黑箱實(shí)驗(yàn)論文

1、<p>　　黑 箱 實(shí) 驗(yàn) 論 文</p><p><b>　　學(xué)校：大連大學(xué)</b></p><p>　　學(xué)院：環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院</p><p><b>　　班級(jí)：化學(xué)151班</b></p><p><b>　　姓名：何立鵬</b></p><

2、;p>　　學(xué)號(hào)：15413012</p><p>　　時(shí)間：2016年12月16日</p><p><b>　　指導(dǎo)教師：王靜</b></p><p>　　摘要：已知黑箱內(nèi)有直流電源、交流電源、電阻（正負(fù)熱敏電阻和定值電阻）、電容、二極管，電感線圈，根據(jù)電阻正反接阻值不變，熱敏電阻阻值隨溫度變化，電容的充放電原理，二極管單向?qū)щ娦?、反向?/p>

3、阻無窮大和電感線圈在交流電路中存在阻抗的特性，利用萬用表檢測(cè)黑箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并推測(cè)出黑箱每對(duì)接線孔之間的元件。</p><p>　　關(guān)鍵詞：黑箱、萬用表。</p><p><b>　　正文：</b></p><p>　　一、黑箱，指的是內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性不能直接觀測(cè)的系統(tǒng)，只能通過外部觀測(cè)和試驗(yàn)去認(rèn)識(shí)的其性能和特性的系統(tǒng)和客體。求解這種未知系統(tǒng)的問

4、題，就是黑箱問題。這些黑箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機(jī)理還不清楚或不十分清楚，需要我們?nèi)チ私?、去認(rèn)識(shí)。著名的控制論專家艾什說：“所有的事物實(shí)際上都是黑箱，并且我們從小到老一輩子都在跟黑箱打交道”。在物理教學(xué)中，我們遇到許多黑箱問題,如果我們能恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用這些黑箱問題,將十分有利于培養(yǎng)與訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)造思維。研究黑箱有兩種方法：一種是開啟黑箱法，即將黑箱分成局部，研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，但由于開啟黑箱時(shí)，可能會(huì)引起黑箱本身結(jié)構(gòu)和功能的變化，而且有些黑箱不允許

5、打開或由于技術(shù)問題不能打開，所以這種方法有很大的限制。另一種方法是不開啟黑箱，既不破壞黑箱的半身結(jié)構(gòu)，而是有目的地對(duì)黑箱輸入信息，觀測(cè)黑箱對(duì)應(yīng)的輸出信息，并利用分析、綜合、利弊等邏輯的方法和必要的數(shù)學(xué)運(yùn)算而得到結(jié)論最后確定黑箱內(nèi)部狀態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。</p><p>　　解決黑箱問題的基本程序：</p><p>　　二、黑箱問題雖然帶有一定的猜測(cè)性，但這種猜測(cè)必須符合一定外部特征下所做出的有方

6、向的猜想。黑箱問題屬于根據(jù)所給結(jié)論，進(jìn)行逆向思維，推斷出黑箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題。解決電學(xué)黑箱問題的基本思路是：利用所學(xué)的電路基礎(chǔ)知識(shí)，分析題設(shè)所給各種數(shù)據(jù)條件，對(duì)黑箱內(nèi)部電路元件的連接情況進(jìn)行預(yù)判，抓住問題的關(guān)鍵，找到正確的切入點(diǎn)。</p><p>　　三、黑箱的原件簡(jiǎn)單介紹：</p><p>　　（1）電阻、熱敏電阻</p><p><b>　?、俣ㄖ惦娮?

7、lt;/b></p><p>　　即阻值不隨溫度變化的電阻，隨著電流在電阻里流動(dòng)，阻值保持不變。</p><p><b>　?、跓崦綦娮?lt;/b></p><p>　　熱敏電阻分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，其阻值分別隨溫度的升高而明顯變大和變小。在通電過程中，熱敏電阻會(huì)因?yàn)殡娏鳠嵝?yīng)而改變阻值，從而使電路中的電流發(fā)生變化。&l

8、t;/p><p>　　正溫度系數(shù)熱敏電阻：</p><p>　　負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻：</p><p><b>　?。?）電容器</b></p><p>　　電容器由兩塊金屬板組成，可儲(chǔ)存和釋放電荷。在與直流電源相連接時(shí)可進(jìn)行充電，當(dāng)儲(chǔ)存電荷達(dá)到一定值后會(huì)處于穩(wěn)態(tài)，電阻無窮大，相當(dāng)于開路。故在直流電路中剛通電時(shí)電路有一定電流然

