实验15《用多用电表探索黑箱内的电学元件》
【实验目的】
1．练习用多用电表测电阻
2．用多用电表探索黑箱内的电学元件
【实验器材】
多用电表，干电池，电阻箱，定值电阻，晶体二极管，导线
【实验原理】
多用电表由表头、选择开关和测量线路三部分组成（如图），表头是一块高灵敏度磁电式电流表，其满度电流约几十到几百
A，转换开关和测量线路相配合，可测量交流和直流电流、交流和直流电压及直流电阻等。
测量直流电阻部分即欧姆表是依据闭合电路欧姆定律制成的，原理如图所示，当红、黑表笔短接并调节R使指针满偏时有
Ig=
=
（1）
当表笔间接入待测电阻Rx时，有
Ix=
（2）
联立
（1）、
（2）式解得
=
（3）
由（3）式知当Rx=R中时，Ix=
Ig，指针指在表盘刻度中心，故称R中为欧姆表的中值电阻，由
（2）式或（3）式可知每一个Rx都有一个对应的电流值I，如果在刻度盘上直接标出与I对应的Rx的值，那么当红、黑表笔分别接触待测电阻的两端，就可以从表盘上直接读出它的阻值。
由于电流和电阻的非线性关系，表盘上电流刻度是均匀的，其对应的电阻刻度是不均匀的，电阻的零刻度在电流满刻度处。
【实验步骤】
（一）练习使用多用电表
准备
（1）观察多用电表的外形，认识选择开关的测量项目及量程；
（2）检查多用电表的指针是否停在表盘刻度左端的零位置。
若不指零，则可用小螺丝刀调整机械调零旋钮使指针指零；
（3）将红、黑表笔分别插入“+”、“-”插孔；
测电压
（4）将选择开关置于直流电压2.5V挡，测1.5V干电池的电压；
（5）将选择开关置于交流电压250V挡，测220V的交流电压；
（6）将选择开关置于直流电流10mA挡，测量1.5V干电池与200Ω电阻串联回路的电流；
测电阻
（7）将选择开关置于欧姆表的“×1”挡，短接红、黑表笔，转动调整欧姆零点的旋钮，使指针指向欧姆表刻度的零位置。
（8）将两表笔分别接触几欧、几十欧的定值电阻两端，读出欧姆表指示的电阻数值，并与标准值比较，然后断开表笔。
（9）将选择开关置于欧姆挡的“100”挡，重新调整欧姆零点，然后测定几百欧、几千欧的电阻，并将测定值与标准值进行比较。
（10）选择适当的量程，测定灯泡、电炉丝和人体的电阻。
（11）实验完毕，将表笔从插孔中拔出，并将选择开关置于“OFF”挡或交流电压最高挡。
（二）用多用电表探测黑箱内的电学元件
（1）将黑箱（可能有的电学元件为电池、电阻和二极管）放在实验桌上，让三个测量节点向上；
（2）用直流电压挡测量A、B、C间的电压，判断有无电池，及电池的正负极。
（3）用欧姆档测量无电压的节点间阻值，判断是否可能存在电阻；
（4）交换红、黑表笔，测量（3）中节点间阻值，判断是否存在二极管；
（5）根据判断结果划出电路图；
（6）打开黑箱辨认元件，并与判断的电路比较。
【注意事项】
1．多用电表在使用前，应先观察指针是否指在电流表的零刻度，若有偏差，应进行机械调零。
2．测电阻时，待测电阻要与别的元件断开，切不要用手接触表笔的金属部分。
3．合理选择电流、电压挡的量程，使指针尽可能指在中间刻度附近（可参考指针偏转在
~2R中的范围）。
若指针偏角太大，应改换低挡位；若指针偏角太小，应改换高挡位。
每次换挡后均要重新短接调零，读数时应将指针示数乘以挡位倍率。
4．测量完毕后应拔出表笔，选择开头置OFF挡或交流电压最高挡，电表长期不用时应取出电池，以防电池漏液腐蚀。
【实验误差分析】
测量值偏大,其主要原因可能是表笔与电阻两端接触欠紧而引入接触电阻,或者在连续测量过程中,表笔接触时间过长,引起电表内电池电动势下降,内阻增加。
如果是高值电阻测量值偏小,则可能是人体电阻并入造成。
欧姆表的刻度是按标准电池标出，当电池用旧了，电动势和内电阻均发生变化，由此会引起测量误差。
实验16《练习使用示波器》
一、实验条例与点拨
【实验目的】初步学习使用示波器；学会利用示波器测量直流电压。
