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1、西北工业大学设计性基础物理实验报告班级：11051401 姓名： 日期：2016.05.06 黑盒子实验黑盒子实验一、一、实验目的实验目的1、 学习使用示波器对黑盒子中电学元件进行判别及估算；2、 培养设计检测步骤和综合分析推理的能力。二、二、实验仪器（名称、型号及参数）实验仪器（名称、型号及参数）TDS1001B 波形输出器 示波器 电阻箱 电容箱 导线 黑盒子三、三、实验原理实验原理黑盒子里的元件可能是干电池、定值电阻、电容器、半导体二极管、电感器等，各元件链接在接线端，元件之间可能是并联、串联。使用如下电路图：信号发生器输出正弦波信号电压输入；R0取适当值；CH1 测量取样电阻箱两端电压
2、；CH2 检测信号发生器输出电压；虚线框内的 ij 表示黑盒子面板上的接线柱，实验观测中i 端对应信号发生器输出正端。假设信号发生器输出正弦波信号幅度为 A0、频率为 f，各元件检测判断过程如下：1. 电阻元件示波器 CH1 通道显示 UR为正弦波，幅度 A A0，若 f 变化 A 不变。2. 电容示波器 CH1 通道显示 UR为正弦波，幅度 A A0，若 f 变化 A 也变化，且 f 和 A 同变化。3. 电感示波器 CH1 通道显示 UR为正弦波，幅度 A A0，若 f 变化 A 也变化，且 f 和 A 变化不同步。4. 二极管示波器 CH1 通道显示 UR为半波，并可由脉冲向上还是向下判
3、断二极管的正负极。5. 电池先用示波器判断有无电池，此时示波器为直流。四、四、实验内容与方法实验内容与方法黑盒子黑盒子 1 1黑盒子 1 有四个接线柱，每两个接线柱之间最多连接一个元件，盒内三个元件可能是电池、电阻、电容、电感或半导体二极管。按一定顺序连接各个接线柱，用示波器测量信号发生器和取样电阻箱两端电压，记录示波器波形；调节信号发生器频率，观察记录 A 的变化。黑盒子黑盒子 2 2黑盒子 2 内含有三个电磁学元件，组成三角形连接方式。接线柱 1、2 之间为 X，接线柱 2、3 之间为 Y，接线柱 1、3 直接为 Z。按照与黑盒子 1 相同的方法确定各个接线柱之间的电磁学元件，之后测量三个
4、电磁学元件的数值。将黑盒子内电阻与取样电阻串联可以测得黑盒子内电阻的数值；将黑盒子内电容与取样电容并联可以测得电感、电容的数值。五、五、实验数据记录与处理（列表记录数据并写出主要处理过程）实验数据记录与处理（列表记录数据并写出主要处理过程）黑盒子黑盒子 1 1将测量接线柱 1、2，调节示波器测量方式为直流，此时无现象，说明黑盒子内无电池。调解示波器测量方式为交流，测量接线柱两端：（显示均为正弦波）1、2CH2 显示在 1.68V 左右，CH1 显示在 1.12V 左右，高频低频下状态相同。1、3高频状态下：CH2 在 1.56V 左右，CH1 在 1.52V 左右低频状态下：CH2 在 1.8
5、5V 左右，CH1 在 200mV-800mVf=200Hz CH1=1.26V CH2=1.68V1、4高频状态下：CH2=1.74V CH1 显示为几百毫伏低频状态下：CH2=1.74V CH1=1.00V-1.04Vf=200.70Hz CH1=1.06V CH2=1.70V2、3高频状态下：CH2=1.68V CH1=1.10V低频状态下：CH2=1.90V CH1 显示为几百毫伏f=100.70Hz CH1=820mV CH2=1.82V2、4高频状态下：CH2=1.74V CH1=1.18V低频状态下：CH2=1.54V CH1=1.38Vf=710.70Hz CH1=1.32V
6、CH2=1.66V3、4高、低频状态下：CH2=1.70-1.74V CH1=1.00-1.04V黑盒子黑盒子 2 2（显示均为正弦波）（显示均为正弦波）1、2f，CH1f=550.70Hz CH1=1.30V CH2=1.66V1、3f，CH1（800mV-1.14V）, CH2=1.72-1.76V2、3f，CH1（800mV-740mV-1.02V）, CH2=1.74-1.82V六、六、实验分析与讨论实验分析与讨论根据实验数据推断黑盒子 1 与黑盒子 2 的内部电路如下：推断依据为：黑盒子黑盒子 1 1示波器直流档无现象，说明黑盒子内没有电池元件；各个接线柱之间的波形均为正弦波，则黑盒
7、子内部没有二极管，黑盒子内部应为电阻、电容和电感三个元件的组合；电容元件“通高频、阻低频” ，经过观察和比较，连接 1、3 和 2、3 接线柱的有此性质，因此可推测 1、3 和 2、3 之间有电容元件。其中在高频状态下 1、3 分压更小，因此可推测1、3 接线柱之间为电容元件，2、3 接线柱之间存在电阻分压；电感元件“通低频、阻高频” ，经过观察和比较，连接 1、4 和 2、4 接线柱的有此性质，因此可推测 1、4 和 2、4 之间有电感元件。其中在低频状态下 2、4 分压更小，因此可推测2、4 接线柱之间为电感元件，1、4 接线柱之间存在电阻分压；1、2 和 3、4 接线柱之间均在高频和低频
8、状态下相差不大，可推测电阻在这之间。因为1、2 黑盒子分压比 3、4 小，因此可推测 1、2 接线柱之间为电阻元件，3、4 接线柱之间为电阻、电感、电容三个元件串联。计算如下：R0=200R=0.56V/1.12V*200=100RC=(1.68-1.26)/1.26*200=66.7 C=11.94FRL=（1.66-1.32） 、1.32*200=51.52 L=0.01154黑盒子黑盒子 2 2一直黑盒子 2 内有三个电磁元件，呈三角形组成。当接线柱接任意两端时，其余两个串联当接在电感两端时，电容和电阻串联，电阻影响电容特性；当接在电容两端时，电阻影响电感特性；当接在电阻两端时，电容和电感串联，根据电感和电阻曲线图来分析；经过比较三组数据，可得到在 1、2 接线柱两端，随着频率的增大黑盒子分压越来越大，因此 1、2 接线柱两端应为电感。在 2、3 两端，随着频率的增大黑盒子分压越来越小，因此 2、3 接线柱两端应为电容；根据电容和电感特性图，黑盒子两端分压可能随着频率的增加而先减（电容分压下降快）后增（电感分压上升快） ，实验数据吻合这点，因此可判断 1、3 接线柱之间为电阻。
