中學(xué)生奧林匹克物理夏令營(yíng)試驗(yàn)系列講座主講教師何希慶山東大學(xué)物理與微電子學(xué)院.7濟(jì)南物理競(jìng)賽電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題解析1名片何希慶教授

全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽委員通訊地址：濟(jì)南市洪家樓5號(hào)山東大學(xué)物理與微電子學(xué)院郵編：250100電話：88377035-8401Email:hxq@網(wǎng)址：2講課內(nèi)容第一講關(guān)于物理競(jìng)賽中問題第二講電學(xué)中試驗(yàn)方法第三講競(jìng)賽試驗(yàn)試題解析電阻組合測(cè)量黑盒子問題——航標(biāo)燈自動(dòng)控制非平衡電橋及其應(yīng)用——溫度自動(dòng)控制數(shù)字萬用電表設(shè)計(jì)及其應(yīng)用發(fā)光二極管光電特征及其應(yīng)用——交通燈控制電路設(shè)計(jì)

3第一講關(guān)于物理競(jìng)賽中問題競(jìng)賽宗旨命題事宜競(jìng)賽改革實(shí)施方案命題趨勢(shì)解題技巧競(jìng)賽日程4競(jìng)賽宗旨

弘揚(yáng)奧林匹克精神；選拔含有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力創(chuàng)新人才；推進(jìn)中學(xué)物理教學(xué)；促進(jìn)物理學(xué)科發(fā)展。

5命題事宜命題標(biāo)準(zhǔn)：圍繞競(jìng)賽綱領(lǐng)，以教材內(nèi)容為依據(jù)，重視考查學(xué)生基本知識(shí)、試驗(yàn)技能和創(chuàng)新意識(shí)，充分表達(dá)奧林匹克精神；試題內(nèi)容：含有深度、廣度、自由度，表達(dá)重點(diǎn)、難點(diǎn)、知識(shí)點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)；試題格式：題目、儀器與用具、要求、參考資料等。6競(jìng)賽改革固定教材《全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽試驗(yàn)指導(dǎo)書》北大出版社固定內(nèi)容指導(dǎo)書中34個(gè)試驗(yàn)是全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽個(gè)賽區(qū)復(fù)賽試驗(yàn)考試范圍。7公布時(shí)間

本省確定復(fù)賽試驗(yàn)考試內(nèi)容范圍必須向本省準(zhǔn)備參加物理競(jìng)賽全體考生公布，公布時(shí)間不得晚于復(fù)賽考試前六個(gè)月（3月3日前）?？荚嚪秶?/p>

各省復(fù)賽試驗(yàn)試題必須從本省公布試驗(yàn)中選定。依據(jù)指導(dǎo)書包括內(nèi)容，結(jié)合本省實(shí)際情況，確定24個(gè)試驗(yàn)題目作為24屆復(fù)賽試驗(yàn)題目命題范圍?！谖鍖孟牧顮I(yíng)試驗(yàn)培訓(xùn)內(nèi)容8命題小組

選拔業(yè)務(wù)水平較高、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富、作風(fēng)正派高校教師，組建命題小組保密辦法1、對(duì)于命題教師身份嚴(yán)格保密2、學(xué)生試驗(yàn)考號(hào)由導(dǎo)考人員隨機(jī)確定3、復(fù)賽當(dāng)日早晨由命題教師培訓(xùn)監(jiān)考老師和評(píng)卷教師，熟悉試驗(yàn)儀器，確定試驗(yàn)方案，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，制訂評(píng)分細(xì)則等。4、從而到達(dá)監(jiān)考、閱卷、學(xué)生三分離，5、命題教師參加評(píng)卷工作，幫助評(píng)卷教師處理考試中出現(xiàn)特殊問題。9關(guān)于教程“指導(dǎo)書”只是要求了考試綱領(lǐng)和內(nèi)容，但不是考題，這難免出現(xiàn)會(huì)做試驗(yàn)，但不一定會(huì)做考題情況。所以，新編《中學(xué)生奧林匹克物理夏令營(yíng)試驗(yàn)培訓(xùn)教程》配置相關(guān)試題，拓展物理知識(shí)，增強(qiáng)做試驗(yàn)興趣。10幾點(diǎn)啟示１、試驗(yàn)考試是比較微弱步驟，乃是困擾著本省決賽成績(jī)不盡人意原因之一。比如，21屆青島二中李寅同學(xué)決賽理論成績(jī)排在全國(guó)第八位，試驗(yàn)成績(jī)將他拉到二等獎(jiǎng)第一名，與一等獎(jiǎng)最終一名僅差0.5分，給他留下了遺憾，給我們提出了警示！112、必須加強(qiáng)中學(xué)試驗(yàn)教學(xué)、試驗(yàn)技能培養(yǎng)、強(qiáng)化選手試驗(yàn)培訓(xùn)，增強(qiáng)自信心。盡管與這兩屆決賽題目相近內(nèi)容，我們?cè)跊Q賽輔導(dǎo)中均包括到了相關(guān)內(nèi)容。比如，利用電橋原理設(shè)計(jì)乘法器、電阻率組合測(cè)量，幾乎與題目一致。但就是缺乏基本功訓(xùn)練和試驗(yàn)技能培養(yǎng)，試驗(yàn)素質(zhì)困乏，缺乏自信，不能舉一反三，另外兩個(gè)光學(xué)題也包括到相關(guān)內(nèi)容。123、強(qiáng)化決賽培訓(xùn)初見成效山東省濟(jì)賽委員會(huì)采取果斷辦法，對(duì)五名選手進(jìn)行系統(tǒng)、為期20余天培訓(xùn)，成績(jī)顯著提升。13本省代表隊(duì)由5名選手組成，經(jīng)過決賽前20余天理論、試驗(yàn)強(qiáng)化培訓(xùn)，信心倍增、成效顯著，取得一等獎(jiǎng)1名，二等獎(jiǎng)4名，其中李鑫同學(xué)總成績(jī)排名第十八位，郝陽同學(xué)試驗(yàn)成績(jī)排名第二位，為山東賽區(qū)贏得了榮譽(yù)；為今年第24屆代表隊(duì)組成（6名）贏得了一個(gè)附加名額；為山東賽區(qū)一等獎(jiǎng)名額分配增加了三個(gè)指標(biāo)。山東賽區(qū)一等獎(jiǎng)名額50名！

