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1、中学生奥林匹克物理夏令营实验系列讲座中学生奥林匹克物理夏令营实验系列讲座o主讲教师主讲教师何希庆何希庆o山东大学物理与微电子学院山东大学物理与微电子学院2007.7济南济南1授课内容授课内容第一讲第一讲关于物理竞赛中的问题关于物理竞赛中的问题第二讲第二讲电学中的实验方法电学中的实验方法第三讲第三讲竞赛实验试题解析竞赛实验试题解析o电阻组合测量电阻组合测量o黑盒子问题黑盒子问题航标灯自动控制航标灯自动控制o非平衡电桥及其应用非平衡电桥及其应用温度自动控制温度自动控制o数字万用电表设计及其应用数字万用电表设计及其应用o发光二极管的光电特性及其应用发光二极管的光电特性及其应用交通灯控制电路设计交通灯
2、控制电路设计 2o几点启示几点启示、实验考试是比较薄弱的环节，乃是困扰着我省决赛、实验考试是比较薄弱的环节，乃是困扰着我省决赛成绩不尽人意的因素之一。成绩不尽人意的因素之一。例如，例如，21届青岛二中的李寅同学决赛理论成绩排在届青岛二中的李寅同学决赛理论成绩排在全国第八位，实验成绩将他拉到二等奖的第一名，与一全国第八位，实验成绩将他拉到二等奖的第一名，与一等奖最后一名仅差等奖最后一名仅差0.5分，给他留下了遗憾，给我们提分，给他留下了遗憾，给我们提出了警示！出了警示！32、必须加强中学实验教学、实验技能的培养、强化选、必须加强中学实验教学、实验技能的培养、强化选手的实验培训，增强自信心。尽管与
3、这两届的决赛题目手的实验培训，增强自信心。尽管与这两届的决赛题目相近的内容，我们在决赛辅导中均涉及到了相关内容。相近的内容，我们在决赛辅导中均涉及到了相关内容。例如，利用电桥原理设计乘法器、电阻率的组合例如，利用电桥原理设计乘法器、电阻率的组合测量，几乎与题目一致。但就是缺乏基本功的训练和实测量，几乎与题目一致。但就是缺乏基本功的训练和实验技能的培养，实验素质困乏，缺乏自信，不能举一反验技能的培养，实验素质困乏，缺乏自信，不能举一反三，另外两个光学题也涉及到相关内容。三，另外两个光学题也涉及到相关内容。4o存在问题存在问题在决赛辅导中发现学生做实验：在决赛辅导中发现学生做实验：o不规范，背步骤
4、，蒙数据，不规范，背步骤，蒙数据，o不注意审题，急于求成，不注意审题，急于求成，o不注意观察物理现象，不注意观察物理现象，o不太会分析实验结果，不太会分析实验结果，o不容易得出正确结论。不容易得出正确结论。5解题技巧解题技巧o审题要仔细审题要仔细o原理要清晰原理要清晰o方法要得当方法要得当o步骤要合理步骤要合理o现象要记录现象要记录o数据要真实数据要真实o操作要规范操作要规范o书写要整齐书写要整齐6第二讲第二讲电学中的实验方法电学中的实验方法一、常测电学量一、常测电学量o电流电流o电压电压o电动势电动势o电阻电阻o电容电容o电感电感o电场电场o磁场磁场o电功电功o电功率电功率o电阻率等电阻率等
5、二、常用用具二、常用用具o电流表、电压表、欧姆表、万用表电流表、电压表、欧姆表、万用表o电池、标准电池、电源、变压器电池、标准电池、电源、变压器o电阻箱、变阻器、电容器、电感电阻箱、变阻器、电容器、电感o开关、二极管、三极管等开关、二极管、三极管等三、常规仪器三、常规仪器o电桥电桥o电势差计电势差计o信号发生器信号发生器o示波器等示波器等7四、电学中的实验方法四、电学中的实验方法o欧姆表法欧姆表法o伏安法伏安法o替代法替代法o电桥法电桥法o补偿法补偿法o半偏法半偏法o示波法示波法o图解法图解法o感应法感应法o模拟法模拟法8伏安法及其应用伏安法及其应用【例【例1 1】用伏安法测量电阻用伏安法测量
6、电阻【实验器材【实验器材】稳压电源、电压表（内阻稳压电源、电压表（内阻RV）电流表（内阻）电流表（内阻RA）待测电阻）待测电阻RX、单刀开关。、单刀开关。【实验分析】【实验分析】o基本原理基本原理：欧姆定律：欧姆定律RX=RX的两端电压的两端电压U/通过通过RX的电流的电流Io应用范围应用范围：主要用于测量电阻，尤其适用于测量非线性电阻（如二极管）：主要用于测量电阻，尤其适用于测量非线性电阻（如二极管）的伏安特性。的伏安特性。o方法特点方法特点：系统误差研究、非线性电阻测量，但操作较繁：系统误差研究、非线性电阻测量，但操作较繁o方法问题方法问题：产生系统误差：产生系统误差o消除办法消除办法:（
7、1）采用电流表外接法或电流表内接法（采用电流表外接法或电流表内接法（2）计算法）计算法(修正）修正）91、电电流流表表外外接接法法，如如图图所所示示，在在该该电电路路中中电电流流表表给给出出的的电电流流IA应应等等于于电电阻阻RX上上通通过过的的电电流流I和和电电压压表表上上通通过过的的电电流流IV之之和和，则则测测量量绝绝对对误误差差主主要要来来源源于于电电压压表表的的分分流电流流电流IV，取，取I=IV，则，则IRV=IRx相对误差相对误差E1为为:102、电电流流表表内内接接，如如图图所所示示，在在该该电电路路中中电电压压表表给给出出的的电电压压U是是电电阻阻RX上上的的电电压压UX与与
8、电电流流表表上上的的电电压压UA之之和和，则则测测量量绝对误差主要来源于电流表上的压降绝对误差主要来源于电流表上的压降UA。取。取U=UA，则，则相对误差：相对误差：E2=U/Ux=Ra/Rx113、电流表内、外接法的判别式。电流表内、外接法的判别式。若若E1E2, ,则则当待测电阻当待测电阻的影响就可忽略不计的影响就可忽略不计电流表内接法（大）电流表内接法（大）的影响就可以忽略不计的影响就可以忽略不计电流表外接法电流表外接法（小）（小）.说明：通过电流表内外接法的选择，可以减小相对误差，说明：通过电流表内外接法的选择，可以减小相对误差，124、修正公式修正公式若根据采用的不同接法，分别将测量
