背步驟，蒙數(shù)據(jù)，不規(guī)范，背步驟，蒙數(shù)據(jù)，o 不注意審題，急于求成，不注意審題，急于求成，o 不注意觀察物理現(xiàn)象，不注意觀察物理現(xiàn)象，o 不太會分析實驗結(jié)果，不太會分析實驗結(jié)果，o 不容易得出正確結(jié)論。

13、不容易得出正確結(jié)論。18第第2323屆競賽情況屆競賽情況o 初賽人數(shù)近初賽人數(shù)近9 萬人，萬人，o 復(fù)賽人數(shù)復(fù)賽人數(shù)2300人人 o 一等獎一等獎47名名o 二等獎二等獎180名名o 三等獎三等獎772名名o 深圳決賽情況深圳決賽情況o 參賽選手參賽選手 5名名o 決賽成績決賽成績 1個一等獎個一等獎o 4個二等獎個二等獎o 錄取情況錄取情況 北京大學(xué)北京大學(xué)4名名o 清華大學(xué)清華大學(xué)1名名19第第24屆物理競賽日程屆物理競賽日程/第第24屆山東賽區(qū)代表隊屆山東賽區(qū)代表隊o 預(yù)賽時間預(yù)賽時間 9月月2日日 地點地點 各市各市o 復(fù)賽時間復(fù)賽時間 9月月22日日 地點地點 濟南濟南o 決賽時間決

14、賽時間 11月月3日日8日日 地點地點 寧波寧波o 第第24屆山東賽區(qū)代表隊屆山東賽區(qū)代表隊 6名選手名選手o 第第24屆山東賽區(qū)一等獎屆山東賽區(qū)一等獎 50名名20實施方案實施方案1、合理整合優(yōu)化配置全委會要求的、合理整合優(yōu)化配置全委會要求的競賽儀器；競賽儀器；2、結(jié)合、結(jié)合“指導(dǎo)書指導(dǎo)書”，編寫夏令營培，編寫夏令營培訓(xùn)教程；訓(xùn)教程；建立物理競賽培訓(xùn)基地，提升山建立物理競賽培訓(xùn)基地，提升山東賽區(qū)決賽成績；東賽區(qū)決賽成績；4、協(xié)助試點學(xué)校，建設(shè)復(fù)合型多功、協(xié)助試點學(xué)校，建設(shè)復(fù)合型多功能創(chuàng)新實驗室。能創(chuàng)新實驗室。21命題趨勢命題趨勢o 考察實驗技能考察實驗技能o 聯(lián)系當(dāng)今科技聯(lián)系當(dāng)今科技o(jì) 突出

15、物理思想突出物理思想o 解決問題能力解決問題能力o 知識整合應(yīng)用知識整合應(yīng)用22解題技巧解題技巧o 審題要仔細審題要仔細o 原理要清晰原理要清晰o 方法要得當(dāng)方法要得當(dāng)o 步驟要合理步驟要合理o 現(xiàn)象要記錄現(xiàn)象要記錄o 數(shù)據(jù)要真實數(shù)據(jù)要真實o 操作要規(guī)范操作要規(guī)范o 書寫要整齊書寫要整齊23第二講第二講 電學(xué)中的實驗方法電學(xué)中的實驗方法一、常測電學(xué)量一、常測電學(xué)量o電流電流o電壓電壓o電動勢電動勢o電阻電阻o電容電容o電感電感o電場電場o磁場磁場o電功電功o電功率電功率o電阻率等電阻率等二、常用用具二、常用用具o電流表、電壓表、歐姆表、萬用表電流表、電壓表、歐姆表、萬用表o電池、標(biāo)準(zhǔn)電池、電源

16、、變壓器電池、標(biāo)準(zhǔn)電池、電源、變壓器o電阻箱、變阻器、電容器、電感電阻箱、變阻器、電容器、電感o開關(guān)、二極管、三極管等開關(guān)、二極管、三極管等三、常規(guī)儀器三、常規(guī)儀器o電橋電橋o電勢差計電勢差計o信號發(fā)生器信號發(fā)生器o示波器等示波器等24四、電學(xué)中的實驗方法四、電學(xué)中的實驗方法o 歐姆表法歐姆表法o 伏安法伏安法o 替代法替代法o 電橋法電橋法o 補償法補償法o 半偏法半偏法o 示波法示波法o 圖解法圖解法o 感應(yīng)法感應(yīng)法o 模擬法模擬法25伏安法及其應(yīng)用伏安法及其應(yīng)用【例【例1 1】用伏安法測量電阻用伏安法測量電阻【實驗器材【實驗器材】穩(wěn)壓電源、電壓表（內(nèi)阻穩(wěn)壓電源、電壓表（內(nèi)阻RV）電流表（

17、內(nèi)阻）電流表（內(nèi)阻RA）待測電阻）待測電阻RX、單刀開關(guān)。、單刀開關(guān)。【實驗分析【實驗分析】o基本原理基本原理：歐姆定律：歐姆定律 RX= RX的兩端電壓的兩端電壓U/通過通過RX的電流的電流Io應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍：主要用于測量電阻，尤其適用于測量非線性電阻（如二極管）：主要用于測量電阻，尤其適用于測量非線性電阻（如二極管）的伏安特性。的伏安特性。o方法特點方法特點：系統(tǒng)誤差研究、非線性電阻測量，但操作較繁：系統(tǒng)誤差研究、非線性電阻測量，但操作較繁o方法問題方法問題：產(chǎn)生系統(tǒng)誤差：產(chǎn)生系統(tǒng)誤差 o消除辦法消除辦法:（1）采用電流表外接法或電流表內(nèi)接法（采用電流表外接法或電流表內(nèi)接法（2）計算法）