【实验原理】当信号电压输入示波器时，示波管的荧光屏上就反映出这个电压随时间变化的波形来。
示波管主要由电子枪、竖直偏转电极和水平偏转电极组成。
两电极都不加偏转电压时，由电子枪产生的高速电子做直线运动，打在荧光屏中心，形成一个亮点。
这时如果在水平偏转电极上加上随时间均匀变化的电压，则电子因受偏转电场的作用，打在荧光屏上的亮点便沿水平方向匀速移动。
如果再在竖直偏转电极上，加上一随时间变化的信号电压，则亮点在竖直方向上也要发生偏移，偏移的大小与所加信号电压的大小成正比。
这样，亮点一方面随着时间的推移在水平方向匀速移动，一方面又正比于信号电压在竖直方向上产生偏移。
于是在荧光屏上便形成一波形曲线，此曲线反映出信号电压随时间变化的规律。
【实验器材】J2459型示波器1台；低压电源1台；变阻器1只；电键1只；导线若干。
【实验步骤】
1．熟悉J2459型示波器板上各旋钮的作用。
如图为J2459型示波器的面板，荧光屏右边最上端的是辉度调节旋钮，标以“⊙”符号，用来调节光点和图像的亮度。
顺时针旋转旋钮时，亮度增加。
第二个是聚焦调节“⊙”和辅助聚焦“○”，这两个旋钮配合着使用，能使电子射线会聚，在荧光屏上产生一个小的亮斑，得到清晰的图像。
再下面是电源开关和指示灯，用后盖板上的电源插座接通电源后，把开关扳向“开”的位置，指示灯亮，经过一两分钟的预热，示波器就可以使用了。
荧光屏下边第一行左、右两端的旋钮是垂直位移“”和水平位移“”，分别用来调整图像在竖直方向和水平方向的位置。
它们中间的两个旋钮是“Y增益”和“X增益”，分别用来调整图像在竖直方向和水平方向的幅度，顺时针旋转时，幅度连续增大。
中间一行左边的大旋钮是“衰减”，它有1、10、100、1000四挡，最左边的“1”挡不衰减，其余各挡分别使输入的电压衰减为原来的
、
、
，因此图像在竖直方向的幅度都减小为前一档的1/10，最右边的正弦符号挡不是衰减，而是由示波器内部自行提供竖直方向的交流试验信号电压，可用来观察正弦波形或检查示波器是否正常工作。
中间一行右边的大旋钮是“扫描范围”，也有四挡，可以改变加在水平方向的扫描电压的频率范围，左边第一挡是10～100Hz，向右旋转每升高一挡，扫描频率都增大10倍，最右边的是“外X”挡，使用这一挡时，机内没有加扫描电压，水平方向的电压可以从外部输入。
中间的小旋钮是“扫描微调”，用来调整水平方向的扫描频率，顺时针转动时频率连续增加。
底下一行中间的旋钮“Y输入”、“X输入”和“地”分别是竖直方向、水平方向和公共接地的输入接线柱。
左边的“DC、AC”是竖直方向输入信号的直流、交流选择开关。
置于“DC”位置时，所加的信号电压是直接输入的；置于“AC”位置时，所加信号电压是通过一个电容器输入的，它可以让交流信号通过而隔断直流成分。
右边的“同步”也是一个选择开关。
置于“+”位置时，扫描由被测信号正半周起同步，置于“-”位置时，扫描由负半周起同步。
这个开关主要在测量较窄的脉冲信号时起作用，对于正弦波、方波等，无论扳到“+”或“-”，都能很好地同步，对测量没有影响。
2．练习使用示波器
（1）观察荧光屏上的亮斑并进行调节
①先把灰度调节旋钮逆时针转到底，竖直位移旋钮和水平位移旋钮旋到中间位置，衰减调节旋钮置于1000挡，扫描范围旋钮置于“外X”挡。
②打开电源开关，等一两分钟（预热）后，顺时针旋转灰度调节旋钮，屏上即出现一个亮斑，调节该旋钮，使亮斑的亮度适中。
③旋转聚焦调节和辅助聚焦调节旋钮，观察亮斑的变化情况，并使亮斑最圆、最小。
④旋转垂直位移旋钮，观察亮斑上下移动的情况；旋转水平位移旋钮，观察亮斑左右移动的情况。
调节这两个旋钮，使亮斑位于荧光屏中心。
（2）观察扫描并进行调节
①把X增益旋钮顺时针转到1/3处，扫描微调旋钮逆时针转到底，扫描范围旋钮置于10~100挡，可看到扫描的情形。
②顺时针旋转扫描微调旋钮，可看到亮斑移动加快，直至成为一条亮线。
③调节X增益旋钮，可以看到亮线长度随之改变。
