黑箱實(shí)驗(yàn)探究

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1、電學(xué)黑箱探索實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2016年6月14日摘要:已知黑箱內(nèi)有直流電源、交流電源、電阻(正負(fù)熱敏電阻和定值電阻)、電容、二極管、電感線圈，根據(jù)電阻正反接阻值不變，熱敏電阻阻值隨溫度變化，電容的充放電原理，二極管單向?qū)щ娦?、反向電阻無(wú)窮大和電感線圈在交流電路中阻抗的特性，利用萬(wàn)用電表檢測(cè)黑箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并推測(cè)出黑箱每對(duì)接線孔之間的原件。關(guān)鍵詞：黑箱、萬(wàn)用電表正文：黑箱，是指那些內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能無(wú)法直接觀測(cè)，只能通過(guò)外部觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識(shí)其性能和特性的系統(tǒng)或客體。求解這種未知系統(tǒng)的問(wèn)題，就是黑箱問(wèn)題。研究黑箱有兩種方法，一種是開(kāi)啟黑箱法，即將黑箱分成局部，研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能

2、。物理學(xué)家在研究物質(zhì)的層次和結(jié)構(gòu)吋，就是不斷開(kāi)啟黑箱的過(guò)程。但由于開(kāi)啟黑箱時(shí)，可能引起黑箱本身結(jié)構(gòu)和功能的變化，而且有些黑像是不允許打幵或者由于技術(shù)問(wèn)題尚不能打開(kāi)，所以這種方法有很大的局限性。另一種方法是不開(kāi)啟照箱，即不破壞黑箱本身的結(jié)構(gòu)，而是有目的地對(duì)黑箱輸入信息，觀察黑箱對(duì)應(yīng)的輸出的信息，并利用分析、綜合、類(lèi)比的邏輯的方法和必要的數(shù)學(xué)運(yùn)算而得出結(jié)論，最后確定黑箱內(nèi)部狀態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。黑箱問(wèn)題雖然帶冇一定的猜測(cè)性，但這種猜測(cè)必須符合一定外部特征下所做出的有方向的猜想。黑箱問(wèn)題屬于根據(jù)所給結(jié)論，進(jìn)行逆向思維，推斷出黑箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。解決電學(xué)黑箱問(wèn)題的基本思路是：利用

3、所學(xué)的電路基礎(chǔ)知識(shí)，分析題設(shè)所給各種數(shù)據(jù)條件，對(duì)黑箱內(nèi)部電路元件的連接情況進(jìn)行預(yù)判斷，找到正確的切入點(diǎn)。一、電學(xué)黑箱問(wèn)題的分類(lèi)“電學(xué)黑箱”的種類(lèi)很多，沒(méi)有統(tǒng)一的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同的分類(lèi)方法，可分為三端型和多端型，有源(黑箱內(nèi)有電源)型和無(wú)源型，純電阻型和混合型。二、黑箱的原件特點(diǎn)及測(cè)量原理1、電阻、熱敏電阻(1)定值電阻Rt=R0(l+a?t)即阻值不隨溫度變化的電阻，隨著電流在電阻里流動(dòng)，阻值保持不變。(2)熱敏電阻熱敏電阻分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其阻值分別隨溫度的升高而明顯變大和變小。在通電過(guò)程中，熱敏電阻會(huì)因?yàn)殡娏鳠嵝?yīng)而改變阻值,從而使電

4、路中的電流發(fā)生變化。NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電附：PTC正溫度系數(shù)熱敏電阻:Rt=RToeB(T-To)2、電容器常見(jiàn)電容器由兩塊金屬板組成，可存儲(chǔ)和釋放電荷。在與直流電源相連接時(shí)可進(jìn)行充電，當(dāng)儲(chǔ)存電荷達(dá)到一定值后處于穩(wěn)態(tài)，電阻無(wú)窮大，相當(dāng)于開(kāi)路。故直流電路屮剛通電時(shí)電路有一定電流然后逐漸降至0,相對(duì)的電阻也從一定阻值逐漸升至無(wú)窮大。電容器在連有交流電源的電路中存在一定的阻抗：R=-C若線圈本身存在一定電阻，在直流電路屮電感線圈相當(dāng)于一個(gè)電阻，只有在接通和斷開(kāi)電源的一瞬間產(chǎn)生自感現(xiàn)象，產(chǎn)生阻抗，使得電路中電流相較同樣條件的直流電路中的電流明顯變小。電感線圈在交流電源的電

5、路中的阻抗：R=OD-t4、二極管二極管具有單向?qū)щ姷奶匦?，即正向?qū)ǎ聪蚨搪?。常?jiàn)的二極管正向電阻很小或有一定電阻，反向電阻無(wú)窮大。5、斷路用萬(wàn)用表的歐姆檔測(cè)量，正反兩面都是無(wú)窮大。6、電源有源元件，能提供電能，用電壓檔測(cè)量各個(gè)接線柱，電壓最大的地方為電源所在的電路。三、黑箱問(wèn)題解題思路1、首先必須用萬(wàn)用表直流電壓檔測(cè)出直流電源，交流電壓檔檢測(cè)出交流電源，以及各電源的正負(fù)極，因?yàn)槭紫葴y(cè)岀電源后才能用歐姆檔檢測(cè)其他元件，否則歐姆檔接入電源后會(huì)導(dǎo)致萬(wàn)用表?yè)p壞。一般用50V量程測(cè)量電源所在的位置及電壓大小。2、然后再用歐姆檔檢測(cè)。對(duì)于指針式多用表，可以先選用X1K倍率

6、檔。（1）如果正反接顯示的阻值相同，就表明所測(cè)的W端之間可能接有電阻或者電感線圈，然后再用合適的量程測(cè)量精確的阻值，之后再進(jìn)一步檢測(cè)是否電感或者電阻類(lèi)型。（2）如果正反接顯示的阻值相差很大，就表明所測(cè)的兩端之間接有二極管，再進(jìn)一步測(cè)出其正負(fù)極。（3）如果用最高倍率檔測(cè)量時(shí)正反接顯示的阻值都是無(wú)窮大，就可以判斷所測(cè)得兩端之間是斷路或者連有電容。（4）如果測(cè)出阻值是無(wú)窮人的接孔中正反接檢測(cè)使均出現(xiàn)先顯示一定阻值后再偏至無(wú)窮大，則可以判斷出兩端之間接有電容。黑箱問(wèn)題流程圖具體如下:用萬(wàn)用表檢測(cè)接線柱間的電壓電源u=o?用萬(wàn)用表合適的歐姆檔測(cè)各電壓為0的接線柱間的電阻短路電

7、容或斷路電肌或電感四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在箱面上有九組接線孔，它們分別是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18,每行兩個(gè)接線孔為一組，兩個(gè)接線孔之間只可能有一個(gè)電學(xué)元件或者斷路，這些元器件可能是：電阻(定值電阻和正負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻)、電容、二極管、電感線圈、電源(有直流電源和交流電源)。1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)判斷這些元器件的位罝(2)確定元件的規(guī)格參數(shù)。(3)確定黑箱內(nèi)元件的組合。2、實(shí)驗(yàn)器材電學(xué)黑箱(元件己知，位置未知)，萬(wàn)用表等。3、實(shí)驗(yàn)步驟(1)首先判斷黑箱內(nèi)直流電源和交流電源的具體位置，電壓大小(小于30V)及其正負(fù)