黑箱实验探究

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1、电学黑箱探索实验时间：2016年6月14日摘要:已知黑箱内有直流电源、交流电源、电阻(正负热敏电阻和定值电阻)、电容、二极管、电感线圈，根据电阻正反接阻值不变，热敏电阻阻值随温度变化，电容的充放电原理，二极管单向导电性、反向电阻无穷大和电感线圈在交流电路中阻抗的特性，利用万用电表检测黑箱的内部结构，并推测出黑箱每对接线孔之间的原件。关键词：黑箱、万用电表正文：黑箱，是指那些内部结构和性能无法直接观测，只能通过外部观测和实验去认识其性能和特性的系统或客体。求解这种未知系统的问题，就是黑箱问题。研究黑箱有两种方法，一种是开启黑箱法，即将黑箱分成局部，研究其内部结构和功能

2、。物理学家在研究物质的层次和结构吋，就是不断开启黑箱的过程。但由于开启黑箱时，可能引起黑箱本身结构和功能的变化，而且有些黑像是不允许打幵或者由于技术问题尚不能打开，所以这种方法有很大的局限性。另一种方法是不开启照箱，即不破坏黑箱本身的结构，而是有目的地对黑箱输入信息，观察黑箱对应的输出的信息，并利用分析、综合、类比的逻辑的方法和必要的数学运算而得出结论，最后确定黑箱内部状态和内部结构。黑箱问题虽然带冇一定的猜测性，但这种猜测必须符合一定外部特征下所做出的有方向的猜想。黑箱问题属于根据所给结论，进行逆向思维，推断出黑箱内部结构的问题。解决电学黑箱问题的基本思路是：利用

3、所学的电路基础知识，分析题设所给各种数据条件，对黑箱内部电路元件的连接情况进行预判断，找到正确的切入点。一、电学黑箱问题的分类“电学黑箱”的种类很多，没有统一的分类标准，根据不同的分类方法，可分为三端型和多端型，有源(黑箱内有电源)型和无源型，纯电阻型和混合型。二、黑箱的原件特点及测量原理1、电阻、热敏电阻(1)定值电阻Rt=R0(l+a•t)即阻值不随温度变化的电阻，随着电流在电阻里流动，阻值保持不变。(2)热敏电阻热敏电阻分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，其阻值分别随温度的升高而明显变大和变小。在通电过程中，热敏电阻会因为电流热效应而改变阻值,从而使电

4、路中的电流发生变化。NTC负温度系数热敏电附：PTC正温度系数热敏电阻:Rt=RToeB(T-To)2、电容器常见电容器由两块金属板组成，可存储和释放电荷。在与直流电源相连接时可进行充电，当储存电荷达到一定值后处于稳态，电阻无穷大，相当于开路。故直流电路屮刚通电时电路有一定电流然后逐渐降至0,相对的电阻也从一定阻值逐渐升至无穷大。电容器在连有交流电源的电路中存在一定的阻抗：R=-C若线圈本身存在一定电阻，在直流电路屮电感线圈相当于一个电阻，只有在接通和断开电源的一瞬间产生自感现象，产生阻抗，使得电路中电流相较同样条件的直流电路中的电流明显变小。电感线圈在交流电源的电

5、路中的阻抗：R=OD-t4、二极管二极管具有单向导电的特性，即正向导通，反向短路。常见的二极管正向电阻很小或有一定电阻，反向电阻无穷大。5、断路用万用表的欧姆档测量，正反两面都是无穷大。6、电源有源元件，能提供电能，用电压档测量各个接线柱，电压最大的地方为电源所在的电路。三、黑箱问题解题思路1、首先必须用万用表直流电压档测出直流电源，交流电压档检测出交流电源，以及各电源的正负极，因为首先测岀电源后才能用欧姆档检测其他元件，否则欧姆档接入电源后会导致万用表损坏。一般用50V量程测量电源所在的位置及电压大小。2、然后再用欧姆档检测。对于指针式多用表，可以先选用X1K倍率

6、档。（1）如果正反接显示的阻值相同，就表明所测的W端之间可能接有电阻或者电感线圈，然后再用合适的量程测量精确的阻值，之后再进一步检测是否电感或者电阻类型。（2）如果正反接显示的阻值相差很大，就表明所测的两端之间接有二极管，再进一步测出其正负极。（3）如果用最高倍率档测量时正反接显示的阻值都是无穷大，就可以判断所测得两端之间是断路或者连有电容。（4）如果测出阻值是无穷人的接孔中正反接检测使均出现先显示一定阻值后再偏至无穷大，则可以判断出两端之间接有电容。黑箱问题流程图具体如下:用万用表检测接线柱间的电压电源u=o?用万用表合适的欧姆档测各电压为0的接线柱间的电阻短路电

7、容或断路电肌或电感四、实验内容在箱面上有九组接线孔，它们分别是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18,每行两个接线孔为一组，两个接线孔之间只可能有一个电学元件或者断路，这些元器件可能是：电阻(定值电阻和正负温度系数热敏电阻)、电容、二极管、电感线圈、电源(有直流电源和交流电源)。1、实验目的(1)判断这些元器件的位罝(2)确定元件的规格参数。(3)确定黑箱内元件的组合。2、实验器材电学黑箱(元件己知，位置未知)，万用表等。3、实验步骤(1)首先判断黑箱内直流电源和交流电源的具体位置，电压大小(小于30V)及其正负