18、計算法(修正）修正）261、電流表外接法，如圖所示，在該電路中電流表給出的電流表外接法，如圖所示，在該電路中電流表給出的電流電流IA應(yīng)等于電阻應(yīng)等于電阻RX上通過的電流上通過的電流I和電壓表上通過的和電壓表上通過的電流電流IV之和，則測量絕對誤差之和，則測量絕對誤差 主要來源于電壓表的分主要來源于電壓表的分流電流流電流IV ，取，取I= IV ，則，則 IRV =IRx 相對誤差相對誤差E1為為:uxRRIIE1272、電流表內(nèi)接，如圖所示，在該電路中電壓表給出的電壓電流表內(nèi)接，如圖所示，在該電路中電壓表給出的電壓U是電阻是電阻RX上的電壓上的電壓UX與電流表上的電壓與電流表上的電壓UA之和，

19、則測量之和，則測量絕對誤差主要來源于電流表上的壓降絕對誤差主要來源于電流表上的壓降UA。取。取U=UA，則，則 相對誤差：相對誤差： E2=U/ Ux=Ra/RxxxARURU283、 電流表內(nèi)、外接法的判別式。電流表內(nèi)、外接法的判別式。若若E1E2, ,則則 當(dāng)待測電阻當(dāng)待測電阻 的影響就可忽略不計的影響就可忽略不計 電流表內(nèi)接法（大）電流表內(nèi)接法（大） 的影響就可以忽略不計的影響就可以忽略不計 電流表外接法電流表外接法 （小）（小）.說明：通過電流表內(nèi)外接法的選擇，可以減小相對誤差，說明：通過電流表內(nèi)外接法的選擇，可以減小相對誤差，xAuxRRRRuAxRRR uAxRRR uAxRRR

20、ARVR294、修正公式修正公式 若根據(jù)采用的不同接法，分別將測量結(jié)果用相應(yīng)的修若根據(jù)采用的不同接法，分別將測量結(jié)果用相應(yīng)的修正公式進行修正，則不論采用哪種接法均可得到正確正公式進行修正，則不論采用哪種接法均可得到正確結(jié)果（可以去除表頭內(nèi)阻引起的誤差）結(jié)果（可以去除表頭內(nèi)阻引起的誤差） ：o 電流表內(nèi)接電流表內(nèi)接o 電流表外接電流表外接VVAXXRUIURAAVXRIUR30【注意事項注意事項】 1 1、正確使用開關(guān)。、正確使用開關(guān)。 2 2、電表的使用。電表的使用。 3 3、電流表內(nèi)外接法判別式的正確使用。電流表內(nèi)外接法判別式的正確使用。 4 4、根據(jù)儀表實際分度情況確定有效數(shù)字位數(shù)、根據(jù)儀

21、表實際分度情況確定有效數(shù)字位數(shù), ,不能隨意估讀，影響測量精度。不能隨意估讀，影響測量精度。 5 5、修正公式的正確使用。、修正公式的正確使用。 31半偏法及其應(yīng)用半偏法及其應(yīng)用【例【例2】用半偏法測量電表用半偏法測量電表A1的內(nèi)阻的內(nèi)阻Rg?！緦嶒炂鞑摹緦嶒炂鞑摹?待測量表待測量表A1、標(biāo)準(zhǔn)電表、標(biāo)準(zhǔn)電表A2、電阻箱兩個、開關(guān)兩、電阻箱兩個、開關(guān)兩個、電池、導(dǎo)線若干。個、電池、導(dǎo)線若干。【實驗概述【實驗概述】 半偏法測量原理是利用電表的滿偏電流與半偏電半偏法測量原理是利用電表的滿偏電流與半偏電流之間的關(guān)系，求出電表的內(nèi)阻流之間的關(guān)系，求出電表的內(nèi)阻Rg，測量線路主要有，測量線路主要有以下三種

22、形式：以下三種形式：321、第一種形式：如圖所示，這是標(biāo)準(zhǔn)形式如圖所示，這是標(biāo)準(zhǔn)形式恒恒流半偏法，即整個測量過程保持回路電流流半偏法，即整個測量過程保持回路電流I不不變，變，以消除以消除R2并聯(lián)后對回路電流的影響。并聯(lián)后對回路電流的影響。（1）按圖接線，）按圖接線，K2斷開，斷開，K1合上，調(diào)節(jié)合上，調(diào)節(jié)R1，使，使A1指示滿刻度，記錄此時指示滿刻度，記錄此時A2示數(shù)示數(shù)I。（2）合上）合上K2，合理調(diào)節(jié)，合理調(diào)節(jié)R1、R2，使，使A1指針在滿刻指針在滿刻度一半的位置，度一半的位置，A2示數(shù)仍為示數(shù)仍為I。（3）由于回路電流）由于回路電流I恒定，而恒定，而A1支路電流半偏轉(zhuǎn)支路電流半偏轉(zhuǎn)為為I

23、 /2，則，則R2支路電流也為支路電流也為I /2 ，故，故Rg=R2。 332、第二種形式 （1）調(diào)節(jié)電阻箱為）調(diào)節(jié)電阻箱為R1值，為電表指示滿高值，為電表指示滿高度度I1。（2）再調(diào)節(jié)電阻箱為）再調(diào)節(jié)電阻箱為R2值，使電表指針在值，使電表指針在滿刻度一半的位置，此時電表示數(shù)滿刻度一半的位置，此時電表示數(shù)I2= I1 /2 根據(jù)閉合電路歐姆定律，則根據(jù)閉合電路歐姆定律，則E=I1r+I1(Rg+R1)E= I2r+I2(Rg+R2) I2=式中式中E為電源電動勢，為電源電動勢，r為電源內(nèi)阻，解上為電源內(nèi)阻，解上述方程組可得述方程組可得Rg=R2-2R1-r如果電源的內(nèi)阻如果電源的內(nèi)阻r可以可

24、以忽略，則忽略，則 Rg=R2-2R121I343、第三種形式、第三種形式 （1）按圖接線，）按圖接線，K2斷開，斷開，K1合上，合上，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R1，使電表指示滿刻度，使電表指示滿刻度I，則：則：o o式中式中E為電源電功勢，為電源電功勢，r為電源為電源內(nèi)阻。內(nèi)阻。 （2）合上）合上K2，調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)R2使電表指針使電表指針在滿刻度一半的位置，則電路在滿刻度一半的位置，則電路總電流為總電流為o解上述方程組可得解上述方程組可得 o如果電源的內(nèi)阻可以忽略，如果電源的內(nèi)阻可以忽略，則則rRRRRRg2121rRREIg1rRRRRREIgg221222IRRRIg2121RRRRRg35【注意事項注意