4723屆24屆一等獎(jiǎng)山東代表隊(duì)5

614來自第23屆山東代表隊(duì)隊(duì)員清華大學(xué)本科生壽光一中學(xué)生——董磊同學(xué)祝福15

董磊：您好！

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(qiáng)熟悉面孔，感到很親切、欣慰、自豪。你們不但給學(xué)校贏得了榮譽(yù)，也給山東省贏得了榮譽(yù)，也為我這位全國(guó)競(jìng)賽委員爭(zhēng)了口氣（因?yàn)榍皟蓪贸煽?jī)不理想），正因如此，才下決心進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間培訓(xùn)，我們?cè)囼?yàn)成績(jī)普遍提升，也“很有成效”。我想試驗(yàn)培訓(xùn)不但對(duì)決賽考試有益，而且對(duì)你們今后試驗(yàn)技能提升打下了良好基礎(chǔ)。謝謝你對(duì)競(jìng)賽關(guān)注和對(duì)老師崇敬。衷心希望，在今后學(xué)習(xí)中，刻苦努力，奮力拼搏，不停取得優(yōu)異成績(jī)！祝你學(xué)業(yè)有成！何老師

16存在問題在決賽輔導(dǎo)中發(fā)覺學(xué)生做試驗(yàn)：不規(guī)范，背步驟，蒙數(shù)據(jù)，不注意審題，急于求成，不注意觀察物理現(xiàn)象，不太會(huì)分析試驗(yàn)結(jié)果，不輕易得出正確結(jié)論。17第23屆競(jìng)賽情況預(yù)賽人數(shù)近9萬人，復(fù)賽人數(shù)2300人一等獎(jiǎng)47名二等獎(jiǎng)180名三等獎(jiǎng)772名深圳決賽情況參賽選手5名決賽成績(jī)1個(gè)一等獎(jiǎng)4個(gè)二等獎(jiǎng)錄用情況北京大學(xué)4名清華大學(xué)1名18第24屆物理競(jìng)賽日程/第24屆山東賽區(qū)代表隊(duì)預(yù)賽時(shí)間9月2日地點(diǎn)各市復(fù)賽時(shí)間9月22日地點(diǎn)濟(jì)南決賽時(shí)間11月3日~8日地點(diǎn)寧波第24屆山東賽區(qū)代表隊(duì)6名選手第24屆山東賽區(qū)一等獎(jiǎng)50名19實(shí)施方案1、合理整合優(yōu)化配置全委會(huì)要求競(jìng)賽儀器；2、結(jié)合“指導(dǎo)書”，編寫夏令營(yíng)培訓(xùn)教程；3、建立物理競(jìng)賽培訓(xùn)基地，提升山東賽區(qū)決賽成績(jī)；4、幫助試點(diǎn)學(xué)校，建設(shè)復(fù)合型多功效創(chuàng)新試驗(yàn)室。20命題趨勢(shì)考查試驗(yàn)技能聯(lián)絡(luò)當(dāng)今科技突出物理思想處理問題能力知識(shí)整合應(yīng)用21解題技巧審題要仔細(xì)原理要清楚方法要得當(dāng)步驟要合理現(xiàn)象要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)要真實(shí)操作要規(guī)范書寫要整齊22第二講電學(xué)中試驗(yàn)方法一、常測(cè)電學(xué)量電流電壓電動(dòng)勢(shì)電阻電容電感電場(chǎng)磁場(chǎng)電功電功率電阻率等二、慣用用具電流表、電壓表、歐姆表、萬用表電池、標(biāo)準(zhǔn)電池、電源、變壓器電阻箱、變阻器、電容器、電感開關(guān)、二極管、三極管等三、常規(guī)儀器電橋電勢(shì)差計(jì)信號(hào)發(fā)生器示波器等23四、電學(xué)中試驗(yàn)方法歐姆表法伏安法替換法電橋法賠償法半偏法示波法圖解法感應(yīng)法模擬法24伏安法及其應(yīng)用【例1】用伏安法測(cè)量電阻【試驗(yàn)器材】穩(wěn)壓電源、電壓表（內(nèi)阻RV）電流表（內(nèi)阻RA）待測(cè)電阻RX、單刀開關(guān)。【試驗(yàn)分析】基本原理：歐姆定律RX=

RX兩端電壓U/經(jīng)過RX電流I應(yīng)用范圍：主要用于測(cè)量電阻，尤其適合用于測(cè)量非線性電阻（如二極管）伏安特征。方法特點(diǎn)：系統(tǒng)誤差研究、非線性電阻測(cè)量，但操作較繁方法問題：產(chǎn)生系統(tǒng)誤差消除方法:（1）采取電流表外接法或電流表內(nèi)接法（2）計(jì)算法(修正）251、電流表外接法，如圖所表示，在該電路中電流表給出電流IA應(yīng)等于電阻RX上經(jīng)過電流I和電壓表上經(jīng)過電流IV之和，則測(cè)量絕對(duì)誤差主要起源于電壓表分流電流IV，取ΔI=IV，則ΔIRV=IRx相對(duì)誤差E1為:262、電流表內(nèi)接，如圖所表示，在該電路中電壓表給出電壓U是電阻RX上電壓UX與電流表上電壓UA之和，則測(cè)量絕對(duì)誤差主要起源于電流表上壓降UA。取ΔU=UA，則

