实验名称实验名称 实验实验 31 应用计算机测电阻伏安特性应用计算机测电阻伏安特性 1 目的目的 1 熟悉 PASCO 科学工作室软件环境 2 了解数据采集原理 了解 500 性型接口线路连接方法 3 掌握传感器用户自定义方法 2 实验仪器实验仪器 计算机一台 500 型科学工作室接口一台 电压传感器 直流电源 DF1730SL3A 一台 滑动变阻器一只 测试板一块 3 实验原理实验原理 3 1 实验原理实验原理 电子器件的伏安特性表述器件的电流与器件两端电压的关系 有了对电子器件的伏安 特性的透彻了解 对器件的应用研究具有重要意义 如果一个电子器件为电阻器件 其特 性为线性的且满足欧姆定理 即流过电阻 R 的电流 I 与电阻 R 两端电压 V 成正比 与电阻 的阻值成反比 关系式为 R V I 1 根据 1 式 可以进行电阻阻值测量 如果已经测出一个电阻的伏安特性 在曲线上 取两点 A 和 B 如果对应的坐标分别为 A UA IA 和 B UB IB 由于是线性的 所以 有 AB AB II UU R 2 根据 2 式 可以确定电阻的阻值 3 2 实验方法实验方法 电阻的特性曲线可以在 PASCO 科学工作室实验系统上应用计算机来测量 测量电路 如图 25 1 所示 稳压电源和滑动变阻器组成分压电路 动点 C 从 B 到 A 的移动过程中 C B 两端电压逐渐升高 电流传感器采集回路中电流信号 电压传感器采集待测电阻 RX 两端的电压信号 电流信号和电压信号分别送给 500 型科学接口 A 和 B 500 型科学工作 室接口采集的电流和电压为模拟量 计算机不能识别 需经过模数 A D 转换 变换后的数 字信号通过 RS232 串行口与计算机实现通信 把数字信号送给计算机 PASCO 软件对数 据处理 显示结果在计算机屏幕上 3 2 1 电流测量电流测量 电流传感器采用外接方式 PASCO 提供的电流传感器采样电阻为 1 000 此电阻额 定电流为 2A 容易烧断 电流传感器使用方便 但如果待测电阻较大时 灵敏度显然偏 小 因此 本实验电流传感器采用自定义方式 选用自定义采样电阻可根据实验需要 选 用不同阻值以满足测量的要求 电流传感器内部结构如图 25 2 所示 Rg为采样电阻 经过 该电阻将电流转换为电压输出 注 接口 A B C 只识别电压信号 送给 500 型科学工 作室接口的模拟通道 A 通过测量采样电阻两端的电压以及采样电阻的阻值可以确定电流大小 即 g R V I 3 根据 3 式 可以自定义一个测量电流的电流传感器 来测量电路中的电流 C 图 25 1 用计算机测定电阻特性示意图 I Rg 至 500 型科学工作室接口电路 图 25 2 电流传感器内部图 3 2 2 电压测量电压测量 电压测量直接用电压传感器 实验中电压传感器采集到的电压信号可以接到 500 型科 学工作室模拟通道 B 或 C A 通道输入阻抗为 2M B 和 C 输入阻抗为 200M 4 教学内容教学内容 4 1 硬件连接硬件连接 1 按图 25 1 连接好线路 特别注意电流或电压传感器梅花插头与插座的正确连接 连接线有箭头和 TOP 标志 标志应向上 不允许错位强行插入 2 线路详细检查正确后 才能打开稳压电源 电压为 10V 以免烧坏 500 型科学工 作室接口 3 检查 500 型科学工作室接口 A B C 模拟通道 选 A 通道为电流接口 B C 通 道任选一个为电压传感器输入口 4 电流传感器接线柱有红和黑两色 电压传感器香蕉插头也有红和黑两色 分别代 表正极和负极 不要极性接反 否则 实验结果曲线不会在第一象限 4 2 软件操作软件操作 1 熟悉 PASCO 科学工作室实验系统的功能与使用方法 图 25 3 2 接通 500 型科学工作室接口电源开关 在背面 点击计算机科学工作室 Science Workshop 图标 计算机进入自检过程 若屏幕显示找不到一个接口 应检查接口 电源指示灯绿灯是否亮或检查 RS232 串行口连接是否正常 按重试图标按钮 若 自检通过 计算机屏幕将显示图 25 3 工作界面 系统进入 PASCO 科学工作室软 件平台 正 电源 10V 负 滑动变阻器 正 Rg负 Rx 500 型接口 A 口 B 口 计算机 3 根据 电流和电压传感器硬件连接 相对应把接口图标拉入 ABC 图标中 并在选择传感器 窗口中 A 接口选取用户自订传感器 B 或 C 接口选取电压传感器 图 25 4 用户自定义传感器 4 双击用户自订传感器图标 把系统默认电压改成电流 电流 gg Max Max RR V I 10 mA 填入高值数据框中 低值填入零 电压最大值为 10V 低值为零 如图 25 4 所 示 5 用鼠标点取图表 按下右键不放 拖入通道或感应器上 显示数据曲线 图形显示二 维坐标中 纵坐标选 A 通道 