25、事項】1、估算限流電阻的大小，不能使電表過載，防止估算限流電阻的大小，不能使電表過載，防止損壞電表。損壞電表。2、后兩種方法的局限性、后兩種方法的局限性。36替代法及其應(yīng)用替代法及其應(yīng)用【例【例3】用替代法測二極管用替代法測二極管的正向電阻（工作電流的正向電阻（工作電流8mA）【實驗器材【實驗器材】o 毫安表、電源、單刀雙毫安表、電源、單刀雙擲開關(guān)、滑線變阻器擲開關(guān)、滑線變阻器o R0、電阻箱、待測二極、電阻箱、待測二極管、導(dǎo)線若干。管、導(dǎo)線若干。37【實驗概述【實驗概述】o 替代法簡單明了，在許多場合下能得到較好的效果。替代法簡單明了，在許多場合下能得到較好的效果。 1、 、 開關(guān)開關(guān)K倒向

26、倒向1， ，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R0，使回路，使回路電電流流為為8mA。 。 2、 、 使開關(guān)倒向使開關(guān)倒向2， ，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R，使回，使回電電路恒定不路恒定不變變， ，則則二極管在二極管在8mA工作工作電電流流下的正向電阻為電阻箱的示值。下的正向電阻為電阻箱的示值?！咀⒁馐马椬⒁馐马棥縪 替代元件顯示的現(xiàn)象應(yīng)與待測元件所顯示的現(xiàn)象一致。替代元件顯示的現(xiàn)象應(yīng)與待測元件所顯示的現(xiàn)象一致。38比較法及其應(yīng)用比較法及其應(yīng)用【例【例4 4】利用比較法測量電阻】利用比較法測量電阻【實驗器材【實驗器材】o標(biāo)準(zhǔn)電阻標(biāo)準(zhǔn)電阻R0、待測電阻、待測電阻RX、滑線變阻器、滑線變阻器R、雙刀雙擲開關(guān)、電、雙刀雙擲開關(guān)、電壓表、單刀

27、開關(guān)、電源、導(dǎo)線若干。壓表、單刀開關(guān)、電源、導(dǎo)線若干?！緦嶒灨攀觥緦嶒灨攀觥縪比較法類似于替代法，替代法顯示的現(xiàn)象完全一致，而比較法比較法類似于替代法，替代法顯示的現(xiàn)象完全一致，而比較法顯示的現(xiàn)象不完全一致，存在某種差異，但這種差異與一種內(nèi)顯示的現(xiàn)象不完全一致，存在某種差異，但這種差異與一種內(nèi)在的函數(shù)關(guān)系相聯(lián)系（一般為線性關(guān)系），我們尋求到這種函在的函數(shù)關(guān)系相聯(lián)系（一般為線性關(guān)系），我們尋求到這種函數(shù)關(guān)系，則待測量也就迎刃而解了。數(shù)關(guān)系，則待測量也就迎刃而解了。391、 按圖接線。按圖接線。2、分別測量標(biāo)準(zhǔn)電阻、分別測量標(biāo)準(zhǔn)電阻R0、待測電、待測電阻阻RX上的電壓上的電壓U0、UX，則，則 【

28、注意事項注意事項】尋求可以進行比較的函數(shù)關(guān)系。尋求可以進行比較的函數(shù)關(guān)系。xxRURUI0000RUURxx40直流電橋法及其應(yīng)用直流電橋法及其應(yīng)用【例【例5】用直流單電橋（惠斯登電橋）測電阻用直流單電橋（惠斯登電橋）測電阻?！緦嶒炂鞑摹緦嶒炂鞑摹?四轉(zhuǎn)盤電阻箱兩只四轉(zhuǎn)盤電阻箱兩只（R1、R2）、六轉(zhuǎn)盤電阻箱一只（）、六轉(zhuǎn)盤電阻箱一只（R0）、檢流）、檢流計（計（G），單刀開關(guān)、電源、導(dǎo)線若干、待測電阻（），單刀開關(guān)、電源、導(dǎo)線若干、待測電阻（RX）。）。【實驗概述【實驗概述】 1、按圖所示接線，、按圖所示接線，R1、R2稱為比例臂，稱為比例臂，R0為可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻，稱為為可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻，稱為比較

29、臂，檢流計作為平衡批示器。比較臂，檢流計作為平衡批示器。412、按實驗要求，預(yù)置比例臂，即、按實驗要求，預(yù)置比例臂，即R1/R2的比值，調(diào)節(jié)的比值，調(diào)節(jié)R0的的大小，當(dāng)檢流計指零時，大小，當(dāng)檢流計指零時，B、D兩點電位相等，則兩點電位相等，則 平衡時，平衡時，Ig=0,UBC=UDC,則則 利用分比定理利用分比定理,化簡后得到化簡后得到xxACDCACBCRRRUURRRUU1020 xxRRRRRR1020021RRRRx42o 電橋法測量實質(zhì)采用的是比較法，它通過零指示器來判電橋法測量實質(zhì)采用的是比較法，它通過零指示器來判斷電橋是否平衡，用可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻斷電橋是否平衡，用可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)電阻R0

30、與待測電阻與待測電阻RX進行比較，在眾多場合下往往用其非平衡態(tài)的條件，此進行比較，在眾多場合下往往用其非平衡態(tài)的條件，此時要特別注意非平衡的狀態(tài)。時要特別注意非平衡的狀態(tài)?！咀⒁馐马椬⒁馐马棥?、 選擇合適的比例臂，提高測量的精度。選擇合適的比例臂，提高測量的精度。2、 精確度較高的電阻箱作為可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻精確度較高的電阻箱作為可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻R0。3、 檢流計的使用。檢流計的使用。43補償法及其應(yīng)用補償法及其應(yīng)用【例【例6】用補償法測量電池的電動勢用補償法測量電池的電動勢【實驗器材【實驗器材】o 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源E、可變電阻器、可變電阻器RP、檢流計、檢流計、11m電阻絲電阻絲RAB、單刀