相對(duì)誤差：E2=ΔU/Ux=Ra/Rx273、

電流表內(nèi)、外接法判別式。若E1>E2,則

當(dāng)待測(cè)電阻影響就可忽略不計(jì)電流表內(nèi)接法（大）影響就能夠忽略不計(jì)電流表外接法（?。?說明：經(jīng)過電流表內(nèi)外接法選擇，能夠減小相對(duì)誤差，284、修正公式

若依據(jù)采取不一樣接法，分別將測(cè)量結(jié)果用對(duì)應(yīng)修正公式進(jìn)行修正，則不論采取哪種接法均可得到正確結(jié)果（能夠去除表頭內(nèi)阻引發(fā)誤差）：電流表內(nèi)接電流表外接29【注意事項(xiàng)】

1、正確使用開關(guān)。2、電表使用。

3、電流表內(nèi)外接法判別式正確使用。4、依據(jù)儀表實(shí)際分度情況確定有效數(shù)字位數(shù),不能隨意估讀，影響測(cè)量精度。5、修正公式正確使用。

30半偏法及其應(yīng)用【例2】用半偏法測(cè)量電表A1內(nèi)阻Rg?！驹囼?yàn)器材】待測(cè)量表A1、標(biāo)準(zhǔn)電表A2、電阻箱兩個(gè)、開關(guān)兩個(gè)、電池、導(dǎo)線若干?！驹囼?yàn)概述】半偏法測(cè)量原理是利用電表滿偏電流與半偏電流之間關(guān)系，求出電表內(nèi)阻Rg，測(cè)量線路主要有以下三種形式：311、第一個(gè)形式：如圖所表示，這是標(biāo)準(zhǔn)形式——恒流半偏法，即整個(gè)測(cè)量過程保持回路電流I不變，以消除R2并聯(lián)后對(duì)回路電流影響。（1）按圖接線，K2斷開，K1合上，調(diào)整R1，使A1指示滿刻度，統(tǒng)計(jì)此時(shí)A2示數(shù)I。（2）合上K2，合理調(diào)整R1、R2，使A1指針在滿刻度二分之一位置，A2示數(shù)仍為I。（3）因?yàn)榛芈冯娏鱅恒定，而A1支路電流半偏轉(zhuǎn)為I/2，則R2支路電流也為I/2，故Rg=R2。

322、第二種形式

（1）調(diào)整電阻箱為R1值，為電表指示滿高度I1。（2）再調(diào)整電阻箱為R2值，使電表指針在滿刻度二分之一位置，此時(shí)電表示數(shù)I2=I1/2依據(jù)閉合電路歐姆定律，則E=I1r+I1(Rg+R1)E=I2r+I2(Rg+R2)I2=式中E為電源電動(dòng)勢(shì)，r為電源內(nèi)阻，解上述方程組可得Rg=R2-2R1-r假如電源內(nèi)阻r能夠忽略，則Rg=R2-2R1333、第三種形式

（1）按圖接線，K2斷開，K1合上，調(diào)整R1，使電表指示滿刻度I，則：

式中E為電源電功勢(shì)，r為電源內(nèi)阻。（2）合上K2，調(diào)整R2使電表指針在滿刻度二分之一位置，則電路總電流為解上述方程組可得

假如電源內(nèi)阻能夠忽略，則34【注意事項(xiàng)】1、估算限流電阻大小，不能使電表過載，預(yù)防損壞電表。2、后兩種方法不足。35替換法及其應(yīng)用【例3】用替換法測(cè)二極管正向電阻（工作電流8mA）【試驗(yàn)器材】毫安表、電源、單刀雙擲開關(guān)、滑線變阻器R0、電阻箱、待測(cè)二極管、導(dǎo)線若干。36【試驗(yàn)概述】替換法簡(jiǎn)單明了，在許多場(chǎng)所下能得到很好效果。

1、

開關(guān)K倒向1，調(diào)整R0，使回路電流為8mA。2、

使開關(guān)倒向2，調(diào)整R，使回電路恒定不變，則二極管在8mA工作電流下正向電阻為電阻箱示值?！咀⒁馐马?xiàng)】替換元件顯示現(xiàn)象應(yīng)與待測(cè)元件所顯示現(xiàn)象一致。37比較法及其應(yīng)用【例4】利用比較法測(cè)量電阻【試驗(yàn)器材】標(biāo)準(zhǔn)電阻R0、待測(cè)電阻RX、滑線變阻器R、雙刀雙擲開關(guān)、電壓表、單刀開關(guān)、電源、導(dǎo)線若干?！驹囼?yàn)概述】比較法類似于替換法，替換法顯示現(xiàn)象完全一致，而比較法顯示現(xiàn)象不完全一致，存在某種差異，但這種差異與一個(gè)內(nèi)在函數(shù)關(guān)系相聯(lián)絡(luò)（普通為線性關(guān)系），我們尋求到這種函數(shù)關(guān)系，則待測(cè)量也就迎刃而解了。381、

按圖接線。2、分別測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電阻R0、待測(cè)電阻RX上電壓U0、UX，則

【注意事項(xiàng)】尋求能夠進(jìn)行比較函數(shù)關(guān)系。39直流電橋法及其應(yīng)用【例5】用直流單電橋（惠斯登電橋）測(cè)電阻?！驹囼?yàn)器材】