9、后逐漸降至0，相對(duì)的電阻也從一定阻值逐漸升至無窮大。</p><p>　　電容器在連有交流電源的電路中存在一定阻抗：</p><p><b>　　（3）電感線圈</b></p><p>　　若線圈本身存在一定電阻，在直流電路中電感線圈相當(dāng)于一個(gè)電阻，只有在接通和斷開電源的一瞬間產(chǎn)生自感現(xiàn)象。在交流電路中，電感線圈會(huì)存在自感現(xiàn)象，產(chǎn)生阻抗，使得電

10、路中電流相較同樣條件的直流電路中的電流明顯變小。</p><p>　　電感線圈在交流電路中的阻抗：</p><p><b>　?。?）二極管</b></p><p>　　二極管具有單向?qū)щ姷奶匦?，即正向?qū)ǎ聪蚨搪?。常見的二極管正向電阻很小或有一定電阻，反向電阻無窮大。</p><p>　　四、黑箱問題雖然帶有一定的猜

11、測(cè)性,但這種猜測(cè)必須符合一定外部特征下所作出的有方向的猜想。黑箱問題屬于根據(jù)所給結(jié)論,進(jìn)行逆向思維,推斷出黑箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題。解決黑箱問題的基本思路是:利用所學(xué)的電路基礎(chǔ)知識(shí),分析題設(shè)所給各種數(shù)據(jù)條件,對(duì)黑箱內(nèi)部電路元件的連接情況進(jìn)行預(yù)判,抓住問題的關(guān)鍵,找到正確的切入點(diǎn)。</p><p>　　黑箱問題所提供的條件不同，但解題思路大致可以是：</p><p>　　首先必須用萬用表直流電壓檔

12、測(cè)出直流電源，交流電壓檔檢測(cè)出交流電源，以及各電源的正負(fù)極，因?yàn)槭紫葴y(cè)出電源后才能用歐姆檔檢測(cè)其他元件，否則歐姆檔接入電源后會(huì)導(dǎo)致萬用表損壞。一般用50V量程測(cè)量電源所在位置及其電壓大小。然后再用歐姆檔檢測(cè)。對(duì)于指針式多用表，可以先選用×1K倍率檔。如果正反接顯示的阻值相同，就表明所測(cè)的兩端之間可能接有電阻或者電感線圈，然后再用合適的量程測(cè)量精確的阻值，之后再進(jìn)一步檢測(cè)是否電感或者電阻類型。如果正反接顯示的阻值相差很大，就表明

13、所測(cè)的兩端之間接有二極管，再進(jìn)一步測(cè)出其正負(fù)極。如果用最高倍率檔測(cè)量時(shí)正反接顯示的阻值都是無窮大，就可以判斷所測(cè)的兩端之間是斷路或者連有電容。如果測(cè)出阻值是無窮大的接孔中正反接檢測(cè)時(shí)均是出現(xiàn)先顯示一定阻值后再偏至無窮大，則可以判斷出兩端之間接有電容。</p><p><b>　　具體內(nèi)容如下：</b></p><p><b>　　五、開始實(shí)驗(yàn)</b&g

14、t;</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：</b></p><p>　　在箱面上有九組接線孔，它們分別是：1，2、3，4、5，6、7，8、9，10、11，12、13，14、15，16、17，18。每行兩個(gè)接線孔為一組，兩個(gè)接線孔之間只可能有一個(gè)電學(xué)元件或者斷路，這些元器件可能是：電阻（定值電阻和正負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）、電容、二極管、電感線圈、電源（直流電源和交流電源

15、）。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?lt;/b></p><p>　　1、判斷黑箱內(nèi)電學(xué)元器件的種類及其位置。</p><p>　　2、確定元件的規(guī)格參數(shù)。 </p><p>　　3、確定黑箱內(nèi)元件的組合。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)器材：電路黑箱（內(nèi)部可能的元件已知，但不知道位置），

16、萬用表（能夠測(cè)量交流電流）。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)步驟：</b></p><p>　　1、首先判斷黑箱內(nèi)直流電源和交流電源的具體位置，電壓大小及其正負(fù)極。判斷的方法是用萬用表測(cè)量，打至電壓檔測(cè)量電壓是否為零。直流電壓檔不能測(cè)出交流電源，反之交流電壓檔也不能測(cè)出直流電源，要分別打到直流和交流電壓檔分別測(cè)量直流和交流電源的位置和電壓數(shù)值，選用50V的量程。&l

17、t;/p><p>　　2、判斷出電源的具體位置后，用萬用電表的歐姆檔分別正接和反接測(cè)量其余接線孔組中的電阻，初步判斷出正反接電阻均為同一定值，正反接電阻均為無窮大，正反接阻值相差巨大的接線孔組，能測(cè)出阻值的接線孔需測(cè)量出具體數(shù)值，然后分析出這些現(xiàn)象中可能存在的原件，并分別進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)。</p><p>　　3、觀察出正反接阻值均為無窮大的接線孔組是否在測(cè)量時(shí)是先顯示一定阻值再偏至無窮大，是則

