欧姆表设计性试验教案

设计实验注意事项•第一周：对照仪器，预习•课后写设计报告•设计报告要求：相当于自己编写一份讲义。•必须在下周上课前做好，否则直接不及格。•参考教材中普通实验的讲义格式，要有目的、仪器、原理、步骤、数据记录及处理。•原理部分，应根据所给的仪器和实验要求，自己设计实验方案，完成要求。要有本实验的相关基本知识，实验设计思路，实验方案要有原理图，电路图，文字说明。•步骤部分，应根据实验方案，给出主要步骤。•数据记录部分，要先以空格或表格的形式列出待测物理量，以方便记录数据。•数据处理部分，要先列出详细计算公式。•对所得结果，要加以分析和说明。（例如计算误差、或分析该结果是否能证明实验原理等等）•实验思考题必须先做好。••第二周：做实验•交设计报告，类似预习报告，老师当堂评分后发回。•当堂独立完成实验（90分钟）。如实验仪器有问题应及时咨询老师。老师一般不讲解实验原理，类似于开卷考试。•将数据抄录到设计报告上，并做数据处理得出结果。•部分实验要求当堂处理数据并交报告，以各实验老师要求为准。•评分：实验总分100分，设计报告，实验操作，数据处理及最终报告；这三部分各占20~40分，各实验中，三部分分值比例略有不同。两次设计实验平均平均分作为考试分数，如小于50分，总评直接不及格。前7个平时实验中，如果有2个及2个以上不及格，总评直接不及格（只计平时实验，不计设计实验）。•最后总评分数为：•平时实验平均分*70%+考试分数*30%60分以下为不及格。设计性实验改装欧姆表•本实验要求第二周做实验时当堂交报告•[实验仪器]•微安表表头1只，标准电流表1只，标准电压表1只，电阻箱4只，滑动变阻器1只，稳压电源1台，干电池1只，单刀双掷开关1只，开关1只，导线若干。•实验仪器可以不全部用上，按自己的设计方案选取必要的仪器即可。•仪器使用方法：•电阻箱：四个接线柱，接最左及最右两个。每个档位的读数（0~9）乘以各档位阻值，6档相加即为总电阻。•稳压电源：每台电源有独立的左右两半，接线接红黑两柱，电源开关按下，所有小按钮弹起，左侧CURRENT旋钮稍稍顺时针旋转，下方CV灯变绿时，右侧旋钮VOLTAGE可以调节电压大小。•开关K1不用了。•[实验目的]•用微安表改装多量程欧姆表•微安表指示的实际是电流大小，通过设计电路，使接入的外接电阻Rx变化时，表头指针能直接指出电阻大小，就将电流表改装成了欧姆表。也就是确定Rx与电流的关系。•[实验原理提示]•微安表有满偏电流Ig和表头内阻Rg两个参数，需设计实验电路进行测量。测Rg时可采用替代法，也可使用半偏法等。•推荐使用替代法，精度较高。用此方法时，微安表上需要接一个小电压（0.1v左右），稳压电源不能达到这么小，需要用稳压电源及滑线变阻器搭成分压电路，分出一个小电压。•图1图2•微安表改装欧姆表时，常用调零电阻外接法（图1）或者内接法（图2）•设计时应比较两种方法的优劣，选择合适的方法进行设计。•（做思考题3，选择误差小的方法）•3.欧姆表使用前应进行调零。先将待测电阻Rx设为0，使欧姆表测量端AB短路，然后适当调节调零电阻Rp的值，使表头指针指在最右刻度（满偏）。•4.欧姆表量程由中值电阻R中决定。当待测电阻Rx＝R中时，表头指针应指在刻度正中位置（半偏）。•5.结合3、4两条，若已知Ig、Rg、电源电压U，只要给出R中的阻值，就可以计算出对应的分档电阻Rj（j＝1,2,3...）和调零电阻Rp的理论值。•例如，对图1•Ig、Rg、U都可以测出，R中给定，这些作为已知量，当R1接入电路时，R1和Rp是两个未知数，原理3给出了一个Rx和电流I的关系，可以列出一个方程；原理4也是出了一个Rx和I的关系，可以列出一个方程。