四轉(zhuǎn)盤電阻箱兩只（R1、R2）、六轉(zhuǎn)盤電阻箱一只（R0）、檢流計(jì)（G），單刀開關(guān)、電源、導(dǎo)線若干、待測(cè)電阻（RX）?！驹囼?yàn)概述】1、按圖所表示接線，R1、R2稱為百分比臂，R0為可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻，稱為比較臂，檢流計(jì)作為平衡指示器。402、按試驗(yàn)要求，預(yù)置百分比臂，即R1/R2比值，調(diào)整R0大小，當(dāng)檢流計(jì)指零時(shí)，B、D兩點(diǎn)電位相等，則

平衡時(shí)，Ig=0,UBC=UDC,則

利用分比定理,化簡(jiǎn)后得到41電橋法測(cè)量實(shí)質(zhì)采取是比較法，它經(jīng)過零指示器來判斷電橋是否平衡，用可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻R0與待測(cè)電阻RX進(jìn)行比較，在眾多場(chǎng)所下往往用其非平衡態(tài)條件，此時(shí)要尤其注意非平衡狀態(tài)?！咀⒁馐马?xiàng)】1、

選擇適當(dāng)百分比臂，提升測(cè)量精度。2、

準(zhǔn)確度較高電阻箱作為可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻R0。3、

檢流計(jì)使用。42賠償法及其應(yīng)用【例6】用賠償法測(cè)量電池電動(dòng)勢(shì)【試驗(yàn)器材】直流穩(wěn)壓電源E、可變電阻器RP、檢流計(jì)、11m電阻絲RAB、單刀開關(guān)K1、單刀雙開關(guān)K2、標(biāo)準(zhǔn)電池EX、待測(cè)電阻EX。【試驗(yàn)概述】按圖所表示接線。若接通K1。有電流I經(jīng)過電阻絲RAB，并在電阻絲上產(chǎn)生電勢(shì)降路，如若再將ES接入電路，可能會(huì)出現(xiàn)三種情況：43a、當(dāng)ES>UAS時(shí)，檢流計(jì)中有電流經(jīng)過（指針偏向一側(cè)）b、當(dāng)ES<UAS時(shí)，檢流計(jì)中有電流經(jīng)過（指針偏向另一側(cè)）c、調(diào)整RP，使ES=UAS，檢流計(jì)中無電流，指針不偏轉(zhuǎn)，這種調(diào)整方法稱為工作電流標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整。這種測(cè)量電動(dòng)勢(shì)方法稱為賠償法，回路AESSA稱為賠償回路，回路EABE稱為工作電路回路。在賠償狀態(tài)時(shí)，ES=I0RAS（式中I0為賠償狀態(tài)下工作回路電流）。

44現(xiàn)又將待測(cè)電池接入賠償回路，RP恒定，保持I0不變，改變RAS到RAX，使檢流計(jì)指零，則EX=I0RAX。比較兩次測(cè)量結(jié)果可得

（式中l(wèi)AX為AX段電阻絲長(zhǎng)度，lAS為AS段電阻絲長(zhǎng)度。）賠償法實(shí)質(zhì)是依據(jù)賠償原理經(jīng)過電阻比較，實(shí)現(xiàn)待測(cè)電池與標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)比較。45【注意事項(xiàng)】1、調(diào)整賠償狀態(tài)必要條件是E、ES和E、EX極性不有接錯(cuò)，而且滿足E>ES、E>EX諸條件。2、電流標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整完成，RP、E就不能再改變，保持IO恒定。3、在一些情況下，IO作電流標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)整要留有余地。確保儀器11m電阻絲壓降大于待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)。4、標(biāo)準(zhǔn)電池普通為1.01866V。不允許用電壓表去測(cè)量它電動(dòng)勢(shì)，更不允許將它作為電源使用。46圖解法及其應(yīng)用【例7】用作圖法測(cè)量未知電容儀器用具：信號(hào)源、真空管毫伏表、電阻箱、標(biāo)準(zhǔn)電容箱，未知電感Lx、待測(cè)電容Cx、計(jì)算器、坐標(biāo)紙、及繪圖工具等要求：畫出電路圖，說明測(cè)量原理、測(cè)量數(shù)據(jù)，并在坐標(biāo)紙上作圖求出Cx題說：本題系第9屆全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽復(fù)賽（試驗(yàn)考試）山東省試題。依據(jù)諧振原理，利用諧振頻率與電容間關(guān)系作圖求解。47【解答】：電路圖所表示，圖中C0為標(biāo)準(zhǔn)電容箱，Cx為待測(cè)電容，諧振時(shí)，令，則48第三講競(jìng)賽試驗(yàn)試題解析

第三講主要以第20屆復(fù)賽和決賽以及第21屆、第22屆復(fù)賽試驗(yàn)試題為內(nèi)容，刨析試題命題方向、物理內(nèi)涵、考查重點(diǎn)以及審題思緒、解題方法、做題步驟等，意在給同學(xué)以啟發(fā)，作引玉之磚。

電阻組合測(cè)量黑盒子問題——航標(biāo)燈自動(dòng)控制非平衡電橋應(yīng)用——溫度自動(dòng)控制數(shù)字萬用電表設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