18、為電容，不是則為斷路。</p><p>　　4、正反接阻值相差巨大的接線孔組之間的原件則為二極管，再進(jìn)一步測(cè)出二極管的正負(fù)極。</p><p>　　5、對(duì)于正反接均顯示相同定值的接線孔組，可能的元件為電感線圈，正負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，定值電阻?？上葘⑦@些接線孔組分別通電一段時(shí)間，利用電流熱效應(yīng)對(duì)其進(jìn)行加熱，一段時(shí)間后直接或者間接測(cè)量其阻值并與之前的阻值進(jìn)行比較，判斷出正負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的接

19、線孔位置。剩下定值電阻和電感線圈，再做進(jìn)一步檢測(cè)</p><p>　　6、將電壓相等或相近的交流電源和直流電源分別與剩下的接線孔組相連，分別測(cè)量在交流電源和直流電源下其電流大小并比較，電流大小相等或相近的為定值電阻，若在直流電路下的電流明顯大于在交流電路下的電流，則為電感線圈。</p><p>　　7、測(cè)量完畢，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定出黑箱內(nèi)部的具體構(gòu)造。</p><p&g

20、t;<b>　　實(shí)驗(yàn)進(jìn)度：</b></p><p>　　將萬用表調(diào)至交流電壓檔檢測(cè)交流電源的位置，測(cè)得1，2號(hào)接線孔發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電動(dòng)勢(shì)E=26.5V。</p><p>　　將萬用表調(diào)至直流電壓檔檢測(cè)直流電源的位置，測(cè)得17，18號(hào)接線孔發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電動(dòng)勢(shì)E=23.5V。</p><p>　　將萬用表調(diào)至歐姆檔檢測(cè)剩余接線孔：</p>

21、<p>　　7、8 ：正接，顯示阻值達(dá)到一定值后偏至無窮大，反接，與正接時(shí)象相同。</p><p>　　13、14 ：正接，顯示一定阻值，示數(shù)為5KΩ，反接時(shí)顯示阻值為無窮大。</p><p>　　5、6 ：正接和反接均顯示一定阻值，示數(shù)為850Ω。</p><p>　　9、10：正接和反接均顯示阻值為無窮大。</p><p>　　

22、15、16：正接和反接均顯示一定阻值，示數(shù)為20KΩ。</p><p>　　11、12：正接和反接均顯示一定阻值，示數(shù)為7.5KΩ。</p><p>　　3、4：正接和反接均顯示一定阻值，示數(shù)為1KΩ。</p><p><b>　　初步分析判定：</b></p><p>　　7、8 ：所連元件為電容器。</p>

23、;<p>　　13、14 ：所連元件為二極管，且13為正極，14為負(fù)極。</p><p>　　5、6 ：所連元件為電阻（正負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）或者電感線圈。</p><p>　　9、10：兩接線孔之間無連接或者斷路。</p><p>　　15、16：所連元件為電阻（正負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）或者電感線圈。</p><p>　　11、

24、12：所連元件為電阻（正負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）或者電感線圈。</p><p>　　3、4：所連元件為電阻（正負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻）或者電感線圈。</p><p>　　進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，將直流電源分別與5、6，15、16，11、12，3、4接線孔串聯(lián)，對(duì)電阻 進(jìn)行加熱，再將萬用表調(diào)至直流電流檔持續(xù)測(cè)量電路中的電流，觀察

25、電流變化：5、6 ：電路中電流維持在一定示數(shù)幾乎沒有變化。</p><p>　　15、16：電路中電流隨時(shí)間變化而明顯變大。</p><p>　　11、12：電路中電流隨時(shí)間變化而明顯變小。</p><p>　　3、4：電路中電流維持在一定示數(shù)幾乎沒有變化。</p><p><b>　　進(jìn)一步分析判定：</b></

26、p><p>　　5、6 ：所連元件為定值電阻或者電感線圈。</p><p>　　15、16：所連元件為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。</p><p>　　11、12：所連元件為正溫度系數(shù)熱敏電阻。</p><p>　　3、4：所連元件為定值電阻或者電感線圈。</p><p>　　分辨定值電阻和電感線圈，將5、6，3、4接線孔分別與電

27、動(dòng)勢(shì)相等或相近的直流和交流電源串聯(lián)，再分別用萬用表直流電流和交流電流檔檢測(cè)其電流大小并分別進(jìn)行比較，觀察前后電流變化：</p><p>　　5、6 ：在直流電路下電流示數(shù)偏轉(zhuǎn)明顯，轉(zhuǎn)到交流電路下現(xiàn)象與前者相同且電流數(shù)值相近。</p><p>　　3、4：在直流電路下電流示數(shù)偏轉(zhuǎn)明顯，轉(zhuǎn)到交流電路下電流示數(shù)偏轉(zhuǎn)很小，前后電流數(shù)值相差較大。</p><p>　　由此可以