（3）观察亮斑在竖直方向的偏移并进行调节
①将扫描范围旋钮置于“外X”挡，交直流选择开关拨到“DC”位置。
②按图连接电路。
③将滑动变阻器的滑片P滑至适当位置后闭合开关，把衰减调节旋钮逆时针依次转到100、10和1挡，观察亮斑向上偏移的情况。
④调节Y增益旋钮，使亮斑偏移一段适当的距离，再调节滑动变阻器，观察亮斑偏移的距离随输入电压变化的情况。
⑤调换电池的正负极，可以看到亮斑改为向下偏移。
（4）观察按正弦规律变化的电压的图线
①将扫描范围旋钮置于10~100挡，衰减调节旋钮置于“
”挡。
②调节扫描微调旋钮，使屏上出现完整且稳定的正弦曲线。
③调节Y增益旋钮（或者X增益旋钮），观察曲线形状沿竖直（或水平）方向的变化情况。
④调节竖直（或水平）位移旋钮，观察曲线整体在竖直（或水平）方向上的移动情况。
（5）关机
将灰度调节旋钮逆时针转到底，再断开电源开关。
二、操作指导与思维启迪
正确熟练地掌握J2459型学生示波器的使用方法，才能有效地利用示波器进行教学实验，提高仪器的利用率，并避免产生不必要的故障，延长仪器的使用期。
1．使用J2459型学生示波器注意事项：
①示波器属热电子仪器，要避免频繁开机、关机，否则易损坏仪器。
②示波器的使用电压为220V±10％范围。
超出这个范围将影响仪器正常工作。
当电源电压波动比较大时，最好采用交流稳压措施后再使用。
③示波器机箱与机内电路接地点相连接，为了安全及减少外界环境对仪器的干扰，应将仪器机壳接地。
可用带接线焊钩的黑色导线，将示波器面板上的接地柱和实验桌上的接地接线柱相连接。
如果实验室装有带地线的三孔安全电源插座，则可以将示波器电源线二脚插头换成三脚插头，另加一根黑色导线将三脚插头外壳和三脚插头地脚相连接。
机壳不接地也可以使用，这时外部感应将使示波器的噪音干扰略增大一些。
④测试信号输入线最好采用带有香蕉插头的高频屏蔽线或单股线，输入线尽量短一些，将香蕉插头分别插入示波器Y输入与地接线柱及信号输出仪器接线柱。
如果要检查实验电路某点波形，输入线测试端可接一对带套管的鳄鱼夹或测试棒比较方便。
如果测试点电压较高，最好应先切断被测电路电源，接好测试点再进行测试。
否则应特别注意安全，站在适当的绝缘物上，单手进行操作。
⑤示波器使用时应注意辉度适中，不宜过亮，且光点不应长期停留在一点上，以免损坏荧光屏。
还应避免在阳光直射荧光屏的情况下工作。
关机前应先将辉度关灭。
⑥示波器应避免在强磁场环境中工作。
因为外磁场会引起显示波形失真。
⑦当“Y输入”接导线并“悬空”时，容易出现干扰波形，应避免出现这种情况。
⑧示波器使用时，接入输入端的电压不应超过说明书规定的最大输出耐压400V（DC+ACPP）。
如果信号为直流则应小于400V。
如果信号为直流加交流，则其直流和交流峰值之和应小于400V。
特别要注意当Y衰减开关放到1时，应防止过大的被测信号加入输入端，以免损坏仪器。
⑨仪器使用时，扳动面板控制器要轻，当到达极限位置时不要硬扳，以免损坏仪器。
搬动时要轻拿轻放，防止碰撞。
⑩仪器用毕后应罩上防尘罩，放在阴凉干燥通风的地方。
存放满3个月没有使用的仪器应开机通电1h，以防止电解电容失效和起到加热去潮的作用。
2．观察波形
示波器的主要功能是将非常抽象的电信号变成能看得见的图像，因而观察波形是示波器的主要用途。
J2456型学生示波器适合观察频率在10Hz以上，1.5MHz以内，幅度在100mV以上，400V以内的各种电信号波形。
被观察波形从Y输入接线柱输入。
观察频率较高的交流信号时，输入耦合开关放到“AC”；观察100Hz以内方波信号及各种变化比较慢的交变信号时，输入耦合开关放到“DC”。
衰减开关及Y增益位置视输入信号幅度大小按下表确定。
信号幅度（V）峰值
衰减档级
Y增益
0.1~0.4
1
顺时针旋到底
0.4~1
1
居中
1~4
10
顺时针旋到底
4~10
10
居中
10~40
100
顺时针旋到底
40~100
100