49【例1】電阻組合測(cè)量有5個(gè)電阻元件已分別裝入5個(gè)小盒中,并接在接線柱上（不得打開小盒），它們編號(hào)分別為R1。。。R5，其中3個(gè)電阻值較小，它們電阻值基本相等（電阻值相差小于1%），另兩個(gè)電阻值也基本相等（其電阻值相差小于1%），但它們電阻值比前三個(gè)最少大40%。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)試次數(shù)不超出3次，就一定能找出這兩個(gè)阻值較大電阻試驗(yàn)方案。然后準(zhǔn)確測(cè)量其中一個(gè)電阻值。50【儀器和用具】直流電源兩組E1和E2（E1＞E2,其內(nèi)阻可忽略）AC5型直流指針式檢流計(jì)一只（其使用方法見附錄）檢流計(jì)限流電阻一只（Rb）六鈕電阻箱一只(R)導(dǎo)線若干單刀雙擲開關(guān)一只。51【分析】依據(jù)題目要求、給定儀器和用具情況，采取電橋法和賠償法等二種測(cè)量方法，依據(jù)電橋平衡條件和狀態(tài)找出2個(gè)大電阻，利用賠償原理準(zhǔn)確測(cè)出電阻值。52一、電橋法1、

按圖所表示接線，R1、R2稱為百分比臂，

R0為可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻，稱為比較臂，

Rx為被測(cè)電阻，檢流計(jì)G作為平衡指示器。

2、當(dāng)檢流計(jì)指零(Ig=0)時(shí),B、D兩點(diǎn)電位相等，即I1R1=I2R2IxRX=I0R0電橋平衡條件：RX=R1/R2*R0或RXR2=R1R053二、賠償法賠償法——就是用已知電壓或電動(dòng)勢(shì)去抵消（或賠償）待測(cè)電壓或電動(dòng)勢(shì)方法。（電位差計(jì)）賠償原理

（1）工作回路(RRMKE1)提供工作電流（標(biāo)準(zhǔn)電壓）（2）賠償回路E2GRb按鈕開關(guān)（3）賠償調(diào)整按下開關(guān)、重復(fù)調(diào)整R使G指零54附錄AC5型直流指針式檢流計(jì)使用說明1．使用時(shí)要水平放置。2．將小旋鈕撥向白色圓點(diǎn)位置，用零點(diǎn)調(diào)整器將指針調(diào)至零位。3．按下“電計(jì)”按鈕，檢流計(jì)即被接入電路。開始調(diào)整時(shí)應(yīng)在接入限流電阻情況下，用躍按法（短暫接通）重復(fù)按下“電計(jì)”按鈕，調(diào)整至檢流計(jì)基本指零，然后拆除限流電阻，再細(xì)調(diào)至檢流計(jì)指零。4．如需將檢流計(jì)長(zhǎng)久接入電路時(shí)，可將“電計(jì)”按鈕按下并轉(zhuǎn)一角度鎖住即可。5．若使用時(shí)指針擺動(dòng)不停，按一下“短路”按鈕指針便馬上停頓。556．電流假如從“+”接線柱流入檢流計(jì)，指針偏向表盤“+”方向電流；假如從“-”接線柱流入檢流計(jì)，指針偏向表盤“-”方向。7．檢流計(jì)使用完成后必須將小旋鈕撥至紅色圓點(diǎn)位置，同時(shí)把“電計(jì)”、“短路”旋鈕放松。8．檢流計(jì)不得用作電流表讀數(shù)。注意安全使用檢流計(jì)！??！【題說】第20屆全國(guó)中學(xué)生物理奧林匹克競(jìng)賽決賽試驗(yàn)試題56【要求】

1．在試卷上寫出你所設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，該方案用不超出3次測(cè)試就一定能找出兩個(gè)阻值較大電阻。畫出測(cè)量電路圖、標(biāo)上符號(hào)，寫出試驗(yàn)步驟及判斷方法。2．用試驗(yàn)找出這兩個(gè)電阻值較大電阻，寫出它們編號(hào)。3．在上面找出兩個(gè)阻值較大電阻中任取一個(gè)，準(zhǔn)確測(cè)定其電阻值（令為RM）。不得使用其余4個(gè)待測(cè)電阻。在試卷上畫出測(cè)量電路圖，寫出試驗(yàn)步驟，導(dǎo)出計(jì)算公式，統(tǒng)計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)并求出結(jié)果（結(jié)果要能用4位有效數(shù)字表示）。57【點(diǎn)評(píng)】20屆全國(guó)中學(xué)生物理競(jìng)賽決賽題（濟(jì)南）表達(dá)了當(dāng)前命題方向；突出了基本試驗(yàn)原理綜合利用；考查學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)處理問題能力；58【試題分析】方案：

1）采取電橋平衡原理找出2大電阻

2)利用賠償原理測(cè)量其中1電阻值試題分析：若電橋基本平衡，橋路上4個(gè)電阻一定為2大2小，橋外余下是小電阻。若電橋不平衡，橋路上4個(gè)電阻可能為3小1大，余下1個(gè)大電阻；也可能為2大2小，余下1個(gè)小電阻。

59若電橋基本平衡,則（Rm.Rn=Rn.Rm)橋路上4個(gè)電阻一定為2大2小橋外余下是小電阻。橋上電阻分布如圖中4種情況：60第一次平衡情況分析61若電橋不平衡橋路上4個(gè)電阻可能為3小1大；也可能為2大2小，其分布如圖中6種情況橋外余下電阻在圖中(c)和(f)情況為小電阻，在其它情況為大電阻。

6263結(jié)果：2個(gè)大電阻編號(hào)為R2、R5測(cè)量RM方法一電壓賠償法1.測(cè)量電路如圖2．試驗(yàn)步驟及計(jì)算公式第一次測(cè)量：將D接A,F接B,調(diào)整電阻箱并重復(fù)按下按鈕開關(guān)，當(dāng)檢流計(jì)靠近為0時(shí)，去掉限流電阻，繼續(xù)調(diào)整電阻箱為R值時(shí)，檢流計(jì)指0。則有：(1)