9、结果用相应的修若根据采用的不同接法，分别将测量结果用相应的修正公式进行修正，则不论采用哪种接法均可得到正确正公式进行修正，则不论采用哪种接法均可得到正确结果（可以去除表头内阻引起的误差）结果（可以去除表头内阻引起的误差）：o电流表内接电流表内接o电流表外接电流表外接13【注意事项注意事项】1 1、正确使用开关。、正确使用开关。 2 2、电表的使用。电表的使用。3 3、电流表内外接法判别式的正确使用。电流表内外接法判别式的正确使用。 4 4、根据仪表实际分度情况确定有效数字位数、根据仪表实际分度情况确定有效数字位数, ,不能随意估读，影响测量精度。不能随意估读，影响测量精度。 5 5、修正公式的
10、正确使用。、修正公式的正确使用。 14半偏法及其应用半偏法及其应用【例【例2】用半偏法测量电表用半偏法测量电表A1的内阻的内阻Rg。【实验器材【实验器材】待待测测量量表表A1、标标准准电电表表A2、电电阻阻箱箱两两个个、开开关关两两个、电池、导线若干。个、电池、导线若干。【实验概述【实验概述】半半偏偏法法测测量量原原理理是是利利用用电电表表的的满满偏偏电电流流与与半半偏偏电电流流之之间间的的关关系系，求求出出电电表表的的内内阻阻Rg，测测量量线线路路主主要要有有以下三种形式：以下三种形式：151、第一种形式：如如图图所所示示，这这是是标标准准形形式式恒恒流流半半偏偏法法，即即整整个个测测量量过
11、过程程保保持持回回路路电电流流I不不变，变，以消除以消除R2并联后对回路电流的影响。并联后对回路电流的影响。（1）按按图图接接线线，K2断断开开，K1合合上上，调调节节R1，使使A1指示满刻度，记录此时指示满刻度，记录此时A2示数示数I。（2）合合上上K2，合合理理调调节节R1、R2，使使A1指指针针在在满满刻刻度一半的位置，度一半的位置，A2示数仍为示数仍为I。（3）由由于于回回路路电电流流I恒恒定定，而而A1支支路路电电流流半半偏偏转转为为I/2，则，则R2支路电流也为支路电流也为I/2，故，故Rg=R2。162、第二种形式（1）调调节节电电阻阻箱箱为为R1值值，为为电电表表指指示示满满高
12、高度度I1。（2）再再调调节节电电阻阻箱箱为为R2值值，使使电电表表指指针针在在满满刻刻度度一一半半的的位位置置，此此时时电电表表示示数数I2=I1/2根据闭合电路欧姆定律，则根据闭合电路欧姆定律，则E=I1r+I1(Rg+R1)E=I2r+I2(Rg+R2)I2=式式中中E为为电电源源电电动动势势，r为为电电源源内内阻阻，解解上上述方程组可得述方程组可得Rg=R2-2R1-r如果电源的内阻如果电源的内阻r可以可以忽略，则忽略，则Rg=R2-2R1173、第三种形式、第三种形式（1）按按图图接接线线，K2断断开开，K1合合上上，调调节节R1，使使电电表表指指示示满满刻刻度度I，则：则：oo式式
13、中中E为为电电源源电电功功势势，r为为电电源源内阻。内阻。（2）合合上上K2，调调节节R2使使电电表表指指针针在在满满刻刻度度一一半半的的位位置置，则则电电路路总电流为总电流为o解上述方程组可得解上述方程组可得o如如果果电电源源的的内内阻阻可可以以忽忽略略，则则18【注意事项注意事项】1、估估算算限限流流电电阻阻的的大大小小，不不能能使使电电表表过过载载，防防止止损坏电表。损坏电表。2、后两种方法的局限性、后两种方法的局限性。19替代法及其应用替代法及其应用【例例3】用用替替代代法法测测二二极极管管的的正正向向电电阻阻（工工作作电电流流8mA）【实验器材【实验器材】o毫毫安安表表、电电源源、单
14、单刀刀双双掷开关、滑线变阻器掷开关、滑线变阻器oR0、电电阻阻箱箱、待待测测二二极极管、导线若干。管、导线若干。20【实验概述【实验概述】o替代法简单明了，在许多场合下能得到较好的效果。替代法简单明了，在许多场合下能得到较好的效果。1、 、开关开关K倒向倒向1， ，调节R0，使回路，使回路电流流为8mA。 。2、 、使使开开关关倒倒向向2， ，调节R， ，使使回回电路路恒恒定定不不变， ，则二二极极管管在在8mA工作工作电流流下的正向电阻为电阻箱的示值。下的正向电阻为电阻箱的示值。【注意事项注意事项】o替代元件显示的现象应与待测元件所显示的现象一致。替代元件显示的现象应与待测元件所显示的现象一
15、致。21比较法及其应用比较法及其应用【例【例4 4】利用比较法测量电阻】利用比较法测量电阻【实验器材【实验器材】o标标准准电电阻阻R0、待待测测电电阻阻RX、滑滑线线变变阻阻器器R、双双刀刀双双掷掷开开关关、电电压表、单刀开关、电源、导线若干。压表、单刀开关、电源、导线若干。【实验概述【实验概述】o比比较较法法类类似似于于替替代代法法，替替代代法法显显示示的的现现象象完完全全一一致致，而而比比较较法法显显示示的的现现象象不不完完全全一一致致，存存在在某某种种差差异异，但但这这种种差差异异与与一一种种内内在在的的函函数数关关系系相相联联系系（一一般般为为线线性性关关系系），我我们们寻寻求求到到这
16、这种种函函数关系，则待测量也就迎刃而解了。数关系，则待测量也就迎刃而解了。221、按图接线。按图接线。2、分分别别测测量量标标准准电电阻阻R0、待待测测电电阻阻RX上的电压上的电压U0、UX，则，则【注意事项注意事项】寻求可以进行比较的函数关系。寻求可以进行比较的函数关系。23直流电桥法及其应用直流电桥法及其应用【例【例5】用直流单电桥（惠斯登电桥）测电阻用直流单电桥（惠斯登电桥）测电阻。【实验器材【实验器材】 四四转转盘盘电电阻阻箱箱两两只只（R1、R2）、六六转转盘盘电电阻阻箱箱一一只只（R0）、检检流流计（计（G），单刀开关、电源、导线若干、待测电阻（），单刀开关、电源、导线若干、待测电