31、開關(guān)、單刀開關(guān)K1、單刀雙開關(guān)、單刀雙開關(guān)K2、標(biāo)準(zhǔn)電池、標(biāo)準(zhǔn)電池EX、待測、待測電阻電阻EX。【實驗概述【實驗概述】o 按圖所示接線。若接通按圖所示接線。若接通K1。有電流。有電流I通過電阻絲通過電阻絲RAB，并在電阻絲上產(chǎn)生電勢的降路，如若再將并在電阻絲上產(chǎn)生電勢的降路，如若再將ES接入電接入電路，路，可能會出現(xiàn)三種情況：可能會出現(xiàn)三種情況：44a、當(dāng)、當(dāng)ESUAS時，檢流計中有電流通過（指時，檢流計中有電流通過（指針偏向一側(cè)）針偏向一側(cè)）b、當(dāng)、當(dāng)ESES、EEX諸條件。諸條件。2、電流標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)節(jié)完畢，、電流標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)節(jié)完畢，RP、E就不能再變化，保持就不能再變化，保持IO恒定。恒定。3、

32、在某些情況下，、在某些情況下，IO作電流標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)節(jié)要留有余地。保證儀作電流標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)節(jié)要留有余地。保證儀器器11m電阻絲的壓降大于待測電池電動勢。電阻絲的壓降大于待測電池電動勢。4、標(biāo)準(zhǔn)電池一般為、標(biāo)準(zhǔn)電池一般為1.01866V。不允許用電壓表去測量它的電動。不允許用電壓表去測量它的電動勢，更不允許將它作為電源使用。勢，更不允許將它作為電源使用。47圖解法及其應(yīng)用圖解法及其應(yīng)用【例【例7】用作圖法測量未知電容用作圖法測量未知電容o 儀器用具儀器用具：信號源、真空管毫伏表、電：信號源、真空管毫伏表、電阻箱、標(biāo)準(zhǔn)電容箱，未知電感阻箱、標(biāo)準(zhǔn)電容箱，未知電感Lx、待測電、待測電容容Cx、計算器、坐標(biāo)

33、紙、及繪圖工具等、計算器、坐標(biāo)紙、及繪圖工具等o 要求要求：畫出電路圖，說明測量原理、測量：畫出電路圖，說明測量原理、測量數(shù)據(jù)，并在坐標(biāo)紙上作圖求出數(shù)據(jù)，并在坐標(biāo)紙上作圖求出Cxo題說：本題系第題說：本題系第9屆全國中學(xué)生物理競賽屆全國中學(xué)生物理競賽復(fù)賽（實驗考試）山東省試題。根據(jù)諧振復(fù)賽（實驗考試）山東省試題。根據(jù)諧振原理，利用諧振頻率與電容間的關(guān)系作圖原理，利用諧振頻率與電容間的關(guān)系作圖求解。求解。48【解答【解答】 ：o 電路圖所示，圖中電路圖所示，圖中C0為標(biāo)準(zhǔn)電容箱，為標(biāo)準(zhǔn)電容箱， Cx為待測電容，為待測電容，諧振時，諧振時，o 令令 ，o 則則49第三講第三講 競賽實驗試題解析競賽

34、實驗試題解析 第三講主要以第第三講主要以第2020屆的復(fù)賽和決賽以及第屆的復(fù)賽和決賽以及第2121屆、第屆、第2222屆屆的復(fù)賽實驗試題為內(nèi)容，刨析試題的命題方向、物理內(nèi)的復(fù)賽實驗試題為內(nèi)容，刨析試題的命題方向、物理內(nèi)涵、考查重點以及審題思路、解題方法、做題步驟等，涵、考查重點以及審題思路、解題方法、做題步驟等，旨在給同學(xué)以啟發(fā)，作引玉之磚。旨在給同學(xué)以啟發(fā)，作引玉之磚。 o 電阻組合測量電阻組合測量o 黑盒子問題黑盒子問題航標(biāo)燈自動控制航標(biāo)燈自動控制o 非平衡電橋應(yīng)用非平衡電橋應(yīng)用溫度自動控制溫度自動控制o 數(shù)字萬用電表設(shè)計及其應(yīng)用數(shù)字萬用電表設(shè)計及其應(yīng)用 50【例【例1 1】電阻組合測量電

35、阻組合測量o 有有5 5個電阻元件已分別裝入個電阻元件已分別裝入5 5個小盒中個小盒中, ,并接在接線柱上（不得并接在接線柱上（不得打開小盒），它們的編號分別為打開小盒），它們的編號分別為R R1 1。R R5 5，其中，其中3 3個電阻值較個電阻值較小，它們的電阻值基本相等（電阻值相差不大于小，它們的電阻值基本相等（電阻值相差不大于1%1%），另兩），另兩個電阻值也基本相等（其電阻值相差不大于個電阻值也基本相等（其電阻值相差不大于1%1%），但它們的），但它們的電阻值比前三個至少大電阻值比前三個至少大40% 40% 。o 請設(shè)計一種請設(shè)計一種測試次數(shù)不超過測試次數(shù)不超過3 3次，就一定能找出

36、這兩個阻值較次，就一定能找出這兩個阻值較大的電阻大的電阻的實驗方案。然后的實驗方案。然后準(zhǔn)確測量其中一個的電阻值準(zhǔn)確測量其中一個的電阻值。 51【儀器和用具【儀器和用具】o 直流電源兩組直流電源兩組E E1 1和和 E E2 2（E E1 1E E2 2, ,其內(nèi)阻可忽略）其內(nèi)阻可忽略）o AC5AC5型直流指針式檢流計一只（其使用方法見附錄）型直流指針式檢流計一只（其使用方法見附錄） o 檢流計限流電阻一只（檢流計限流電阻一只（ R R b b ）o 六鈕電阻箱一只六鈕電阻箱一只( ( R R ) )o 導(dǎo)線若干導(dǎo)線若干o 單刀雙擲開關(guān)一只。單刀雙擲開關(guān)一只。52【分析【分析】 根據(jù)根據(jù)題目