64第二次測(cè)量：將D接B,F接C,調(diào)整電阻箱并重復(fù)按下按鈕開關(guān)，當(dāng)檢流計(jì)靠近為0時(shí),去掉限流電阻，繼續(xù)調(diào)整電阻箱為Rˊ值時(shí)，檢流計(jì)指0。則有：（2）式①、②聯(lián)立，解得：

65方法二電流賠償法1、測(cè)量電路如圖2、試驗(yàn)步驟及計(jì)算公式.第一次測(cè)量，如圖調(diào)電阻箱為R值時(shí)檢流計(jì)指零，則有

（1）

第二次測(cè)量，將電阻箱與RM交換位置，再調(diào)電阻箱為Rˊ值時(shí)檢流計(jì)指零，則有

（2）

二式聯(lián)立解之得

66【例2】黑盒子問題——航標(biāo)燈設(shè)計(jì)從示范航標(biāo)燈原理圖中不難看出，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)/綠色）等組成，另外一組等值電阻、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各接線端子上，有部分器件（如Ra、Rb、BG1、BG2）已在電路板上標(biāo)出。請(qǐng)注意Ra標(biāo)示有誤，以試題中示圖為準(zhǔn)！，黑盒中尚接有一個(gè)按鈕開關(guān)（紅色）。67試?yán)眠m當(dāng)儀器設(shè)備和正確測(cè)量方法對(duì)上述器件進(jìn)行判斷，并選出適當(dāng)器件分別組合成自動(dòng)控制航標(biāo)燈和手動(dòng)控制航標(biāo)燈?！緝x器和用具】

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、接插導(dǎo)線等。68【要求】1、按下示范航標(biāo)燈原理圖下電源開關(guān)，觀察原理圖上方發(fā)光二極管發(fā)光情況；

2、判斷出各器件在盒子內(nèi)位置，并簡(jiǎn)述測(cè)試步驟；

3、判斷出發(fā)光二極管極性（判斷方法與晶體二極管相同）；4、利用盒內(nèi)器件，參考示范航標(biāo)燈原理電路圖，自組一個(gè)自動(dòng)控制航標(biāo)燈；

5、另外自組一個(gè)簡(jiǎn)易手動(dòng)控制航標(biāo)燈（即每按一次按鈕，燈亮一次，只控制一個(gè)燈（紅/綠皆可）。所用元件仍從盒內(nèi)選?。?。

69黑盒子器件布局圖70【說明】1、黑盒子中每個(gè)器件接在兩個(gè)接線端子上，器件之間不混聯(lián)（即一個(gè)端子上只接一個(gè)器件引腳）2、電容極性約定，接線端子序號(hào)小一端為“+”，序號(hào)大一端為“-”【題說】第20屆全國(guó)中學(xué)生物理奧林匹克競(jìng)賽復(fù)賽（山東賽區(qū)）試驗(yàn)試題

71【電學(xué)黑盒子問題解法】電學(xué)黑盒：把電子元件放入有若干接線柱封閉盒子中，按某種方式連接，并接到接線柱上。慣用儀器：萬用電表、示波器、信號(hào)發(fā)生器、電阻箱、開關(guān)和導(dǎo)線等。電子元件：電阻、電容、電感、直流電源、交流電源、變壓器、二極管、發(fā)光二極管等判斷流程：經(jīng)過在外部接線柱上測(cè)試，進(jìn)行分析、綜合，判定盒內(nèi)電子元件、元件數(shù)值和電路連接，含有一定探索性。依據(jù)電子元件特征和檢測(cè)儀器使用條件，電學(xué)黑盒子檢測(cè)方法和判斷流程72電學(xué)黑盒子檢測(cè)方法和判斷流程圖73【點(diǎn)評(píng)】第20屆全國(guó)中學(xué)生物理奧林匹克競(jìng)賽復(fù)賽（山東賽區(qū)）試驗(yàn)試題考查學(xué)生對(duì)電子元件特征了解、分析判斷能力，從黑盒子中找到航標(biāo)燈所需相關(guān)元件；考查學(xué)生對(duì)新知識(shí)接收能力和試驗(yàn)技能；經(jīng)過手動(dòng)和自動(dòng)不一樣方案，讓學(xué)生體會(huì)知識(shí)主要性，深入激發(fā)學(xué)生求知欲望。74題型很多有神秘感誘導(dǎo)思索全方面分析考查能力有成就感75【參考答案】1、器件判斷利用排除法，依據(jù)器件特征進(jìn)行識(shí)別判斷。首先，找出電源——用萬用表直流電壓20V檔，逐點(diǎn)測(cè)量，有10V顯示端子上即有電源，在圖中標(biāo)出或記下端子編號(hào)，比如：⑹⑾接有電源，且⑹為電源正極，這兩個(gè)端子在余后檢測(cè)中無須檢測(cè)；然后，用萬用表歐姆表（提議10k檔）測(cè)出圖中標(biāo)示Ra、Rb阻值，方便確定另外Ra和Rb(Ra和Rb參考值分別為200和6.7K)；76用萬用表歐姆表檢測(cè)電阻、電容、發(fā)光二極管和按鈕開關(guān)等器件。⑴有確切阻值是電阻；⑵有充、放電現(xiàn)象是電容；⑶正反阻值相差懸殊是發(fā)光二極管，且電阻小時(shí)，紅表筆一端為發(fā)光二極管正極，深入用萬用表二極管檔檢測(cè)，若極性相符，則發(fā)光二極管亮；⑷按下按鈕開關(guān)，電阻為零端子接有按鈕開關(guān)。77找出電源⑹⑾接有電源，且⑹為電源正極，這兩個(gè)端子在余后檢測(cè)中無須檢測(cè)；78測(cè)出圖中標(biāo)示Ra、Rb阻值，方便確定另外Ra和Rb79黑盒中器件布局圖檢測(cè)電阻、電容、發(fā)光二極管和按鈕開關(guān)等器件。802、組裝自動(dòng)控制航標(biāo)燈注意：本題要求意在自動(dòng)控制，所以按鈕開關(guān)不接（接了不扣分？）得分（16線）8分燈亮得4分、連線圖正確4分813、組裝手動(dòng)控制航標(biāo)燈畫出控制原理圖得分：5分82【例3】溫度自動(dòng)控制電路研究如圖所表示是一個(gè)溫度自動(dòng)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(jì)電路），以實(shí)現(xiàn)非電學(xué)量（溫度）與電學(xué)量（電流）之間轉(zhuǎn)換，圖中WA、WB分別用于電子溫度計(jì)定標(biāo)（即調(diào)整mA表指零和滿度）虛線右側(cè)是比較控制電路，用于VX與VR二個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行比較，若VX〉VR