17、阻（RX）。）。【实验概述【实验概述】1、按按图图所所示示接接线线，R1、R2称称为为比比例例臂臂，R0为为可可调调标标准准电电阻阻，称称为为比较臂，检流计作为平衡批示器。比较臂，检流计作为平衡批示器。242、按按实实验验要要求求，预预置置比比例例臂臂，即即R1/R2的的比比值值，调调节节R0的的大小，当检流计指零时，大小，当检流计指零时，B、D两点电位相等，则两点电位相等，则平衡时，平衡时，Ig=0,UBC=UDC,则则利用分比定理利用分比定理,化简后得到化简后得到25o电电桥桥法法测测量量实实质质采采用用的的是是比比较较法法，它它通通过过零零指指示示器器来来判判断断电电桥桥是是否否平平衡衡
18、，用用可可调调的的标标准准电电阻阻R0与与待待测测电电阻阻RX进进行行比比较较，在在众众多多场场合合下下往往往往用用其其非非平平衡衡态态的的条条件件，此此时要特别注意非平衡的状态。时要特别注意非平衡的状态。【注意事项注意事项】1、选择合适的比例臂，提高测量的精度。选择合适的比例臂，提高测量的精度。2、精确度较高的电阻箱作为可调标准电阻精确度较高的电阻箱作为可调标准电阻R0。3、检流计的使用。检流计的使用。26补偿法及其应用补偿法及其应用【例【例6】用补偿法测量电池的电动势用补偿法测量电池的电动势【实验器材【实验器材】o直直流流稳稳压压电电源源E、可可变变电电阻阻器器RP、检检流流计计、11m电
19、电阻阻丝丝RAB、单单刀刀开开关关K1、单单刀刀双双开开关关K2、标标准准电电池池EX、待待测测电阻电阻EX。【实验概述【实验概述】o按按图图所所示示接接线线。若若接接通通K1。有有电电流流I通通过过电电阻阻丝丝RAB，并并在在电电阻阻丝丝上上产产生生电电势势的的降降路路，如如若若再再将将ES接接入入电电路路，可可能会出现三种情况：能会出现三种情况：27a、当当ESUAS时时，检检流流计计中中有有电电流流通通过过（指指针偏向一侧）针偏向一侧）b、当当ESES、EEX诸条件。诸条件。2、电流标准化调节完毕，、电流标准化调节完毕，RP、E就不能再变化，保持就不能再变化，保持IO恒定。恒定。3、在在
20、某某些些情情况况下下，IO作作电电流流标标准准化化的的调调节节要要留留有有余余地地。保保证证仪仪器器11m电阻丝的压降大于待测电池电动势。电阻丝的压降大于待测电池电动势。4、标标准准电电池池一一般般为为1.01866V。不不允允许许用用电电压压表表去去测测量量它它的的电电动动势势，更不允许将它作为电源使用。，更不允许将它作为电源使用。30图解法及其应用图解法及其应用【例【例7】用作图法测量未知电容用作图法测量未知电容o仪器用具仪器用具：信号源、真空管毫伏表、电：信号源、真空管毫伏表、电阻箱、标准电容箱，未知电感阻箱、标准电容箱，未知电感Lx、待测电、待测电容容Cx、计算器、坐标纸、及绘图工具等
21、、计算器、坐标纸、及绘图工具等o要求要求：画出电路图，说明测量原理、测量：画出电路图，说明测量原理、测量数据，并在坐标纸上作图求出数据，并在坐标纸上作图求出Cxo题说：本题系第题说：本题系第9届全国中学生物理竞赛复届全国中学生物理竞赛复赛（实验考试）山东省试题。根据谐振原赛（实验考试）山东省试题。根据谐振原理，利用谐振频率与电容间的关系作图求理，利用谐振频率与电容间的关系作图求解。解。31【解答【解答】 ：o电路图所示，图中电路图所示，图中C0为标准电容箱，为标准电容箱，Cx为待测电容，为待测电容，谐振时，谐振时，o令令，o则则32第三讲第三讲竞赛实验试题解析竞赛实验试题解析第三讲主要以第第三
22、讲主要以第2020届的复赛和决赛以及第届的复赛和决赛以及第2121届、第届、第2222届届的复赛实验试题为内容，刨析试题的命题方向、物理内的复赛实验试题为内容，刨析试题的命题方向、物理内涵、考查重点以及审题思路、解题方法、做题步骤等，涵、考查重点以及审题思路、解题方法、做题步骤等，旨在给同学以启发，作引玉之砖。旨在给同学以启发，作引玉之砖。o电阻组合测量电阻组合测量o黑盒子问题黑盒子问题航标灯自动控制航标灯自动控制o非平衡电桥应用非平衡电桥应用温度自动控制温度自动控制o数字万用电表设计及其应用数字万用电表设计及其应用 33【例【例1 1】电阻组合测量电阻组合测量o有有5 5个个电电阻阻元元件件
23、已已分分别别装装入入5 5个个小小盒盒中中, ,并并接接在在接接线线柱柱上上（不不得得打打开开小小盒盒），它它们们的的编编号号分分别别为为R R1 1。R R5 5，其其中中3 3个个电电阻阻值值较较小小，它它们们的的电电阻阻值值基基本本相相等等（电电阻阻值值相相差差不不大大于于1%1%），另另两两个个电电阻阻值值也也基基本本相相等等（其其电电阻阻值值相相差差不不大大于于1%1%），但但它它们们的的电电阻阻值比前三个至少大值比前三个至少大40% 40% 。o请请设设计计一一种种测测试试次次数数不不超超过过3 3次次，就就一一定定能能找找出出这这两两个个阻阻值值较较大的电阻大的电阻的实验方案。然
24、后的实验方案。然后准确测量其中一个的电阻值准确测量其中一个的电阻值。 34【仪器和用具】【仪器和用具】o直流电源两组直流电源两组E E1 1和和 E E2 2（E E1 1E E2 2, ,其内阻可忽略）其内阻可忽略）oAC5AC5型直流指针式检流计一只（其使用方法见附录）型直流指针式检流计一只（其使用方法见附录） o检流计限流电阻一只（检流计限流电阻一只（ R R b b ）o六钮电阻箱一只六钮电阻箱一只( ( R R ) )o导线若干导线若干o单刀双掷开关一只。单刀双掷开关一只。35【分析】【分析】 根据根据题目要求题目要求、给定的仪器和用具情况，给定的仪器和用具情况，采用电桥法和补偿法等
