实验25应用计算机测电阻伏安特性.doc

大学物理实验教案实验名称应用计算机测电阻伏安特性1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31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VI(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ABIR(2)根据(2)式，可以确定电阻的阻值。32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251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。321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1000Ω(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252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GVI(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。AC_稳压电源10V电流传感器电压传感器500型接口计算机_RXB_图251用计算机测定电阻特性示意图IRG至500型科学工作室接口电路图252电流传感器内部图322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2MΩ，B和C输入阻抗为200MΩ)。4教学内容41硬件连接1)按图251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。42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253)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SCIENCEWORKSHOP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253工作界面，系统进入PASCO科学工作室软件平台。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254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GMAXXRVI10MA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254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。43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IV特性曲线。2)实验过程中，如果发现IV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255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IV直线进行曲线拟合(CURVEFIT)。电阻伏安特性实验结果图如下IVÌØÐÔÇÚÏßÐÕÃÛ°À¼¶Ñ§ºÅÊݾÝ1,2,3ΜÇѹÜÌØ012345678910024681012141618202224ÊݾÝ1,2,3ΜÇÁ÷ºÁ°²RG9799Ω，IMAX10205MA。表1电阻伏安特性实验数据测量RUAVUBVIAMAIBMA线性拟合A1MAA2MA/V106677000202221875YA1A2X0014353137942127185211164845600156710027531583855009895787001308067674电流、电压的极限误差△M0005，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ABIUM3VUBA3MAUBAII131890005000290002929942000