時(shí)，則電風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)VX≤

VR時(shí)，則電風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制。T——R——V——I83【儀器和用具】數(shù)字萬用電表、電阻箱、試驗(yàn)板（數(shù)字溫度計(jì)、熱敏電阻、加熱器、毫安表、電位器、開關(guān)、比較控制電路、電風(fēng)扇）等?！疽蟆?/p>

1、測(cè)量熱敏電阻特征曲線（10分）將熱敏電阻和數(shù)字溫度計(jì)探頭插入加熱器中(已插好)，按下加熱器開關(guān)加熱，從30℃~100℃每隔5℃測(cè)量各溫度下熱敏電阻電阻值（只測(cè)表中缺項(xiàng)即可），依據(jù)表中測(cè)量數(shù)據(jù)作熱敏電阻特征曲線。84

T(°C)30354045505560657075808590100Rt(Ω)

529448380323276238205179137852、電子溫度計(jì)定標(biāo)（10分）依據(jù)原始電路參數(shù)和測(cè)量參數(shù)，接通mA表開關(guān)，將電子溫度計(jì)定標(biāo)于30℃（0mA）和100℃（10mA），簡(jiǎn)述定標(biāo)過程。3、設(shè)計(jì)溫度自動(dòng)控制方案（10分）試設(shè)計(jì)溫度分別設(shè)定為38℃和58℃時(shí)控制方案，簡(jiǎn)述操作步驟和自動(dòng)控制過程。86【幾點(diǎn)說明】熱敏電阻——它是阻值隨溫度改變而發(fā)生顯著改變敏感元件，在工作溫度范圍內(nèi)，阻值隨溫度升高而增加熱敏電阻稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻，反之稱為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。經(jīng)過熱敏電阻能夠把溫度及溫度改變轉(zhuǎn)換成電學(xué)量加以測(cè)量，也能夠配以適當(dāng)電路實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)檢測(cè)和控制。熱敏電阻被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、交通、軍事科學(xué)研究等各個(gè)領(lǐng)域。87筒型加熱器——用于加熱調(diào)整溫度改變，由開關(guān)控制。數(shù)字式溫度計(jì)——用于測(cè)溫，其探頭與熱敏電阻已經(jīng)插入加熱器中。熱敏電阻列表阻值可能與實(shí)際測(cè)量值有一定差異——這與數(shù)字溫度計(jì)探頭與熱敏電阻所放位置相關(guān)。88【點(diǎn)評(píng)】第20屆全國(guó)中學(xué)生物理奧林匹克競(jìng)賽復(fù)賽（山東賽區(qū)）試驗(yàn)試題；深入了解非平衡電橋基本原理及其在日常生活中應(yīng)用；考查學(xué)生對(duì)新知識(shí)接收能力和試驗(yàn)技能；包括傳感器相關(guān)知識(shí)。89【參考解答】1、測(cè)量熱敏電阻特征曲線接通加熱器電源，分別測(cè)出各溫度下熱敏電阻阻值；依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)繪制熱敏電阻溫度特征曲線。90

作熱敏電阻特征曲線T(°C)30354045505560657075808590100Rt(Ω)1260990

790640540

5294483803232762382051791370102030405060708090100t0*******(Ω)912、電子溫度計(jì)定標(biāo)（10分）定標(biāo)實(shí)質(zhì)是確定測(cè)溫范圍，即下限溫度和上限溫度，并在電流計(jì)上標(biāo)明對(duì)應(yīng)溫度。該步驟可用電阻箱代替熱敏電阻來完成.（1）確定下限溫度取30℃為下限溫度，調(diào)電阻箱為熱敏電阻30℃時(shí)電阻值，接通ma表，調(diào)整WA使電流表指0，即確定了下限溫度（2）確定上限溫度取100℃為上限溫度，調(diào)電阻箱為熱敏電阻100℃時(shí)電阻值，接通ma表，調(diào)整WB，使電流表指滿量程，即確定了上限溫度。923、設(shè)計(jì)溫度自動(dòng)控制方案（15分）方案1——用電阻箱代替熱敏電阻，確定相應(yīng)VR從熱敏電阻溫度曲線上分別查出38℃和58℃時(shí)電阻值，調(diào)節(jié)電阻箱為查出值，分別測(cè)量ma表兩端電壓,調(diào)節(jié)VR為測(cè)得電壓值，然后接入熱敏電阻，當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度時(shí)，電風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，低于設(shè)定溫度時(shí)，電風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，如此過程周而復(fù)始，從而達(dá)到溫度控制之目標(biāo)。93方案2——從熱敏電阻溫度曲線上分別查出38℃和58℃時(shí)電阻值，調(diào)整電阻箱為查出值，細(xì)心調(diào)整VR使電風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)為止，然后接入熱敏電阻，當(dāng)溫度超出設(shè)定溫度時(shí)，電風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，低于設(shè)定溫度時(shí)，電風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，如此過程周而復(fù)始，從而到達(dá)溫度控制之目標(biāo)。