25、二种测量方法，根据电采用电桥法和补偿法等二种测量方法，根据电桥的平衡条件和状态找出桥的平衡条件和状态找出2 2个大电阻，利用补偿个大电阻，利用补偿原理精确测出电阻值。原理精确测出电阻值。36一、电桥法一、电桥法1 1、按图所示接线，按图所示接线，R1、R2称为比例臂，称为比例臂，R0为可调标准电阻，称为比较臂，为可调标准电阻，称为比较臂，Rx为被测电阻，检流计为被测电阻，检流计G作为平衡作为平衡指示器。指示器。2、当检流计指零当检流计指零(Ig=0)时时,B、D两点电位相等，两点电位相等，o即即I1R1=I2R2 IxRX=I0R0o电桥平衡条件电桥平衡条件：RX=R1/R2 * R0o 或或
26、 RXR2=R1R037二、补偿法二、补偿法o补偿法补偿法就是用已知的电压或电动势去抵消（或补偿）待测的就是用已知的电压或电动势去抵消（或补偿）待测的电压或电动势的方法。（电位差计）电压或电动势的方法。（电位差计）o补偿原理补偿原理（1）工作回路）工作回路o (R RM K E1)o提供工作电流提供工作电流o（标准电压）（标准电压）（2）补偿回路）补偿回路oE2GRb按钮开关按钮开关（3）补偿调节）补偿调节o按下开关、反复按下开关、反复o调节调节R使使G指零指零38附录 AC5型直流指针式检流计使用说明1 1使用时要水平放置。使用时要水平放置。2 2将小旋钮拨向白色圆点位置，用零点调节器将指针
27、调至零位。将小旋钮拨向白色圆点位置，用零点调节器将指针调至零位。3 3按按下下“电电计计”按按钮钮，检检流流计计即即被被接接入入电电路路。开开始始调调节节时时应应在在接接入入限限流流电电阻阻的的情情况况下下，用用跃跃按按法法（短短暂暂接接通通）反反复复按按下下“电电计计”按按钮钮，调节至检流计基本指零，然后拆除限流电阻，再细调至检流计指零。调节至检流计基本指零，然后拆除限流电阻，再细调至检流计指零。4 4如如需需将将检检流流计计长长期期接接入入电电路路时时，可可将将“电电计计”按按钮钮按按下下并并转转一一角角度度锁住即可。锁住即可。5 5若使用时指针摆动不停，按一下若使用时指针摆动不停，按一下
28、“短路短路”按钮指针便立即停止按钮指针便立即停止。396 6电流如果从电流如果从“+”“+”接线柱流入检流计，指针偏向表盘的接线柱流入检流计，指针偏向表盘的“+”“+”方向电流；如果从方向电流；如果从“-”“-”接线柱流入检流计，指针接线柱流入检流计，指针偏向表盘的偏向表盘的“-”“-”方向。方向。7 7检检流流计计使使用用完完毕毕后后必必须须将将小小旋旋钮钮拨拨至至红红色色圆圆点点位位置置，同同时把时把“电计电计”、“短路短路”旋钮放松。旋钮放松。8 8检流计不得用作电流表读数。检流计不得用作电流表读数。注意安全使用检流计！注意安全使用检流计！【题说】第第2020届全国中学生物理奥林匹克竞赛
29、决赛实验试题届全国中学生物理奥林匹克竞赛决赛实验试题40【要求要求】 1 1在在试试卷卷上上写写出出你你所所设设计计的的实实验验方方案案，该该方方案案用用不不超超过过3 3次次测测试试就就一一定定能能找找出出两两个个阻阻值值较较大大的的电电阻阻。画画出出测测量量电电路路图图、标上符号，写出实验步骤及判断方法。标上符号，写出实验步骤及判断方法。 2 2用实验找出这两个电阻值较大的电阻，写出它们的编号。用实验找出这两个电阻值较大的电阻，写出它们的编号。 3 3在在上上面面找找出出的的两两个个阻阻值值较较大大的的电电阻阻中中任任取取一一个个，准准确确测测定定其电阻值（令为其电阻值（令为RM）。不得使
30、用其余）。不得使用其余4 4个待测电阻。个待测电阻。 在在试试卷卷上上画画出出测测量量电电路路图图，写写出出实实验验步步骤骤，导导出出计计算算公公式式，记录测量数据并求出结果（结果要能用记录测量数据并求出结果（结果要能用4 4位有效数字表示）。位有效数字表示）。41【点评】【点评】o20届全国中学生物理竞赛决赛题（济南）届全国中学生物理竞赛决赛题（济南）o体现了目前的命题方向；体现了目前的命题方向；o突出了基本实验原理的综合运用；突出了基本实验原理的综合运用；o考察学生的综合应用知识解决问题能力；考察学生的综合应用知识解决问题能力；42【试题分析】【试题分析】o方案：方案： 1 1）采用电桥平
31、衡原理找出采用电桥平衡原理找出2 2大电阻大电阻2)2)利用补偿原理测量其中利用补偿原理测量其中1 1电阻值电阻值o试题分析：试题分析：o若电桥基本平衡若电桥基本平衡，桥路上的，桥路上的4 4个电阻一定为个电阻一定为2 2大大2 2小，桥小，桥外余下的是小电阻。外余下的是小电阻。o若电桥不平衡若电桥不平衡，桥路上的，桥路上的4 4个电阻可能为个电阻可能为3 3小小1 1大，余下大，余下1 1个大电阻；也可能为个大电阻；也可能为2 2大大2 2小小，余下余下1 1个小电阻。个小电阻。43若电桥基本平衡若电桥基本平衡,则则（Rm.Rn=Rn.Rm)o桥路上的桥路上的4个电阻一定为个电阻一定为2大大
32、2小小 桥外余下的是小电阻。桥外余下的是小电阻。o 桥上电阻分布如图中的桥上电阻分布如图中的4 4种情况：种情况：44第一次平衡情况分析第一次平衡情况分析45若电桥不平衡若电桥不平衡o桥路上的桥路上的4 4个电阻可能为个电阻可能为3 3小小1 1大；也可能为大；也可能为2 2大大2 2小，小，o其分布如图中的其分布如图中的6 6种情况种情况o桥桥外外余余下下的的电电阻阻在在图图中中 (c)(c)和和 (f)(f)情情况况为为小小电电阻阻，在在其其他情况为大电阻。他情况为大电阻。 4647o结果结果：2个大电阻的编号为个大电阻的编号为R2、R5o测量测量RMo方法一方法一电压补偿法电压补偿法1.