37、要求題目要求、給定的儀器和用具情況，給定的儀器和用具情況，采用電橋法和補償法等二種測量方法，根據(jù)電采用電橋法和補償法等二種測量方法，根據(jù)電橋的平衡條件和狀態(tài)找出橋的平衡條件和狀態(tài)找出2 2個大電阻，利用補償個大電阻，利用補償原理精確測出電阻值。原理精確測出電阻值。53一、電橋法一、電橋法1 1、 按圖所示接線，按圖所示接線，R1、R2稱為比例臂，稱為比例臂， R0為可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻，稱為比較臂，為可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻，稱為比較臂， Rx為被測電阻，檢流計為被測電阻，檢流計G作為平衡作為平衡 指示器。指示器。 2、當(dāng)檢流計指零當(dāng)檢流計指零(Ig=0)時時,B、D兩點電位相等，兩點電位相等，o 即即 I1R1

38、=I2R2 IxRX=I0R0o 電橋平衡條件電橋平衡條件：RX=R1/R2 * R0o 或或 RXR2=R1R054二、補償法二、補償法o補償法補償法就是用已知的電壓或電動勢去抵消（或補償）待測的就是用已知的電壓或電動勢去抵消（或補償）待測的電壓或電動勢的方法。（電位差計）電壓或電動勢的方法。（電位差計）o 補償原理補償原理 （1）工作回路）工作回路o (R RM K E1)o提供工作電流提供工作電流o（標(biāo)準(zhǔn)電壓）（標(biāo)準(zhǔn)電壓）（2）補償回路）補償回路oE2 G Rb 按鈕開關(guān)按鈕開關(guān)（3）補償調(diào)節(jié)）補償調(diào)節(jié)o按下開關(guān)、反復(fù)按下開關(guān)、反復(fù)o調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R使使 G指零指零55附錄 AC5型直流指針式

39、檢流計使用說明1 1使用時要水平放置。使用時要水平放置。2 2將小旋鈕撥向白色圓點位置，用零點調(diào)節(jié)器將指針調(diào)至零位。將小旋鈕撥向白色圓點位置，用零點調(diào)節(jié)器將指針調(diào)至零位。3 3按下按下“電計電計”按鈕，檢流計即被接入電路。開始調(diào)節(jié)時應(yīng)在接入限按鈕，檢流計即被接入電路。開始調(diào)節(jié)時應(yīng)在接入限流電阻的情況下，用躍按法流電阻的情況下，用躍按法（短暫接通）（短暫接通）反復(fù)按下反復(fù)按下“電計電計”按鈕，按鈕，調(diào)節(jié)至檢流計基本指零，然后拆除限流電阻，再細調(diào)至檢流計指零。調(diào)節(jié)至檢流計基本指零，然后拆除限流電阻，再細調(diào)至檢流計指零。4 4如需將檢流計長期接入電路時，可將如需將檢流計長期接入電路時，可將“電計電計

40、”按鈕按下并轉(zhuǎn)一角度按鈕按下并轉(zhuǎn)一角度鎖住即可。鎖住即可。5 5若使用時指針擺動不停，按一下若使用時指針擺動不停，按一下“短路短路”按鈕指針便立即停止按鈕指針便立即停止。566 6電流如果從電流如果從“+”+”接線柱流入檢流計，指針偏向表盤的接線柱流入檢流計，指針偏向表盤的“+”+”方向電流；如果從方向電流；如果從“-”-”接線柱流入檢流計，指針接線柱流入檢流計，指針偏向表盤的偏向表盤的“-”-”方向。方向。7 7檢流計使用完畢后必須將小旋鈕撥至紅色圓點位置，同檢流計使用完畢后必須將小旋鈕撥至紅色圓點位置，同時把時把“電計電計”、“短路短路”旋鈕放松。旋鈕放松。8 8檢流計不得用作電流表讀數(shù)。

41、檢流計不得用作電流表讀數(shù)。注意安全使用檢流計！注意安全使用檢流計！【題說】第第2020屆全國中學(xué)生物理奧林匹克競賽決賽實驗試題屆全國中學(xué)生物理奧林匹克競賽決賽實驗試題57【要求要求】 1 1在試卷上寫出你所設(shè)計的實驗方案，該方案用不超過在試卷上寫出你所設(shè)計的實驗方案，該方案用不超過3 3次次測試就一定能找出兩個阻值較大的電阻。畫出測量電路圖、測試就一定能找出兩個阻值較大的電阻。畫出測量電路圖、標(biāo)上符號，寫出實驗步驟及判斷方法。標(biāo)上符號，寫出實驗步驟及判斷方法。 2 2用實驗找出這兩個電阻值較大的電阻，寫出它們的編號。用實驗找出這兩個電阻值較大的電阻，寫出它們的編號。 3 3在上面找出的兩個阻值

42、較大的電阻中任取一個，準(zhǔn)確測定在上面找出的兩個阻值較大的電阻中任取一個，準(zhǔn)確測定其電阻值（令為其電阻值（令為RM）。不得使用其余）。不得使用其余4 4個待測電阻。個待測電阻。 在試卷上畫出測量電路圖，寫出實驗步驟，導(dǎo)出計算公式，在試卷上畫出測量電路圖，寫出實驗步驟，導(dǎo)出計算公式，記錄測量數(shù)據(jù)并求出結(jié)果（結(jié)果要能用記錄測量數(shù)據(jù)并求出結(jié)果（結(jié)果要能用4 4位有效數(shù)字表示）。位有效數(shù)字表示）。58【點評【點評】o 20屆全國中學(xué)生物理競賽決賽題（濟南）屆全國中學(xué)生物理競賽決賽題（濟南）o 體現(xiàn)了目前的命題方向；體現(xiàn)了目前的命題方向；o 突出了基本實驗原理的綜合運用；突出了基本實驗原理的綜合運用；o