94方案3——直接接入熱敏電阻加熱，同時(shí)分別測(cè)量38℃和58℃時(shí)ma表兩端電壓，調(diào)整VR為測(cè)得電壓值，然后接入熱敏電阻，當(dāng)溫度超出設(shè)定溫度時(shí)，電風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，低于設(shè)定溫度時(shí)電風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，如此過程周而復(fù)始，從而到達(dá)溫度控制之目標(biāo)。95【例4】數(shù)字萬用電表設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

試設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求數(shù)字萬用表，并用該表測(cè)量未知電壓和電流（選作）以及排除簡(jiǎn)易航標(biāo)燈電路故障，并調(diào)試之。【儀器和用具】

數(shù)字微安表（0~199.9μA，內(nèi)阻1KΩ左右）電阻箱、電位器、電阻、蜂鳴器、工作電源E1（5V，內(nèi)阻可略）、使用電源E2（5V，內(nèi)阻可略）、待測(cè)電壓VR5（VX）待測(cè)電流IR6（I1）、航標(biāo)燈電路（單刀雙擲開關(guān)、LED指示燈、電源E2）、接插導(dǎo)線等。96【要求】1、將數(shù)字微安表改裝成量程為1.999V電壓表，測(cè)量VR5；2、將數(shù)字微安表改裝成有19.99mA量程電流表，測(cè)量IR6；3、將蜂鳴器和電源E1制作一個(gè)用于檢驗(yàn)電路故障（通/斷）信號(hào)尋跡器。利用該信號(hào)尋跡器檢驗(yàn)航標(biāo)燈電路故障（故障設(shè)在連線上，其它正常）、并排除其故障；4、畫出試驗(yàn)原理圖，簡(jiǎn)述試驗(yàn)步驟。【注意】估算限流電阻大小，不能使電表過載，預(yù)防損壞電表！一旦過載，顯示1███??！97【說明】數(shù)字微安表（0~199.9μA，內(nèi)阻1KΩ左右），并已接工作電源E1，按下電源開關(guān)，顯示“█000”，不顯示小數(shù)點(diǎn)，改裝后表，小數(shù)點(diǎn)也不顯示；蜂鳴器是一個(gè)聲響器件，只要加上適當(dāng)工作電源即可發(fā)出聲音，慣用于電子門鈴、報(bào)警提醒等場(chǎng)所；LED指示燈即發(fā)光二極管，通一額定電流即可正常發(fā)光，廣泛應(yīng)用于袖珍手電筒、鑰匙燈、指示燈、電子廣告牌（大屏幕）等領(lǐng)域；98除電阻箱和接插線外，全部器件均裝配在儀器面板上，并標(biāo)出它們位置，以下列圖所表示，其中工作電源E1、使用電源E2，它們內(nèi)阻忽略不計(jì)。主要參數(shù)以下：R1=8.1KΩR2=0.5ΩR3=91KΩR4=5.6ΩR5=100ΩR6=100ΩR7=47KΩW0=400Ω(已固定不可調(diào))W1=10KΩW2=27Ω99100【分析】本題屬電表改裝問題，能夠利用Rs=Rg/N-1和Rm=(M-1)Rg計(jì)算出擴(kuò)程電阻即可。未給出數(shù)字電流表內(nèi)阻和適當(dāng)電阻值，前者用半偏法后者用替換法（電流/電壓）確定其值。利用自制電子尋跡器，檢驗(yàn)“簡(jiǎn)易航標(biāo)燈電路”故障，并給予排除。101【步驟】利用半偏法測(cè)出數(shù)字表內(nèi)阻Rg

⑴方法一電路圖首先調(diào)整電阻箱R使電表指示199.8μA，記作R1；然后調(diào)整電阻箱R使電表指示99.9μA，記作R2；最終依據(jù)公式Rg=R2-2R1

計(jì)算Rg。102⑵方法二電路圖接通電路，讀出電流值I調(diào)整電阻箱使電流為I/2電阻箱示數(shù)即為Rg（973Ω左右）103電表擴(kuò)程⑴計(jì)算Rm=(M-1)Rg和Rs=Rg/N-1（本題M=10，N=100）Rm=8.757kΩ左右Rs=9.8Ω左右⑵電壓表擴(kuò)程及其測(cè)量利用替換法確定Rm電阻值（R1+W1）測(cè)量VR5=1.010v104⑶電流表擴(kuò)程及其測(cè)量*選作題利用分壓法確定Rs電阻值（R4+W2）首先將電阻箱調(diào)至Rs，并測(cè)量Rs兩端電壓VRs然后利用R4+W2替換電阻箱，調(diào)W2使R4+W2兩端電壓也為VRs，即確定Rs最終利用電流表測(cè)出IR6=9.5ma1053、電子尋跡器組裝

依據(jù)原理圖連線排除“簡(jiǎn)易航標(biāo)燈電路”故障⑴利用尋跡器檢驗(yàn)電路；⑵利用連線排除故障；⑶調(diào)試“簡(jiǎn)易航標(biāo)燈電路”，重復(fù)躍按按鈕開關(guān)，紅綠燈交替閃亮。1064、排除“簡(jiǎn)易航標(biāo)燈電路”故障⑴利用尋跡器檢驗(yàn)電路；⑵利用連線排除故障；⑶調(diào)試“簡(jiǎn)易航標(biāo)燈電路”，重