33、测量电路如图测量电路如图2实验步骤及计算公式实验步骤及计算公式o第一次测量：第一次测量：o将将D接接A,F接接B,调节电阻箱并反复按下按钮开关，当检流计接近为调节电阻箱并反复按下按钮开关，当检流计接近为0时，去掉限流电阻，继续调节电阻箱为时，去掉限流电阻，继续调节电阻箱为R值时，检流计指值时，检流计指0。则有：。则有：o(1)48o第二次测量：第二次测量：o将将D接接B,F接接C,调节电阻箱并反复按下按钮开关，当检调节电阻箱并反复按下按钮开关，当检流计接近为流计接近为0时时,o去掉限流电阻，继续调节电阻箱为去掉限流电阻，继续调节电阻箱为R值时，检流计指值时，检流计指0。则有：。则有：（2）o式
34、式、联立，解得联立，解得： 49o方法二方法二电流补偿法电流补偿法1、测量电路如图、测量电路如图2、实验步骤及计算公式、实验步骤及计算公式o.第一次测量，如图第一次测量，如图o调电阻箱为调电阻箱为R值时检流计指零，则有值时检流计指零，则有oo（1）o o第二次测量，将电阻箱与第二次测量，将电阻箱与RM交换位置，再调电阻箱为交换位置，再调电阻箱为R值时检流计指零，则有值时检流计指零，则有o o（2）oo 二式联立解之得二式联立解之得o 50【例【例2 2】黑盒子问题黑盒子问题航标灯设计航标灯设计 从从示示范范航航标标灯灯的的原原理理图图中中不不难难看看出出，由由电电阻阻、电电容容、发发光光二二极
35、极管管、晶晶体体三三极极管管、直直流流电电源源、电电源源开开关关（自自锁锁开开关关/ /绿绿色色）等等组组成成，另另外外一一组组等等值值的的电电阻阻、电电容容、发发光光二二极极管管、晶晶体体三三极极管管、直直流流电电源源分分别别安安装装在在黑黑盒盒中中的的各各接接线线端端子子上上，有有部部分分器器件件（如如RaRa、RbRb、BG1BG1、BG2BG2）已已在在电电路路板板上上标标出出。请请注注意意RaRa的的标标示示有有误误，以以试试题题中中的的示示图图为为准准！，黑黑盒盒中中尚尚接接有有一一个个按按钮钮开开关关（红色）。（红色）。51o试运用合适的仪器设备和正确的测量方法对上述器件试运用合
36、适的仪器设备和正确的测量方法对上述器件进行判断，并选出合适的器件分别组合成自动控制的进行判断，并选出合适的器件分别组合成自动控制的航标灯和手动控制的航标灯。航标灯和手动控制的航标灯。【仪器和用具仪器和用具】 数字万用表及其使用说明书、数字万用表及其使用说明书、黑盒子、示范航标灯原理电路、黑盒子、示范航标灯原理电路、接插导线等。接插导线等。52【要求要求】1 1、按按下下示示范范航航标标灯灯原原理理图图下下的的电电源源开开关关，观观察察原原理理图图上上方方发发光光二二极极管管的发光情况；的发光情况； 2 2、判断出各器件在盒子内的位置，并简述测试步骤；、判断出各器件在盒子内的位置，并简述测试步骤
37、； 3 3、判断出发光二极管的极性（判断方法与晶体二极管相似）；、判断出发光二极管的极性（判断方法与晶体二极管相似）；4 4、利利用用盒盒内内的的器器件件，参参照照示示范范航航标标灯灯原原理理电电路路图图，自自组组一一个个自自动动控控制制的航标灯；的航标灯；5 5、另另外外自自组组一一个个简简易易的的手手动动控控制制航航标标灯灯（即即每每按按一一次次按按钮钮，灯灯亮亮一一次次，只控制一个灯（红只控制一个灯（红/ /绿皆可）。所用元件仍从盒内选用）。绿皆可）。所用元件仍从盒内选用）。 53黑盒子器件布局图黑盒子器件布局图54【说明说明】1 1、黑黑盒盒子子中中的的每每个个器器件件接接在在两两个个
38、接接线线端端子子上上，器器件件之间不混联（即一个端子上只接一个器件引脚）之间不混联（即一个端子上只接一个器件引脚）2 2、电电容容极极性性约约定定，接接线线端端子子序序号号小小的的一一端端为为“+ +” ，序号大的一端为，序号大的一端为“- -”【题题说说】第第2020届届全全国国中中学学生生物物理理奥奥林林匹匹克克竞竞赛赛复复赛赛（山（山东赛东赛区）区）实验试题实验试题 55【电学电学黑盒子问题解法黑盒子问题解法】o电学黑盒：电学黑盒：把电子元件放入有若干接线柱的封闭盒子中，按某种方把电子元件放入有若干接线柱的封闭盒子中，按某种方式连接，并接到接线柱上。式连接，并接到接线柱上。o常用仪器常用
39、仪器：万用电表、示波器、信号发生器、电阻箱、开关和导线：万用电表、示波器、信号发生器、电阻箱、开关和导线等。等。o电子元件：电子元件：电阻、电容、电感、直流电源、交流电源、变压器、二电阻、电容、电感、直流电源、交流电源、变压器、二极管、发光二极管等极管、发光二极管等o判断流程：判断流程：通过在外部接线柱上的测试，进行分析、综合，判定盒通过在外部接线柱上的测试，进行分析、综合，判定盒内的电子元件、元件数值和电路连接，具有一定探索性。根据电子元内的电子元件、元件数值和电路连接，具有一定探索性。根据电子元件的特性和检测仪器的使用条件，电学黑盒子的检测方法和判断流程件的特性和检测仪器的使用条件，电学黑
40、盒子的检测方法和判断流程56电学黑盒子的检测方法和判断流程图电学黑盒子的检测方法和判断流程图57【点评点评】o第第2020届全国中学生物理奥林匹克届全国中学生物理奥林匹克竞赛竞赛复复赛赛（山（山东东赛赛区）区）实验试题实验试题o考考查查学生学生对电对电子元件特性的理解、分析判断能力，子元件特性的理解、分析判断能力，从黑盒子中找到航从黑盒子中找到航标标灯所需有关元件；灯所需有关元件；o考察学生考察学生对对新知新知识识的接受能力和的接受能力和实验实验技能；技能；o通通过过手手动动和自和自动动不同方案，不同方案，让让学生体会知学生体会知识识的重的重要性，要性，进进一步激一步激发发学生的求知欲望。学生
41、的求知欲望。58o题型很多题型很多o有神秘感有神秘感o诱导思考诱导思考o全面分析全面分析o考察能力考察能力o有成就感有成就感59【参考答案参考答案】1、器件判断、器件判断 利用排除法，根据器件特性进行识别判断。利用排除法，根据器件特性进行识别判断。o首首先先，找找出出电电源源用用万万用用表表直直流流电电压压20V20V档档，逐逐点点测测量量，有有10V10V显显示示的的端端子子上上即即有有电电源源，在在图图中中标标出出或或记记下下端端子子编编号号，例例如如： 接接有有电电源源，且且为为电电源源正正极极，这这两两个个端端子子在在余余后后的的检检测测中无须检测；中无须检测；o然然后后，用用万万用用