43、考察學(xué)生的綜合應(yīng)用知識解決問題能力；考察學(xué)生的綜合應(yīng)用知識解決問題能力；59【試題分析【試題分析】o 方案：方案： 1 1）采用電橋平衡原理找出采用電橋平衡原理找出2 2大電阻大電阻 2)2) 利用補償原理測量其中利用補償原理測量其中1 1電阻值電阻值o 試題分析：試題分析：o 若電橋基本平衡若電橋基本平衡，橋路上的，橋路上的4 4個電阻一定為個電阻一定為2 2大大2 2小，橋小，橋外余下的是小電阻。外余下的是小電阻。o 若電橋不平衡若電橋不平衡，橋路上的，橋路上的4 4個電阻可能為個電阻可能為3 3小小1 1大，余下大，余下1 1個大電阻；也可能為個大電阻；也可能為2 2大大2 2小，余下小

44、，余下1 1個小電阻。個小電阻。 60若電橋基本平衡若電橋基本平衡,則則（Rm.Rn=Rn.Rm)o 橋路上的橋路上的4個電阻一定為個電阻一定為2大大2小小 橋外余下的是小電阻。橋外余下的是小電阻。o 橋上電阻分布如圖中的橋上電阻分布如圖中的4 4種情況：種情況：61第一次平衡情況分析第一次平衡情況分析62若電橋不平衡若電橋不平衡o 橋路上的橋路上的4 4個電阻可能為個電阻可能為3 3小小1 1大；也可能為大；也可能為2 2大大2 2小，小，o 其分布如圖中的其分布如圖中的6 6種情況種情況o 橋外余下的電阻在圖中橋外余下的電阻在圖中 (c)(c)和和 (f)(f)情況為小電阻，在情況為小電阻

45、，在其他情況為大電阻。其他情況為大電阻。 6364o 結(jié)果結(jié)果：2個大電阻的編號為個大電阻的編號為R2、R5o 測量測量RMo 方法一方法一 電壓補償法電壓補償法1. 測量電路如圖測量電路如圖 2實驗步驟及計算公式實驗步驟及計算公式o第一次測量：第一次測量：o將將D接接A, F接接B, 調(diào)節(jié)電阻箱并反復(fù)按下按鈕開關(guān)，當(dāng)檢流計接近為調(diào)節(jié)電阻箱并反復(fù)按下按鈕開關(guān)，當(dāng)檢流計接近為0時，去掉限流電阻，繼續(xù)調(diào)節(jié)電阻箱為時，去掉限流電阻，繼續(xù)調(diào)節(jié)電阻箱為 R 值時，檢流計指值時，檢流計指0 。則有：。則有： o ( 1) 65o 第二次測量：第二次測量：o 將將D接接B, F接接C, 調(diào)節(jié)電阻箱并反復(fù)按下

46、按鈕開關(guān)，當(dāng)檢調(diào)節(jié)電阻箱并反復(fù)按下按鈕開關(guān)，當(dāng)檢流計接近為流計接近為0時時,o 去掉限流電阻，繼續(xù)調(diào)節(jié)電阻箱為去掉限流電阻，繼續(xù)調(diào)節(jié)電阻箱為R 值時，檢流計指值時，檢流計指0 。則有：則有： （2）o 式式、 聯(lián)立，解得聯(lián)立，解得： 66o 方法二方法二 電流補償法電流補償法1、測量電路如圖、測量電路如圖 2、實驗步驟及計算公式、實驗步驟及計算公式 o. 第一次測量，如圖第一次測量，如圖o調(diào)電阻箱為調(diào)電阻箱為R值時檢流計指零，則有值時檢流計指零，則有o o （1） o o第二次測量，將電阻箱與第二次測量，將電阻箱與RM交換位置，再調(diào)電阻箱為交換位置，再調(diào)電阻箱為R值時檢流計指零，則有值時檢流計

47、指零，則有o o （2）o o 二式聯(lián)立解之得二式聯(lián)立解之得 o 67【例【例2 2】黑盒子問題黑盒子問題航標(biāo)燈設(shè)計航標(biāo)燈設(shè)計 從示范航標(biāo)燈的原理圖中不難看出，由電阻、電容、發(fā)光從示范航標(biāo)燈的原理圖中不難看出，由電阻、電容、發(fā)光二極管、晶體三極管、直流電源、電源開關(guān)（自鎖開關(guān)二極管、晶體三極管、直流電源、電源開關(guān)（自鎖開關(guān)/ /綠色）綠色）等組成，另外一組等值的電阻、電容、發(fā)光二極管、晶體三極等組成，另外一組等值的電阻、電容、發(fā)光二極管、晶體三極管、直流電源分別安裝在黑盒中的各接線端子上，有部分器件管、直流電源分別安裝在黑盒中的各接線端子上，有部分器件（如（如RaRa、RbRb、BG1BG1、

48、BG2BG2）已在電路板上標(biāo)出。請注意）已在電路板上標(biāo)出。請注意RaRa的標(biāo)示的標(biāo)示有誤，以試題中的示圖為準(zhǔn)！，黑盒中尚接有一個按鈕開關(guān)有誤，以試題中的示圖為準(zhǔn)！，黑盒中尚接有一個按鈕開關(guān)（紅色）。（紅色）。68o 試運用合適的儀器設(shè)備和正確的測量方法對上述器件試運用合適的儀器設(shè)備和正確的測量方法對上述器件進行判斷，并選出合適的器件分別組合成自動控制的進行判斷，并選出合適的器件分別組合成自動控制的航標(biāo)燈和手動控制的航標(biāo)燈。航標(biāo)燈和手動控制的航標(biāo)燈?！緝x器和用具儀器和用具】 數(shù)字萬用表及其使用說明書、數(shù)字萬用表及其使用說明書、黑盒子、示范航標(biāo)燈原理電路、黑盒子、示范航標(biāo)燈原理電路、接插導(dǎo)線等。接