居中
100~400
1000
顺时针旋到底
如果不知道输入信号幅度时，可将衰减开关先放到“1000”挡，观察示波管荧光屏上Y方向显示，如没有显示或显示太小，则将Y衰减开关顺次放到“100”、“10”、“1”挡，再适当调节Y增益，使荧光屏Y方向有4～6格显示即可。
扫描范围开关位置视输入信号频率和拟在荧光屏上显示的完整周期波形个数来选定。
例如输入信号频率为50Hz，拟在荧光屏上显示两个周期波形，那么扫描频率应为50Hz/2=25Hz，应将扫描范围开关放到“10～100”挡，调扫描微调旋钮，就可在荧光屏上显示两个周期的波形。
再如信号频率为10kHz，拟显示5个周期的波形，那么扫描频率应为10kHz/5=2kHz，应将扫描范围开关放到“1～10K”挡，调扫描微调旋钮，可以在荧光屏上显示出5个周期波形。
如果被观察信号频率不知道，可将扫描范围开关从低到高逐挡改变，同时调节扫描微调旋钮，待荧光屏上显示出4～6个周期的稳定波形即可。
当被观察信号在1MHz以上时，应注意将X增益旋钮顺时针旋到底，才能较清楚地显示波形。
3．电压的测量
示波器荧光屏上光点垂直偏转距离与输入电压成正比，因而示波器输入灵敏度经核准后，即可以测量电压。
用示波器测量电压、电流，虽然不如其他测量仪表精确，但能测出任何一种交流电压的幅度值或瞬时值，这一点是其他仪表所不能做到的。
J2459型学生示波器出厂时垂直系统灵敏度已校准，因而可以根据荧光屏上Y轴显示的幅度直接计算。
①直流电压的测量。
将示波器Y增益旋钮顺时针旋到底，这时示波器垂直系统灵敏度为每格50AmV，A为衰减开关倍率，分别为1、10、100、1000，可根据被测直流电压的大约范围选择。
将输入耦合开关放到“DC”，Y输入与地接线柱用导线短接，将示波器调出扫描线，并将扫描线移到坐标片Y轴正中，定此位置为零电位。
然后除去短路线，将被测信号接入，如扫描线上移2.2格，如图示，则表示被测直流电压为正极性，数值为U=2.2×50×A（mV）。
如扫描线下移，则表示被测直流电压为负极性。
测试时也可以用光点来显示，这时只要将X增益电位器反时针旋到底，扫描线即缩成为一点。
但要注意此时示波管辉度不要太亮，以免损坏荧光屏。
当不知道被测电压的大约范围时，可先将衰减开关放到“1000”，如光迹没有移动或移动太小，则再将Y衰减开关放到“100”、“10”、“1”。
确定衰减挡级后应再校一次零电位，以保证测量精度。
零电位也可以不选在Y轴正中，如被测电压为正极性，可选在下面；如被测电压为负极性，则可选在上面，以扩大测量范围。
②交流电压的测量。
示波器可以测量交流电压的峰峰值或波形任何两点间的电位差值。
测试时Y轴输入耦合开关放到“AC”，Y增益旋钮顺时针旋到底，被测信号接入Y输入与地接线柱，适当选择衰减开关和扫描范围，调节扫描微调旋钮，使荧光屏上显示出3～6个稳定的波形，如图。
读出波形峰峰值之间为4.2格，则被测电压峰峰值为：
Upp=4.2×50×A（mV）
如果被测电压是正弦波，则可换算成电压峰值为：
Um=0.5Upp=0.5×4.2×50×A（mV）
电压有效值为：
U=0.3535Upp=0.3535×4.2×50×A（mV）
J2459型学生示波器衰减开关是十进位的，测试某些幅度电压时会产生波形显示太小、不能稳定同步，但当衰减减小一挡时波形显示又太大，超过坐标刻度的情况。
例如对峰峰值约为500mV的信号，当衰减放到“1”时，显示超出坐标片刻度，当衰减放到“10”时显示又太小，这时给定量测量带来一定困难。
为解决这一问题，可以将示波器Y增益旋钮反时针旋到底时垂直系统灵敏度Smin事先测出。
Y增益微调比约为6倍，此时灵敏度约为每格300mV左右，于是峰峰值约为500mV的信号，就可得到1.7格的显示。
如果被测信号显示为B格，衰减挡板为A，则电压峰峰值为：
Upp=BSminA（mV）
方波、锯齿波、三角波及其他周期性变化电压幅值测量方法完全相同。