42、表表欧欧姆姆表表（建建议议10k10k档档）测测出出图图中中标标示示的的RaRa、RbRb的的阻阻值值，以以便便确确定定另另外外的的RaRa和和Rb(RaRb(Ra和和Rb Rb 的的参参考考值值分分别别为为200200和和6.7K)6.7K)；60o用用万万用用表表欧欧姆姆表表检检测测电电阻阻、电电容容、发发光光二二极极管管和和按按钮钮开开关关等等器器件。件。 有确切阻值的是电阻；有确切阻值的是电阻； 有充、放电现象的是电容；有充、放电现象的是电容； 正正反反阻阻值值相相差差悬悬殊殊的的是是发发光光二二极极管管，且且电电阻阻小小时时，红红表表笔笔一一端端为为发发光光二二极极管管正正极极，进进
43、一一步步用用万万用用表表二二极极管管档档检检测测，若若极极性性相符，则发光二极管亮；相符，则发光二极管亮； 按下按钮开关，电阻为零的端子接有按钮开关。按下按钮开关，电阻为零的端子接有按钮开关。61o找找出出电电源源 接接有有电电源源，且且为为电电源源正正极极，这两个端子在余后的检测中无须检测；这两个端子在余后的检测中无须检测；62o测出图中测出图中标示的标示的RaRa、RbRb的阻值的阻值，以便确定另外，以便确定另外的的RaRa和和RbRb63黑盒中的器件布局图黑盒中的器件布局图o检测电阻、电容、发光二极管和按钮开关等器件。检测电阻、电容、发光二极管和按钮开关等器件。642、组装自动控制航标灯
44、、组装自动控制航标灯o注意：本题要求旨在注意：本题要求旨在自动控制，因此按钮自动控制，因此按钮开关不接（接了不扣开关不接（接了不扣分？）得分（分？）得分（1616线）线）8 8分分 灯亮得灯亮得4 4分、连分、连线图正确的线图正确的4 4分分653、组装手动控制航标灯、组装手动控制航标灯o画出控制原理图画出控制原理图得分：得分：5分分66【例例3 3】温度自动控制电路的研究温度自动控制电路的研究o如图所示如图所示是一个温度自动控制电路，其中，虚线左侧是非平衡电桥是一个温度自动控制电路，其中，虚线左侧是非平衡电桥电路（通常称为电子温度计电路），以实现非电学量（温度）与电电路（通常称为电子温度计电
45、路），以实现非电学量（温度）与电学量（电流）之间的转换，图中学量（电流）之间的转换，图中WA、WB分别用于电子温度计定标分别用于电子温度计定标（即调节（即调节mA表指零和满度）虚线右侧是比较控制电路，用于表指零和满度）虚线右侧是比较控制电路，用于VX与与VR二个电压信号进行比较，二个电压信号进行比较，o若若VXVR时，则电风扇运转；时，则电风扇运转；o当当VX VR时，则电风扇停转，时，则电风扇停转，o从而实现温度自动控制。从而实现温度自动控制。oT R V I67【仪器和用具】【仪器和用具】数字万用电表、数字万用电表、电阻箱、实验板（数字温度计、热敏电阻箱、实验板（数字温度计、热敏电阻、加热
46、器、毫安表、电位器、开电阻、加热器、毫安表、电位器、开关、比较控制电路、电风扇）等。关、比较控制电路、电风扇）等。【要求】【要求】1、测量热敏电阻的特性曲线（测量热敏电阻的特性曲线（10分）分）将将热热敏敏电电阻阻和和数数字字温温度度计计探探头头插插入入加加热热器器中中(已已插插好好)，按按下下加加热热器器开开关关加加热热，从从30100每每隔隔5测测量量各各温温度度下下热热敏敏电电阻阻的的电电阻阻值值（只只测测表表中中缺缺项项即即可可），根根据据表表中中测测量量数数据据作作热热敏敏电电阻阻的特性曲线。的特性曲线。68T(C)30354045505560657075808590100Rt()5
47、29448380323276238205179137692、电子温度计定标、电子温度计定标（10分）分）根据原始电路参数和测量参数，接通根据原始电路参数和测量参数，接通mA表开关，将电子表开关，将电子温度计定标于温度计定标于30（0mA）和）和100（10mA），简述），简述定标过程。定标过程。3、设计温度自动控制方案（、设计温度自动控制方案（10分）分）试设计温度分别设定为试设计温度分别设定为38和和58时的控制方案，简述时的控制方案，简述操作步骤和自动控制的过程操作步骤和自动控制的过程。70【几点说明】【几点说明】o热敏电阻热敏电阻它是阻值随温度变化而发生显著变化的它是阻值随温度变化而发生
48、显著变化的敏感元件，在工作温度范围内，阻值随温度升高而增加敏感元件，在工作温度范围内，阻值随温度升高而增加的热敏电阻称为正温度系数的热敏电阻，反之称为负温的热敏电阻称为正温度系数的热敏电阻，反之称为负温度系数的热敏电阻。度系数的热敏电阻。o通过热敏电阻可以把温度及温度的变化转换成电学量加通过热敏电阻可以把温度及温度的变化转换成电学量加以测量，也可以配以适当的电路实现温度自动检测和控以测量，也可以配以适当的电路实现温度自动检测和控制。热敏电阻被广泛应用于工业、农业、医疗、交通、制。热敏电阻被广泛应用于工业、农业、医疗、交通、军事科学研究等各个领域。军事科学研究等各个领域。71o筒型加热器筒型加热
49、器用于加热调节温度变化，用于加热调节温度变化，由开关控制。由开关控制。o数字式温度计数字式温度计用于测温，其探头与用于测温，其探头与热敏电阻已经插入加热器中。热敏电阻已经插入加热器中。o热敏电阻的列表阻值可能与实际测量值热敏电阻的列表阻值可能与实际测量值有一定差异有一定差异这与数字温度计探头与这与数字温度计探头与热敏电阻所放的位置有关。热敏电阻所放的位置有关。72【点评点评】o第第2020届全国中学生物理奥林匹克届全国中学生物理奥林匹克竞赛竞赛复复赛赛（山（山东赛东赛区）区）实验试题实验试题；o进进一步了解非平衡一步了解非平衡电桥电桥的基本原理及其在日常生活中的基本原理及其在日常生活中应应用；
50、用；o考察学生考察学生对对新知新知识识的接受能力和的接受能力和实验实验技能；技能；o涉及涉及传传感器的相关知感器的相关知识识。73【参考解答】【参考解答】1、测量热敏电阻的特性曲线测量热敏电阻的特性曲线o接通加热器电源，分别测出各温度下的热敏电阻阻值；接通加热器电源，分别测出各温度下的热敏电阻阻值；o根据测量数据绘制热敏电阻的温度特性曲线。根据测量数据绘制热敏电阻的温度特性曲线。74作热敏电阻的特性曲线作热敏电阻的特性曲线T(C)30354045505560657075808590100Rt()12609907906405405294483803232762382051791370 10 20