28、判定5、6所連元件為定值電阻，3、4所連元件為電感線圈。</p><p><b>　　總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：</b></p><p>　　17、18：直流電源，電動(dòng)勢(shì)為E=23.5V。</p><p><b>　　7、8 ：電容器。</b></p><p>　　13、14 ：二極管，且13為正極，電阻為5K

29、Ω，14為負(fù)極，電阻無窮大。</p><p>　　5、6 ：定值電阻，阻值為850Ω。</p><p>　　9、10：電路斷路。</p><p>　　15、16：負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，常溫下阻值為20KΩ。</p><p>　　11、12：正溫度系數(shù)熱敏電阻，常溫下阻值為7.5KΩ。</p><p>　　3、4：電感線圈

30、，自身電阻阻值為1KΩ。</p><p>　　1、2：交流電源，電動(dòng)勢(shì)為E=26.5V。</p><p>　　至此，黑箱內(nèi)部所有接線孔所連元件全部檢測(cè)出，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。</p><p>　　六、物理黑箱實(shí)驗(yàn)的思維訓(xùn)練功能</p><p>　　1、逆向思維訓(xùn)練：在黑箱實(shí)驗(yàn)中，物理情景中只給出一些外部的信息，學(xué)生需</p><p&

31、gt;　　要從這些書已知信息出發(fā)，倒著展開思路，分析推理產(chǎn)生的原因和條件，探</p><p>　　求黑箱的結(jié)構(gòu)。這有效地培養(yǎng)了學(xué)生的逆向思維能力。</p><p>　　2、發(fā)散思維訓(xùn)練：許多黑箱部問題內(nèi)部結(jié)構(gòu)往往并不是唯一確定的，從而會(huì)出</p><p>　　現(xiàn)多種解答方法，這有效地培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散思維能力。</p><p>　　3、邏輯思維

32、訓(xùn)練：解答黑箱問題，必須具有一定的邏輯分析推理能力，要求做</p><p>　　到周密，條理清晰，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)</p><p>　　總結(jié)：經(jīng)過這一年的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，我發(fā)現(xiàn)了自己身上存在的種種不足。我的動(dòng)手能力還不夠強(qiáng)，當(dāng)遇到動(dòng)手能力強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，我總是腳忙手亂，不能從容應(yīng)對(duì)。我的探索方式還需改善，當(dāng)面對(duì)一些復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)時(shí)，我還是不能很快很好的完成實(shí)驗(yàn)。我的數(shù)據(jù)處理能力還有待提高，當(dāng)眼前擺著一

33、大堆復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之時(shí)，我處理的能力及方式還是不足，不能用最佳的方法處理數(shù)據(jù)使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差減小到最小值?！凹訌?qiáng)基礎(chǔ)，重視應(yīng)用，開拓思維，培養(yǎng)能力，提高素質(zhì)”是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)思想。</p><p>　　而現(xiàn)在，我已基本克服自己的大部分問題。在做這次黑箱實(shí)驗(yàn)時(shí)，上述現(xiàn)象已經(jīng)得到了很大程度的改善，實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理都比較順利。根據(jù)探究這個(gè)黑箱每組接線孔之間的結(jié)構(gòu)（電阻、電容、二極管、電感線圈、電源

34、等）逆向思維的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，我們能夠探究更大的黑箱（電磁繼電器、電機(jī)、傳感器等）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解更多電學(xué)元件的特性。通過這次的探究性實(shí)驗(yàn)，讓我在思考問題更能全面，更深入，動(dòng)手能力也得到提高，使我掌握了研究實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和步驟，使我們不僅能探究電學(xué)黑箱實(shí)驗(yàn)，也為我們探索其他黑箱實(shí)驗(yàn)提供了保障，這次實(shí)驗(yàn)我收獲頗多。</p><p>　　總之，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)中收獲頗豐，發(fā)現(xiàn)的不足也很多，在實(shí)驗(yàn)課上得到的我會(huì)把它發(fā)揮下

35、去，并且在今后的學(xué)習(xí)生活中，我會(huì)把這些好的習(xí)慣發(fā)揮其中，在此期間發(fā)現(xiàn)的不足，我將努力改善，也會(huì)通過以后的學(xué)習(xí)實(shí)踐等方式不斷提高自己。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 張濱. 含電源電學(xué)黑箱的理論分析與實(shí)驗(yàn)探討.  天津大學(xué)出版社</p><p>　　[2] 劉