但应注意，如果频率较低时，应将输入耦合开关放到“DC”。
三、典型例题解析
【例1】如图，某晶体管的集电极电压在示波器荧光屏上显示出的稳定的图形。
图中锯齿波显示为3格。
问：
①锯齿波幅度为多少？
②直流分量电压为多少？
③锯齿波C点对地电压为多少？
D点对地电压为多少？
分析与解答
此问题系J2459对合成电压的测量问题。
当示波器Y增益旋钮顺时针旋到底，这时示波器垂直系统灵敏度为每格50A（mV）。
（A为衰减开关倍率）故：
①幅度为：
Upp=3×50×A（mV）
②电压为：
U=3.5×50×A（mV）
③C、D两点对地电压为：
UC=2×50×A（mV）UD=5×50×A（mV）
本题思维点拨：
在实际测量中，除了单纯的交流电压或直流电压测量外，往往需要测量既有交流分量又有直流分量的合成电压。
例如晶体管放大信号时所出现的，即本题所显示的集电极电压，就是既有交流电压，又有直流电压；在脉冲电路测试中，往往要了解信号波形各点相对于地的电位高低。
这种合成电压可以很方便地用示波器进行测量。
测试时，输入耦合开关应放于“DC”，先将Y输入与地接线柱间用导线短接，确定扫描线的零电位。
再接入被测信号，调节扫描范围与扫描微调旋钮，荧光屏上就会有波形显示了。
【例2】要测量图中通过R的电流（R=2Ω），请回答下列问题：
①扫描频率、DC、AC、Y增益、水平、竖直位移、衰减等旋钮如何转动？
②应如何接到示波器上进行测量？
③如果将衰减置于10挡，光点距原点下方4格，那么通过R的电流多大？
④如果光点在原点的斜上方，测量误差过大，其原因是什么？
⑤如果换上与该电池等效的交流电源，应如何测量？
分析与解答
①扫描频率旋钮置于外X挡；DC、AC开关置于DC处，Y增益顺时针旋转到底；调节水平、竖直位移旋钮使光点位于正中；衰减置于较高挡。
②把电阻R两端分别与示波器上Y输入和地相连。
（电路图请同学们自行作出。
）
③加在R两端的电压U=4×50×10（mV）=2V。
通过R的电流I=U/R=2/2=1A。
④测量之前光点没有调到荧光屏中央，Y增益旋钮没有顺时针旋到底。
⑤接线与测量方法相同。
只须将“DC、AC”开关置于“AC”位置即可。
本题思维点拨：
按现行教材（选修第三册P291，人民教育出版社1991年12月版）要求，在实验中不作电流测量，可是无论从“培养能力，发展智力”的教育思想，还是从“培养动手能力，加强活动课”课堂的教改要求，从培养跨世纪人才的高度，我们建议有条件的学校还要安排用示波器测电流的活动课。
这里面的关键是，把一个已知阻值的小电阻串联在待测电流的电路里（或利用原电路中的已知电阻），用示波器测量这个电阻两端的电压，利用欧姆定律就可以算出电路中的电流。
实验17《传感器的简单使用》
一、实验条例与点拨
【实验目的】认识光敏电阻、热敏电阻等传感器的特性；了解传感器在技术上的简单应用。
【实验原理】
传感器能够将感受到的物理量（力、热、光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量），其工作过程是通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定规律转换成便于利用的电信号，转换后的电信号经过相应的仪器进行处理，就可以达到自动控制的目的。
【实验器材】热敏电阻、光敏电阻多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线等。
【实验步骤】
（1）热敏电阻特性
①按照右图将热敏电阻连入电路中，多用电表的两只表笔分别与热敏电阻的两端相连，烧杯中倒入少量冷水。
②将多用电表的选择开关置于欧姆挡，选择合适的倍率，并进行欧姆调零。
③待温度计示数稳定后，把测得的温度、电阻值填入表中。
④分几次向烧杯中倒入少量热水，测得几组温度、电阻值填入表中。
⑤在坐标纸上中，描绘出热敏电阻的阻值R随温度t变化的
升级会员 