51、 30 40 50 60 70 80 90 100 t0c200015001000500*()752、电子温度计定标（电子温度计定标（10分）分）o定定标标的的实实质质是是确确定定测测温温范范围围，即即下下限限温温度度和和上上限限温温度度，并并在在电电流流计计上上标标明明相相应应的的温温度度。该该步步骤骤可可用用电电阻阻箱箱代代替替热热敏敏电电阻阻来来完成完成.（1）确定下限温度）确定下限温度取取30为为下下限限温温度度，调调电电阻阻箱箱为为热热敏敏电电阻阻30时时的的电电阻阻值值，接接通通ma表，调节表，调节WA使电流表指使电流表指0，即确定了下限温度，即确定了下限温度（2）确定上限温度）确
52、定上限温度取取100为为上上限限温温度度，调调电电阻阻箱箱为为热热敏敏电电阻阻100时时的的电电阻阻值值，接通接通ma表，调节表，调节WB，使电流表指满量程，即确定了上限温度。，使电流表指满量程，即确定了上限温度。763、设计温度自动控制方案、设计温度自动控制方案（15分）分）o方案方案1用电阻箱代替热敏电阻，确定相应的用电阻箱代替热敏电阻，确定相应的VR从从热热敏敏电电阻阻温温度度曲曲线线上上分分别别查查出出38和和58时时的的电电阻阻值值，调调节节电电阻阻箱箱为为查查出出值值，分分别别测测量量ma表表两两端端的的电电压压,调调节节VR为为测测得得电电压压值值，然然后后接接入入热热敏敏电电阻
53、阻，当当温温度度超超过过设设定定温温度度时时，电电风风扇扇运运转转，低低于于设设定定温温度度时时，电电风风扇扇停停转转，如此过程周而复始，从而达到温度控制之目如此过程周而复始，从而达到温度控制之目的。的。 77o方方案案2从从热热敏敏电电阻阻温温度度曲曲线线上上分分别别查查出出38和和58时时的的电电阻阻值值，调调节节电电阻阻箱箱为为查查出出值值，细细心心调调节节VR使使电电风风扇扇旋旋转转为为止止，然然后后接接入入热热敏敏电电阻阻，当当温温度度超超过过设设定定温温度度时时，电电风风扇扇运运转转，低低于于设设定定温温度度时时，电电风风扇扇停停转转，如如此此过过程程周周而而复复始始，从从而而达达
54、到到温温度度控控制之目的。制之目的。78o方案方案3直接接入热敏电阻加热，同时分别测量直接接入热敏电阻加热，同时分别测量38和和58时时ma表两端的电压，调节表两端的电压，调节VR为测得电压值，然为测得电压值，然后接入热敏电阻，当温度超过设定温度时，电风扇运转，后接入热敏电阻，当温度超过设定温度时，电风扇运转，低于设定温度时电风扇停转，如此过程周而复始，从而低于设定温度时电风扇停转，如此过程周而复始，从而达到温度控制之目的。达到温度控制之目的。79【例例4 4】数字万用电表设计及其应用数字万用电表设计及其应用 试设计一个符合要求的数字万用表，并用该表测量试设计一个符合要求的数字万用表，并用该表
55、测量未知电压和电流（选作）以及排除简易航标灯的电未知电压和电流（选作）以及排除简易航标灯的电路故障，并调试之。路故障，并调试之。【仪器和用具】【仪器和用具】 o数字微安表数字微安表（0199.9A，内阻，内阻1K左右）左右）o电阻箱、电位器、电阻、蜂鸣器、电阻箱、电位器、电阻、蜂鸣器、o工作电源工作电源E1（5V，内阻可略）、，内阻可略）、o使用电源使用电源E2（5V，内阻可略）、，内阻可略）、o待测电压待测电压VR5（VX）待测电流）待测电流IR6（I1）、）、o航标灯电路（单刀双掷开关、航标灯电路（单刀双掷开关、LED指示灯、电源指示灯、电源E2）、接插导）、接插导线等。线等。80【要求】
56、【要求】1、将数字微安表改装成量程为将数字微安表改装成量程为1.999V的电压表，测量的电压表，测量VR5；2、将数字微安表改装成有、将数字微安表改装成有19.99mA量程的电流表，测量量程的电流表，测量IR6；3、将蜂鸣器和电源、将蜂鸣器和电源E1制作一个用于检查电路故障（通制作一个用于检查电路故障（通/断）的信号寻断）的信号寻迹器。利用该信号寻迹器检查航标灯电路故障（故障设在连线上，迹器。利用该信号寻迹器检查航标灯电路故障（故障设在连线上，其它正常）、并排除其故障其它正常）、并排除其故障；4、画出实验原理图，简述实验步骤。、画出实验原理图，简述实验步骤。【注意】估算限流电阻的大小，不能使电
57、表过载，防止损坏电表！【注意】估算限流电阻的大小，不能使电表过载，防止损坏电表！一旦过载，显示一旦过载，显示1！81【说明】【说明】o数字微安表数字微安表（0199.9A，内阻，内阻1K左右），并已接工左右），并已接工作电源作电源E1，按下电源开关，显示，按下电源开关，显示“000”，不显示小，不显示小数点，改装后的表，小数点也不显示；数点，改装后的表，小数点也不显示；o蜂鸣器是一个声响器件，只要加上合适的工作电源即可蜂鸣器是一个声响器件，只要加上合适的工作电源即可发出声音，常用于电子门铃、报警提示等场合；发出声音，常用于电子门铃、报警提示等场合；oLED指示灯即发光二极管，通一额定电流即可正
58、常发光，指示灯即发光二极管，通一额定电流即可正常发光，广泛应用于袖珍手电筒、钥匙灯、指示灯、电子广告牌广泛应用于袖珍手电筒、钥匙灯、指示灯、电子广告牌（大屏幕）等领域；（大屏幕）等领域；82o除电阻箱和接插线外，所有器件均装配在仪器面板上，除电阻箱和接插线外，所有器件均装配在仪器面板上，并标出它们的位置，如下图所示，其中工作电源并标出它们的位置，如下图所示，其中工作电源E1、使用电源使用电源E2，它们的内阻忽略不计。，它们的内阻忽略不计。o主要参数如下：主要参数如下：oR1=8.1KR2=0.5R3=91KR4=5.6oR5=100R6=100R7=47KoW0=400(已固定不可调已固定不可
59、调)oW1=10KW2=278384【分析】【分析】o本题属电表改装问题，可以利用本题属电表改装问题，可以利用Rs=Rg/N-1和和Rm=(M-1)Rg计算计算出扩程电阻即可。出扩程电阻即可。o未给出数字电流表内阻和合适的电阻值，前者用半偏法未给出数字电流表内阻和合适的电阻值，前者用半偏法后者用替代法（电流后者用替代法（电流/电压）确定其值。电压）确定其值。o利用自制的电子寻迹器，检查利用自制的电子寻迹器，检查“简易航标灯电路简易航标灯电路”故障，故障，并予以排除。并予以排除。85【步骤】【步骤】利用半偏法测出数字表内阻利用半偏法测出数字表内阻Rgo方法一方法一n电路图电路图n首先调节电阻箱首