49、插導(dǎo)線等。69【要求要求】1 1、按下示范航標(biāo)燈原理圖下的電源開關(guān)，觀察原理圖上方發(fā)光二極管、按下示范航標(biāo)燈原理圖下的電源開關(guān)，觀察原理圖上方發(fā)光二極管的發(fā)光情況；的發(fā)光情況； 2 2、判斷出各器件在盒子內(nèi)的位置，并簡述測試步驟；、判斷出各器件在盒子內(nèi)的位置，并簡述測試步驟； 3 3、判斷出發(fā)光二極管的極性（判斷方法與晶體二極管相似）；、判斷出發(fā)光二極管的極性（判斷方法與晶體二極管相似）；4 4、利用盒內(nèi)的器件，參照示范航標(biāo)燈原理電路圖，自組一個自動控制、利用盒內(nèi)的器件，參照示范航標(biāo)燈原理電路圖，自組一個自動控制的航標(biāo)燈；的航標(biāo)燈； 5 5、另外自組一個簡易的手動控制航標(biāo)燈（即每按一次按鈕，燈

50、亮一次，、另外自組一個簡易的手動控制航標(biāo)燈（即每按一次按鈕，燈亮一次，只控制一個燈（紅只控制一個燈（紅/ /綠皆可）。所用元件仍從盒內(nèi)選用）。綠皆可）。所用元件仍從盒內(nèi)選用）。 70黑盒子器件布局圖黑盒子器件布局圖71【說明說明】1 1、黑盒子中的每個器件接在兩個接線端子上，器件、黑盒子中的每個器件接在兩個接線端子上，器件之間不混聯(lián)（即一個端子上只接一個器件引腳）之間不混聯(lián)（即一個端子上只接一個器件引腳）2 2、電容極性約定，接線端子序號小的一端為、電容極性約定，接線端子序號小的一端為“+” +” ，序號大的一端為序號大的一端為“-”-”【題說【題說】第第2020屆全國中學(xué)生物理奧林匹克競賽復(fù)

51、賽屆全國中學(xué)生物理奧林匹克競賽復(fù)賽（山東賽區(qū)）實驗試題（山東賽區(qū)）實驗試題 72【電學(xué)電學(xué)黑盒子問題解法黑盒子問題解法】o 電學(xué)黑盒：電學(xué)黑盒：把電子元件放入有若干接線柱的封閉盒子中，按某種方把電子元件放入有若干接線柱的封閉盒子中，按某種方式連接，并接到接線柱上。式連接，并接到接線柱上。o 常用儀器常用儀器 ：萬用電表、示波器、信號發(fā)生器、電阻箱、開關(guān)和導(dǎo)線：萬用電表、示波器、信號發(fā)生器、電阻箱、開關(guān)和導(dǎo)線等。等。o 電子元件：電子元件：電阻、電容、電感、直流電源、交流電源、變壓器、二電阻、電容、電感、直流電源、交流電源、變壓器、二極管、發(fā)光二極管等極管、發(fā)光二極管等o 判斷流程：判斷流程：通

52、過在外部接線柱上的測試，進行分析、綜合，判定盒通過在外部接線柱上的測試，進行分析、綜合，判定盒內(nèi)的電子元件、元件數(shù)值和電路連接，具有一定探索性。根據(jù)電子元內(nèi)的電子元件、元件數(shù)值和電路連接，具有一定探索性。根據(jù)電子元件的特性和檢測儀器的使用條件，電學(xué)黑盒子的檢測方法和判斷流程件的特性和檢測儀器的使用條件，電學(xué)黑盒子的檢測方法和判斷流程73電學(xué)黑盒子的檢測方法和判斷流程圖電學(xué)黑盒子的檢測方法和判斷流程圖74【點評點評】o 第第2020屆全國中學(xué)生物理奧林匹克競賽復(fù)賽（山東屆全國中學(xué)生物理奧林匹克競賽復(fù)賽（山東賽區(qū)）實驗試題賽區(qū)）實驗試題o 考查學(xué)生對電子元件特性的理解、分析判斷能力，考查學(xué)生對電子

53、元件特性的理解、分析判斷能力，從黑盒子中找到航標(biāo)燈所需有關(guān)元件；從黑盒子中找到航標(biāo)燈所需有關(guān)元件；o 考察學(xué)生對新知識的接受能力和實驗技能；考察學(xué)生對新知識的接受能力和實驗技能；o 通過手動和自動不同方案，讓學(xué)生體會知識的重通過手動和自動不同方案，讓學(xué)生體會知識的重要性，進一步激發(fā)學(xué)生的求知欲望。要性，進一步激發(fā)學(xué)生的求知欲望。75o 題型很多題型很多o 有神秘感有神秘感o 誘導(dǎo)思考誘導(dǎo)思考o(jì) 全面分析全面分析o 考察能力考察能力o 有成就感有成就感76【參考答案參考答案】1、器件判斷、器件判斷 利用排除法，根據(jù)器件特性進行識別判斷。利用排除法，根據(jù)器件特性進行識別判斷。o首先，首先，找出電源

54、找出電源用萬用表直流電壓用萬用表直流電壓20V20V檔，逐點測量，有檔，逐點測量，有10V10V顯示的端子上即有電源，在圖中標(biāo)出或記下端子編號，例顯示的端子上即有電源，在圖中標(biāo)出或記下端子編號，例如：如： 接有電源，且接有電源，且為電源正極，這兩個端子在余后為電源正極，這兩個端子在余后的檢測中無須檢測；的檢測中無須檢測；o然后，用萬用表歐姆表（建議然后，用萬用表歐姆表（建議10k10k檔）測出圖中檔）測出圖中標(biāo)示的標(biāo)示的RaRa、RbRb的阻值的阻值，以便確定另外的，以便確定另外的RaRa和和Rb(RaRb(Ra和和RbRb 的參考值分別為的參考值分別為200200和和6.7K)6.7K)；7

