黑盒子的元件可能有電池、電阻、電感、電容或半導體二極體等。一般我們可以按如下方法解題。
1.用萬用表直流電壓擋(或直流電壓表)判斷有無電池。若某兩端鈕間有電壓則有電池在內。如當電壓表接通時指標稍有擺動而又回到零位,則是電池與電容串聯。
2.對二極體可以利用其正反電阻相差大的特點用萬用表電阻擋來判斷。如沒有提供萬用表,可採用圖1電路,測量ab之間電壓。若Uab≈0,則二極體接法如圖;
若Uab≈Uo,則二極體和圖中的方向相反。如外加電源為低頻訊號發生器(交流電源),如圖2所示,則不論電阻R值多大,都有Uab≈UR0。注意,如果兩隻二極體為同向串聯,與一隻二極體特性相同。但如兩隻二極體反串,則相當於斷路,此時無論是直流電源還是交流電源,均有Uab≈Uo。
3.當黑盒子兩端鈕間有電容C存在時,用萬用表的電阻擋(也可用直流電源串聯直流電壓表或直流電流表)接到兩端鈕。如電錶指標擺動一下後又回到原位。以此可判斷端鈕間有電容存在。但電容C值較小或電錶靈敏度不夠高時可能會看不到擺動現象。
4.對一般電阻R,可以用萬用表電阻擋直接判斷。
5.可以用圖3電路來判別端鈕ab間是電阻R、電容C或電感L。逐步增大訊號源的頻率f,並始終保持訊號源輸出電壓U0不變,測量Uab。當f增大時,若Uab不變,則端鈕ab間為R;若Uab也增大,則為L;若Uab減小,則為C。這是因為電阻R值與頻率f無關;電感L的感抗隨f上升而增大;而電容C的容抗隨f上升而減小。
6.如已知電阻R0與頻率f值,則可透過測量電壓Uab與UR0,利用串聯電路電壓比等於阻抗比關係求出元件數值。
若元件為電阻R,有……………(1)
若元件為電容C,有……………(2)
若元件為電感L,有……………(3)
7.如果f增大時(保持U0不變),Uab逐漸減小到一個最小值後又逐漸增大,則端鈕ab間為L和C串聯,Uab最小時的頻率為諧振頻率f0
諧振時……………(4)
由以上過程可以得知,在遇到黑盒子型別題目時,一般先判別元件型別,再確定元件數值。解題時要注意各種元件的不同特性,如頻率特性、極性、線性或非線性等。當然“黑盒子”題目型別很多,提供的儀器裝置各不相同,解題時可能還要聯立方程,但只要我們沉著冷靜,認真分析,充分利用已學過的知識,解答這類題目還是可以做到的。
下面為一例題(第14屆全國中學生物理競賽廣東賽區實驗試題B題),題目如下:
〖題目〗現有黑匣子一個,內有電阻R、電感L各一隻,二極體D、等值電容C各兩隻,組成了四個獨立電路,其端點分別為a-a’,b-b’,c-c’,d-d’。每個電路包含有一個元件或兩個串聯元件。
〖要求〗1.填表。
端鈕
a-a‘
b--b’
c--c‘
d--d’
端鈕間電路圖
實驗電路圖
實驗原理簡述2.測出R.L.C的值。
〖儀器裝置〗黑匣子一個,交流電壓表一塊,正弦交流訊號發生器一臺(0~2KHZ),電阻箱一個(0~9999W),導線數根。
解題過程為:
1.如圖4接線。
2.逐漸調高訊號發生器頻率f,並保持訊號發生器輸出電壓U0不變,測量Uab。將兩端鈕分別接到b-b’,c-c’,d-d’端,依上法同樣測出Uab。
3.若Uab始終等於U0(或URO始終為0),則端鈕間為兩隻二極體反串;
若Uab始終不變且Uab
黑盒子的元件可能有電池、電阻、電感、電容或半導體二極體等。一般我們可以按如下方法解題。
1.用萬用表直流電壓擋(或直流電壓表)判斷有無電池。若某兩端鈕間有電壓則有電池在內。如當電壓表接通時指標稍有擺動而又回到零位,則是電池與電容串聯。
2.對二極體可以利用其正反電阻相差大的特點用萬用表電阻擋來判斷。如沒有提供萬用表,可採用圖1電路,測量ab之間電壓。若Uab≈0,則二極體接法如圖;
若Uab≈Uo,則二極體和圖中的方向相反。如外加電源為低頻訊號發生器(交流電源),如圖2所示,則不論電阻R值多大,都有Uab≈UR0。注意,如果兩隻二極體為同向串聯,與一隻二極體特性相同。但如兩隻二極體反串,則相當於斷路,此時無論是直流電源還是交流電源,均有Uab≈Uo。
3.當黑盒子兩端鈕間有電容C存在時,用萬用表的電阻擋(也可用直流電源串聯直流電壓表或直流電流表)接到兩端鈕。如電錶指標擺動一下後又回到原位。以此可判斷端鈕間有電容存在。但電容C值較小或電錶靈敏度不夠高時可能會看不到擺動現象。
4.對一般電阻R,可以用萬用表電阻擋直接判斷。
5.可以用圖3電路來判別端鈕ab間是電阻R、電容C或電感L。逐步增大訊號源的頻率f,並始終保持訊號源輸出電壓U0不變,測量Uab。當f增大時,若Uab不變,則端鈕ab間為R;若Uab也增大,則為L;若Uab減小,則為C。這是因為電阻R值與頻率f無關;電感L的感抗隨f上升而增大;而電容C的容抗隨f上升而減小。
6.如已知電阻R0與頻率f值,則可透過測量電壓Uab與UR0,利用串聯電路電壓比等於阻抗比關係求出元件數值。
若元件為電阻R,有……………(1)
若元件為電容C,有……………(2)
若元件為電感L,有……………(3)
7.如果f增大時(保持U0不變),Uab逐漸減小到一個最小值後又逐漸增大,則端鈕ab間為L和C串聯,Uab最小時的頻率為諧振頻率f0
諧振時……………(4)
由以上過程可以得知,在遇到黑盒子型別題目時,一般先判別元件型別,再確定元件數值。解題時要注意各種元件的不同特性,如頻率特性、極性、線性或非線性等。當然“黑盒子”題目型別很多,提供的儀器裝置各不相同,解題時可能還要聯立方程,但只要我們沉著冷靜,認真分析,充分利用已學過的知識,解答這類題目還是可以做到的。
下面為一例題(第14屆全國中學生物理競賽廣東賽區實驗試題B題),題目如下:
〖題目〗現有黑匣子一個,內有電阻R、電感L各一隻,二極體D、等值電容C各兩隻,組成了四個獨立電路,其端點分別為a-a’,b-b’,c-c’,d-d’。每個電路包含有一個元件或兩個串聯元件。
〖要求〗1.填表。
端鈕
a-a‘
b--b’
c--c‘
d--d’
端鈕間電路圖
實驗電路圖
實驗原理簡述2.測出R.L.C的值。
〖儀器裝置〗黑匣子一個,交流電壓表一塊,正弦交流訊號發生器一臺(0~2KHZ),電阻箱一個(0~9999W),導線數根。
解題過程為:
1.如圖4接線。
2.逐漸調高訊號發生器頻率f,並保持訊號發生器輸出電壓U0不變,測量Uab。將兩端鈕分別接到b-b’,c-c’,d-d’端,依上法同樣測出Uab。
3.若Uab始終等於U0(或URO始終為0),則端鈕間為兩隻二極體反串;
若Uab始終不變且Uab