60、先调节电阻箱R使电表指示使电表指示199.8A，记作，记作R1；n然后调节电阻箱然后调节电阻箱R使电表指示使电表指示99.9A，记作，记作R2；n最后根据公式最后根据公式Rg=R2-2R1计算计算Rg。86方法二方法二n电路图电路图n接通电路，读出电流值接通电路，读出电流值In调节电阻箱使电流为调节电阻箱使电流为I/2n电阻箱示数即为电阻箱示数即为Rg（973左右左右）87电表扩程电表扩程计算计算Rm=(M-1)Rg和和Rs=Rg/N-1（本题（本题M=10，N=100）oRm=8.757k左右左右oRs=9.8左右左右电压表扩程及其测量电压表扩程及其测量o利用替代法确定利用替代法确定Rm电阻
61、值电阻值（R1+W1）o测量测量VR5=1.010v88电流表扩程及其测量电流表扩程及其测量*选作题选作题o利用分压法确定利用分压法确定Rs电阻值电阻值（R4+W2）o首先将电阻箱调至首先将电阻箱调至Rs，并测量，并测量Rs两端电压两端电压VRso然后利用然后利用R4+W2替换电阻箱，调替换电阻箱，调W2使使R4+W2两端电压也为两端电压也为VRs，即确定即确定Rso最后利用电流表测出最后利用电流表测出IR6=9.5ma893、电子寻迹器组装、电子寻迹器组装 o根据原理图连线根据原理图连线o排除排除“简易航标灯电路简易航标灯电路”故故障障o利用寻迹器检查电路；利用寻迹器检查电路；o利用连线排除
62、故障；利用连线排除故障；o调试调试“简易航标灯电路简易航标灯电路”，反复跃按按钮开关，红，反复跃按按钮开关，红绿灯交替闪亮。绿灯交替闪亮。904、排除、排除“简易航标灯电路简易航标灯电路”故障故障o利用寻迹器检查电路；利用寻迹器检查电路；o利用连线排除故障；利用连线排除故障；o调试调试“简易航标灯电路简易航标灯电路”，反复，反复跃按按钮开关，红绿灯交替闪亮跃按按钮开关，红绿灯交替闪亮。91【例例5 5】发光二极管的光电特性及其应用（发光二极管的光电特性及其应用（本题本题20分）分）通过研究发光二极管的光电特性，利用红、黄、绿三通过研究发光二极管的光电特性，利用红、黄、绿三种发光二极管，设计一个
63、模拟交通灯控制系统。种发光二极管，设计一个模拟交通灯控制系统。【仪器和用具】数字万用电表、电阻箱、实验箱【仪器和用具】数字万用电表、电阻箱、实验箱（电（电位器、发光二极管、接线端子）、实验箱位器、发光二极管、接线端子）、实验箱（发光二（发光二极管、电位器、单刀双掷开关、模拟交通灯自动控制极管、电位器、单刀双掷开关、模拟交通灯自动控制电路、直流电源）、接插线电路、直流电源）、接插线28根等。根等。92【要求】【要求】o1、设计实验方案，测量一支红色发光二极管的正向伏安特性曲线、设计实验方案，测量一支红色发光二极管的正向伏安特性曲线及其正向阈值电压并估算其发光波长及其正向阈值电压并估算其发光波长o
64、注意：通过发光二极管的电流不宜过大注意：通过发光二极管的电流不宜过大（020mA），以免烧毁。），以免烧毁。（实验箱（实验箱）o2、判断出全部各色二极管的正负极；（、判断出全部各色二极管的正负极；（实验箱实验箱）o3、根据交通灯自动模拟控制过程，试设计一个手动模拟交通灯控、根据交通灯自动模拟控制过程，试设计一个手动模拟交通灯控制系统制系统。o画出控制原理图，写出操作步骤，简述控制全过程。画出控制原理图，写出操作步骤，简述控制全过程。93o【几点说明】【几点说明】o数字式万用表与指针式万用表的不同数字式万用表与指针式万用表的不同超量程显超量程显示示“1”，测电阻时直接读取数据，其单位，测电阻时直
65、接读取数据，其单位（/K/M）与使用的量程有关，其他亦然；）与使用的量程有关，其他亦然；o交通灯电路用接插线连接即可；交通灯电路用接插线连接即可；o发光二极管发光波长近似计算公式：发光二极管发光波长近似计算公式：o1240（nmeV）/（eV）o=eUD。o按下按下“电源开关电源开关”左路程序控制交通灯开始启动，左路程序控制交通灯开始启动，右路是手动模拟交通灯控制电路设计区域；右路是手动模拟交通灯控制电路设计区域；o“工作电源工作电源”输出输出5V。题说：第题说：第23届（届（2006年）山东赛区实验试题年）山东赛区实验试题94o参考答案参考答案o一、发光二极管的光电特性及其应用一、发光二极管
66、的光电特性及其应用o发光二极管特性实验方案发光二极管特性实验方案o测量发光二极管特性测量发光二极管特性o连接右图测试电路连接右图测试电路o调节电阻箱的阻值为调节电阻箱的阻值为100（取样（取样/限流），限流），先后调节电位器分压输先后调节电位器分压输出为出为0V3V,分别测量分别测量UR、（、（I）、）、UD，列表绘制特性线；列表绘制特性线；V(V)1.3001.6461.6701.6801.6901.7001.7501.8001.8501.900I(ma)00.1500.2800.3700.4900.6302.0104.5908.50015.30发光状况暗暗暗暗暗暗暗微红微亮亮亮95计算红色
67、发光二极管的波长计算红色发光二极管的波长o在曲线上求出发光二极管的在曲线上求出发光二极管的正向阈值电压正向阈值电压UD约为约为1.79V，利用公式计算发光波长约，利用公式计算发光波长约为为693nm。962、二极管极性判断及其电路设计、二极管极性判断及其电路设计o利用数字万用表的二极管一档，利用数字万用表的二极管一档，分别测量东、西南、北方向的数分别测量东、西南、北方向的数个发光二极管，以确定它们的极个发光二极管，以确定它们的极性（若呈现电阻小，并且发光管性（若呈现电阻小，并且发光管亮，则红表笔端为正极）；亮，则红表笔端为正极）；o按右图连接电路，以组成手动模按右图连接电路，以组成手动模拟交通
68、灯控制系统拟交通灯控制系统973、手动交通灯模拟控制系统操作演示、手动交通灯模拟控制系统操作演示o根据模拟交通灯自动控制系统展示，确定控根据模拟交通灯自动控制系统展示，确定控制顺序：制顺序：o先将先将K2置于下方，置于下方，K1置于上方，南北禁止，置于上方，南北禁止，东西通行；东西通行；o15秒后，将秒后，将K2置于上方，东西南北方向均置于上方，东西南北方向均亮黄灯暂停；亮黄灯暂停；o5秒后将秒后将K2置于下方，置于下方，K1置于下方，东西禁置于下方，东西禁止南北通行止南北通行o15秒后，将秒后，将K2置于上方，东西南北方向均置于上方，东西南北方向均亮黄灯暂停；亮黄灯暂停；o5秒后，将秒后，将K2置于下方，置于下方， K1置于上方，南置于上方，南北禁止，东西通行，。周而复始北禁止，东西通行，。周而复始98