55、7o用萬用表歐姆表用萬用表歐姆表檢測電阻、電容、發(fā)光二極管和按鈕開關(guān)等器檢測電阻、電容、發(fā)光二極管和按鈕開關(guān)等器件。件。 有確切阻值的是電阻；有確切阻值的是電阻； 有充、放電現(xiàn)象的是電容；有充、放電現(xiàn)象的是電容； 正反阻值相差懸殊的是發(fā)光二極管，且電阻小時，紅表筆一正反阻值相差懸殊的是發(fā)光二極管，且電阻小時，紅表筆一端為發(fā)光二極管正極，進一步用萬用表二極管檔檢測，若極性端為發(fā)光二極管正極，進一步用萬用表二極管檔檢測，若極性相符，則發(fā)光二極管亮；相符，則發(fā)光二極管亮； 按下按鈕開關(guān)，電阻為零的端子接有按鈕開關(guān)。按下按鈕開關(guān)，電阻為零的端子接有按鈕開關(guān)。78o 找出電源找出電源 接有電源，且接有電

56、源，且為電源正極，為電源正極，這兩個端子在余后的檢測中無須檢測；這兩個端子在余后的檢測中無須檢測；79o 測出圖中標(biāo)示的測出圖中標(biāo)示的RaRa、RbRb的阻值，以便確定另外的阻值，以便確定另外的的RaRa和和RbRb80黑盒中的器件布局圖黑盒中的器件布局圖o 檢測電阻、電容、發(fā)光二極管和按鈕開關(guān)等器件。檢測電阻、電容、發(fā)光二極管和按鈕開關(guān)等器件。812、組裝自動控制航標(biāo)燈、組裝自動控制航標(biāo)燈o注意：本題要求旨在注意：本題要求旨在自動控制，因此按鈕自動控制，因此按鈕開關(guān)不接（接了不扣開關(guān)不接（接了不扣分？）得分（分？）得分（1616線）線）8 8分分 燈亮得燈亮得4 4分、連分、連線圖正確的線圖

57、正確的4 4分分823、組裝手動控制航標(biāo)燈、組裝手動控制航標(biāo)燈o 畫出控制原理圖畫出控制原理圖 得分：得分：5分分83【例例3 3】溫度自動控制電路的研究溫度自動控制電路的研究o如圖所示是一個溫度自動控制電路，其中，虛線左側(cè)是非平衡電橋如圖所示是一個溫度自動控制電路，其中，虛線左側(cè)是非平衡電橋電路（通常稱為電子溫度計電路），以實現(xiàn)非電學(xué)量（溫度）與電電路（通常稱為電子溫度計電路），以實現(xiàn)非電學(xué)量（溫度）與電學(xué)量（電流）之間的轉(zhuǎn)換，圖中學(xué)量（電流）之間的轉(zhuǎn)換，圖中WA、WB分別用于電子溫度計定分別用于電子溫度計定標(biāo)（即調(diào)節(jié)標(biāo)（即調(diào)節(jié)mA表指零和滿度）虛線右側(cè)是比較控制電路，用于表指零和滿度）虛線

58、右側(cè)是比較控制電路，用于VX與與VR二個電壓信號進行比較，二個電壓信號進行比較，o若若VX VR 時，則電風(fēng)扇運轉(zhuǎn)；時，則電風(fēng)扇運轉(zhuǎn)；o當(dāng)當(dāng)VX VR時，則電風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，時，則電風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，o從而實現(xiàn)溫度自動控制。從而實現(xiàn)溫度自動控制。 oT R V I84【儀器和用具【儀器和用具】數(shù)字萬用電表、數(shù)字萬用電表、電阻箱、實驗板（數(shù)字溫度計、熱敏電阻箱、實驗板（數(shù)字溫度計、熱敏電阻、加熱器、毫安表、電位器、開電阻、加熱器、毫安表、電位器、開關(guān)、比較控制電路、電風(fēng)扇）等。關(guān)、比較控制電路、電風(fēng)扇）等。【要求【要求】 1、測量熱敏電阻的特性曲線（測量熱敏電阻的特性曲線（10分）分） 將熱敏電阻和數(shù)字溫度計

59、探頭插入加熱器中將熱敏電阻和數(shù)字溫度計探頭插入加熱器中(已插好已插好)，按下，按下加熱器開關(guān)加熱，從加熱器開關(guān)加熱，從30100每隔每隔5測量各溫度下熱敏電測量各溫度下熱敏電阻的電阻值（只測表中缺項即可），根據(jù)表中測量數(shù)據(jù)作熱敏電阻的電阻值（只測表中缺項即可），根據(jù)表中測量數(shù)據(jù)作熱敏電阻的特性曲線。阻的特性曲線。85 T (C)30354045505560657075808590100Rt () 529448380323276238205179137862、電子溫度計定標(biāo)、電子溫度計定標(biāo)（10分）分） 根據(jù)原始電路參數(shù)和測量參數(shù)，接通根據(jù)原始電路參數(shù)和測量參數(shù)，接通mA表開關(guān)，將電表開關(guān)，將電

60、子溫度計定標(biāo)于子溫度計定標(biāo)于30（0mA）和）和100（10mA），簡），簡述定標(biāo)過程。述定標(biāo)過程。3、設(shè)計溫度自動控制方案（、設(shè)計溫度自動控制方案（10分）分） 試設(shè)計溫度分別設(shè)定為試設(shè)計溫度分別設(shè)定為38和和58時的控制方案，簡述時的控制方案，簡述操作步驟和自動控制的過程操作步驟和自動控制的過程。87【幾點說明【幾點說明】o 熱敏電阻熱敏電阻 它是阻值隨溫度變化而發(fā)生顯著變化的它是阻值隨溫度變化而發(fā)生顯著變化的敏感元件，在工作溫度范圍內(nèi)，阻值隨溫度升高而增加敏感元件，在工作溫度范圍內(nèi)，阻值隨溫度升高而增加的熱敏電阻稱為正溫度系數(shù)的熱敏電阻，反之稱為負(fù)溫的熱敏電阻稱為正溫度系數(shù)的熱敏電阻，反