实验25应用计算机测量电阻伏安特性.doc
大学物理实验教案实验名称应用计算机悉大学物理实验教案实验名称PASCO科学工作室软件环境；2)了解数据采集原理，了解500型接口线路连接方法；3)掌握传感器用户的自定义方法。2实验仪器一台，500型科学工作室接口一台，电压传感器，直流电源DF1730SL3A电子设备的伏安特性表示设备电流与设备两端电压的关系，对电子设备的伏安特性有透彻的了解，对设备的应用研究具有重要意义。如果电子设备是电阻设备，其特性是线性的，符合欧姆定理，即流过电阻R的电流I与电阻R两端的电压V成正比，与电阻值成反比，关系类型为VI?(1)电阻值可根据(1)类型进行测量。如果已经测两点A和B，如果相应的坐标分别为A(UA、IA)和B(UB、IB)，因为是线性的，所以有ABIR??(2)电阻的电阻值可根据(2)型确定。32实验方法电阻的特性曲线可以在PASCO计算机用于测量科学工作室实验系统，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在A的移动过程中，C、B电流传感器采集电路中的电流信号，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500科学界面A和B。500型科学工作室接口采集的电流和电压为模拟量，计算机无法识别，需要通过模数A/D转换后的数字信号通过RS232串行口与计算机通信，将数字信号发送给计算机，PASCO在计算机屏幕上显示数据处理的软件。321电流测量电流传感器采用外接方式，PASCO电流传感器采样电阻为1万Ω(此电阻额定电流为2A，易烧)。电流传感器使用方便，但如果待测电阻较大，灵敏度明显较小。因此，本实验电流传感器采用自定义方法，可根据实验需要选择不同的电阻值，以满足测量要求。如图252所示，电流传感器的内部结构。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、C500型科学工作室接口的模拟通道只识别电压信号)A。电流大小可以通过测量采样电阻两端的电压和采样电阻的电阻来确定，即GVI?(3)根据(3)类型，可以定制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接口计算机_RXB_图251用计算机测定电阻特性示意图IRG电压传感器直接用于测量500型科学工作室接口电路图252电流传感器内部图322电压。实验中电压传感器采集的电压信号可接收500型科学工作室模拟通道B或C(A通道输入阻抗为2MΩ，BC输入阻抗为2000MΩ)。4教学内容41硬件连接1)按图251连接线路，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，不得强行插入错位。2)线路详细检查正确后，可打开稳压电源(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电流接口为模拟通道，B、C选择电压传感器输入口的通道。4)电流传感器的接线柱是红色和黑色的，电压传感器的香蕉插头也是红色和黑色的，分别代表正负极，不极性，否则实验结果曲线不在第一象限。42软件操作1PASCO科学工作室实验系统的功能和使用方法(图253)2)连接500型科学工作室接口电源开关(背面)，点击计算机科学工作室SCIENCEWORKSHOP图标，计算机进入自检过程，如果屏幕显示找不到接口，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；如果自检通过，计算机屏幕将显示图253工作界面，系统将进入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在选择传感器窗口的图标中，A接口选用户自订传感器，B或者C接口选择电压传感器。3)根据电流和电压传感器的硬件连接，将接口图标相应拉入ABC在选择传感器窗口的图标中，A接口选用户自订传感器，B或者C接口选择电压传感器。图254用户自定义传感器4)双击用户自定义传感器图标，将系统默认电压改为电流和电流GMAXXRVI10MA在高值数据框中填低值填入零。最大电压为10V，如图254所示，低值为零。5)用鼠标点取图表，按右键，拖入通道或传感器，显示数据曲线。图中显示二维坐标，纵坐标选A通道，横坐标系统默认时间T,更改为B或C电压输入通道。43数据采集1REC下拉菜单记录图标或主菜单实验，界面闪烁小光标，表示系统在数据采集中以恒速移动滑线变阻器触点，从最低点移动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)如果在实验过程中发现，IV需要更改的曲线或电流自定义错误应首先选择数据框中的所有数据（系统按顺序编号），然后按键盘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，三条直线的坐标系应满屏。水平和垂直坐标的比例可以手动调整，即用鼠标点击坐标轴，在对话框中填充适当的值，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)将实验结果存储在指定的网络共享文件夹中，文件名称SWS，用学号最后三位数替换。打印结果后，检查正确。5实验教学组织和教学要点1）教师必须准备课程，熟悉实验课程开始前的仪器，并进行实际操作和数据测量；2）根据实验制定教学计划和数据处理；3）学生必须在课前预习并撰写预习报告；4）实验前，检查学生预习情况，抽查学生实验所需的知识要点、实验步骤和重要参数；5）根据提问情况，讲解实验原理和操作步骤，重点讲解重点和难点；演示如何测量电阻伏安特性，线性拟合测量曲线；6)学生自主做实验。通电前，老师会检查学生的接线情况。如果在操作过程中有任何问题，老师会及时解释和指导。6实验教学的重点和难点1)如何用传感器测量电压和电阻；2)如何设置电流传感器的参数；3)提高阅读能力，了解采样电阻的作用。6实验教学的重点和难点1）如何使用传感器测量电压和电阻；2）如何设置电流传感器的参数；3）提高图纸阅读能力，了解采样电阻的作用。7实验中容易出现的问题1）电流传感器设置错误；2）水平坐标轴和垂直坐标轴容易出错；3）电流传感器与电压传感器的接线位置错误，使电压传感器负极不直接连接到虚拟位置。8实验参考数据利用十叉尺在曲线上找到合适的两点，以获得电阻值。示值误差可取十叉尺坐标读数最小分数的5个单位。一对一地使用计算机统计功能IV曲线拟合直线(CURVEFIT)。电阻伏所示IVì?D??ú??D???°à???§o?êY?Y1,2,3Μ??1üì?012345678910024681012141618202224êY?Y1,2,3Μ?á÷oá°2RG9799Ω，IMAX10205MA。测量表1电阻伏安特性实验数据RUAVUBVIAMAIBMA线性拟合A1MAA2MA/V106677000202221875YA1A2X014333379421271816460015775009877700130677450015674500157337500△M0005，计算结果如表2和表3所示。表2电阻伏安特性实验计算结果之一R?表2电阻伏安特性实验计算结果之一R???ABIUM?3VUBA??3MAUBAII??131890005000290002929942000