两方程联立可以解出R1和Rp两个未知数。这就完成了其中一个档位R中1的电路设计。•设计完成后，要做思考题3，分析电路误差：•思考题3、干电池电压U在使用过程中会逐渐变小，因此欧姆表使用前都要调零。•按Ig＝100，Rg＝1000Ω，U＝1.5v，R中理论＝100Ω计算R1、Rp，则R1=____Ω•如果上述参数中电池电压有误差，实际为U’＝1.4v，实际调零后Rp实际值为多少？R中实际值为多少？记误差为,对外接法和内接法分别进行分析，比较两种电路的误差大小，并在实验中选择合适的电路。••一台欧姆表，装配完成后，R1是不变的，而Rp是可调的。一个人拿到一台欧姆表，如果表中的电池电压比设计值小（1.5v变成1.4v），按照原先设计的Rp调节时，表头就不满足原理3的条件，所以Rp必须做成可调的。使用者不知道电池电压的变化情况，他只是将外接电阻短路（Rx=0），调节Rp=Rp’使表头满偏（I=Imax）。这就是实际调零的过程。实际调零后，当表头指中间时（I=Imax/2），实际的外接电阻R中实际就不再是理论值R中理论，两者之差即为误差。•计算时，R1，U’作为已知量，可以用Rx=0，I=Imax的条件算出Rp’，再用R1，U’，Rp’作为已知量，根据I=Imax/2，算出对应的R中实际。并与理论值R中理论比较得出误差。•对两套方案分别分析，比较误差大小。•6.仪器参考参数：Ig≈100，Rg≈1000Ω，电阻箱0～99999Ω，稳压电源电压0～30v可调，干电池电压设定为U＝1.5v。•[实验设计要求]•1、测Ig、Rg：要求设计电路图及详细操作步骤，并按所给出的仪器参考参数设置电路中的各项参数。此处电源应使用稳压电源。•2、设定欧姆表1档的中值电阻R中1＝100Ω。设计电路图，其中电源使用干电池。计算分档电阻R1和Rp1的理论值，要求有公式及推导过程。按计算结果搭建电路，并进行调零，记录Rp的实际值。•在做设计报告时，Ig、Rg并未实际测出，公式中可以先用字母表示，课上测出后再代入计算。•3、将待测电阻Rx逐次调至10，20，40，60，100，150，200，400，1000，5000（单位Ω），设计表格记录欧姆表指针的位置。（位置即对应电流大小，或左起/右起格数）•4、设定欧姆表2档的中值电阻R中2＝1000Ω，计算R2、Rp2，搭电路，调零，记录Rp实际值。测Rx＝100，200，400，600，1000，…，50000（单位Ω）,列表记录数据。•5、比较两次测量的结果，绘制表盘并进行标度。•绘制微安表的表盘，将各Rx标度在表头对应位置上，即完成欧姆表改装（并进行了校准）。•6、设定R中3＝10Ω，计算R3、Rp3，不做实际测量，利用前两次测量的结果直接标度表盘。•[实验思考题]•1、为什么要用中值电阻R中来区分欧姆表量程？•2、若设定R中＝50000Ω，电源能否还使用干电池？应换用什么参数的电源？实验中其它参数有何变化？•3、干电池电压U在使用过程中会逐渐变小，因此欧姆表使用前都要调零。•按Ig＝100，Rg＝1000Ω，U＝1.5v，R中理论＝100Ω计算R1、Rp，则R1=____Ω•如果上述参数中电池电压有误差，实际为U’＝1.4v，实际调零后Rp实际值为多少？R中实际值为多少？记误差为,对外接法和内接法分别进行分析，比较两种电路的误差大小，并在实验中选择合适的电路。•实验进阶：（选读）•实验设计要求3、4中，各阻值对应的理论位置是多少？实际位置与理论位置有多少偏差？实际标度的表盘即为校准后的欧姆表。•思考题3中，除了理论推导，也可以采用实验的方式进行误差的测量及比较。有余力的同学可以列出具体步骤。•可到此邮箱下载：•[e-mail]•密码13800138000