横坐标系统默认时间 T 更改为 B 或 C 通道的电压输入 4 3 数据采集数据采集 1 双击录入 REC 图标或主菜单实验的下拉菜单 记录 界面有小光标闪动 表示系 统正在数据采集中 匀速移动滑线变阻器触点 从最低点移 B 到最高点 A 点击 停止图标 计算机屏幕将自动形成 I V 特性曲线 2 实验过程中 如果发现 I V 曲线或电流自定义错误 需要更改 应先在数据框中的 数据 系统按顺序编号 全部选中 再按键盘 Delete 键删除 3 本实验分别接入三个待测电阻 RX 形成三条曲线 用鼠标点击 Data 下拉菜单 复 选三条数据曲线 4 点击图形显示最大化 三条直线所在坐标系应满屏幕 可采用手工调整横纵坐标比 例 即用鼠标点击坐标轴 在对话框填入适当数值 或点击坐标自动匹配图标 5 点击图表设定小图标 写入曲线名称 班级 姓名 学号 如图 25 5 所示 6 把实验结果另存在指定的网络共享文件夹中 文件名 sws 用学号最后三位数 替换 检查正确后打印结果 5 实验教学组织及教学要点实验教学组织及教学要点 1 教师在实验课开始前 必需备课 熟悉仪器 并进行实际操作及数据测量 2 根据所做实验 拟订教案 并进行数据处理 3 学生必须课前预习 并写出预习报告 4 实验前 检查学生预习情况 教师抽查提问学生实验中所要求的知识要点 实验步 骤 重要参数等掌握状况 5 根据提问状况 讲解实验原理及操作步骤 侧重讲解其要点及难点 演示如何测电 阻伏安特性 并对测量曲线进行线性拟合 6 由学生自主动手做实验 通电前教师检查学生接线状况 操作过程中若有疑问教师 及时讲解和辅导 6 实验教学的重点与难点实验教学的重点与难点 1 如何应用传感器测定电压和电阻 2 电流传感器如何进行参数设定 3 提高读图能力及认识采样电阻的作用 7 实验中易出现的问题实验中易出现的问题 1 电流传感器设定错误 2 横坐标轴与纵坐标轴易搞错 3 电流传感器与电压传感器的接线位置搞错 使电压传感器负极与虚地不直接连接 8 实验参考数据实验参考数据 利用十叉尺在曲线上找出合适两点 求得电阻值 示值误差可以取十叉尺坐标读数最 小分度的 5 个单位 用计算机统计功能 逐一对每条 I V 直线进行 曲线拟合 Curve fit 电阻伏安特性实验结果图如下 I V 1 2 3 012345678910 024681012141618202224 1 2 3 Rg 97 99 Imax 102 05mA 表 1 电阻伏安特性实验数据测量 R UA v UB v IA mA IB mA 线性拟合 a1 mA a2 mA V 1 0 667 7 000 2 022 21 875 y a1 a2x 0 01435 3 13794 2 1 271 8 521 1 164 8 456 0 01567 1 00275 3 1 583 8 550 0 989 5 787 0 01308 0 67674 电流 电压的极限误差 m 0 005 计算结果如表 2 及表 3 表 2 电阻伏安特性实验计算结果之一 R AB AB II UU R m 3 V m UU BA UU 3 mA m UU BA II 1 318 9 0 005 0 0029 0 0029 2 994 2 0 005 0 0029 0 0029 3 1452 1 0 005 0 0029 0 0029 表 3 电阻伏安特性实验计算结果之二 R 2VUU A UU 2mAUU A II 22 I U U U E IU R REU RR 1 0 0041 0 0041 0007 0 853 19 0041 0 333 6 0041 0 22 0 2 2 0 0041 0 0041 0008 0 292 7 0041 0 250 7 0041 0 22 0 8 3 0 0041 0 0041 00106 0 657 4 0041 0 917 6 0041 0 22 1 6 结果表示 0 07E 2 0 318 9 R R 1 0 08E 8 0 994 2 R R 2 683 0 P 0 11E 2 1452 R R 1 9 实验结果检查方法实验结果检查方法 1 两点的取值是否达到尽可能的远 2 拟合结果的 1 a2与阻值计算结果比较 是否相差比较大 10 课堂实验预习检查题目课堂实验预习检查题目 1 认识实验装置 介绍实验装置 2 本实验测定什么物理量 3 科学工作室 500 接口的 A B C 通道识别何种信号 对于不同物理量如何变换 试举例说明 4 何时可以用 用户自定义传感器 定义传感器 如何理解 用户自定义传感器 5 试比较电流传感器内接和外接 6 改变电流传感器内部采样电阻 Rg大小 对电路和传感器采样有何影响

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