第九章 电路参考资料

1．伏打电池的工作原理

伏打电池的锌电极在溶液中带有负电荷，是因为每个锌原子在锌板上留下两个电子后变为带两个正电荷的锌离子（Zn²⁺）进入溶液中，使溶液带正电，故锌板对溶液为负电位。而铜电极在稀硫酸溶液中不易溶解，释放电子较锌电极弱得多，它对溶液的负电位远比锌电极对溶液的负电位在数值上小得多，所以铜电极的电位比锌电极电位高，正是这个电势差形成了伏打电池的电动势而成为化学电源。

由于伏打电池工作过程中，锌电极在硫酸溶液中溶解，同时生成硫酸锌和氢气。因而在锌电极附近有大量的氢气泡冒出，这些氢气泡一部分散发在大气中，一部分却积聚在铜电极上。因此在伏打电池工作过程中，在有电流通过闭合电路的同时，锌电极和硫酸溶液逐渐变为其他物质。这样将使得两电极间电势差降低，即电池的电动势逐渐减小，这就是伏打电池工作持续性差的原因。

2．多用电表各挡量程选择及测量误差分析

用多用电表进行测量时会带来一定的误差。这些误差有些是仪表本身的准确度等级所允许的最大绝对误差；有些是调整、使用不当带来的人为误差。正确了解多用电表的特点以及测量误差产生的原因，掌握正确的测量技术和方法，就可以减小测量误差。

人为读数误差是影响测量精度的原因之一。它是不可避免的，但可以尽量减小。因此，使用中要特别注意以下几点：①测量前要把多用电表水平放置，进行机械调零；②读数时眼睛要与指针保持垂直；③测电阻时，每换一次挡都要进行调零。调不到零时要更换新电池；④测量电阻或高压时，不能用手捏住表笔的金属部位，以免人体电阻分流，增大测量误差或触电；⑤在测量电路中的电阻时，要切断电路中的电源，并把电容器储存的电量泄放完，然后再进行测量。在排除了人为读数误差以后，我们对其他误差进行一些分析。

（1）多用电表电压、电流挡量程选择与测量误差

多用电表的准确度等级一般分为0.1、0.5、1.5、2.5、5等几个等级。直流电压、电流，交流电压、电流等各挡，准确度（精确度）等级的标定是由其最大绝对允许误差ΔX与所选量程满度值的百分数表示的。以公式表示： A%＝ΔX/满度值 ×100%。 ①

（a）采用准确度不同的多用电表测量同一个电压所产生的误差

例如：有一个10V标准电压，用“100V挡、0.5级”和“15V挡、2.5级”的两只多用电表测量，问哪只表测量误差小？

解：由①式得第一只表的最大绝对允许误差为

ΔX₁＝±0.5％×100V＝±0.50V。

第二只表的最大绝对允许误差为

ΔX₂＝±2.5％×15V＝±0.375V。

比较ΔX₁和ΔX₂可以看出：虽然第一只表准确度比第二只表准确度高，但用第一只表测量所产生的误差却比第二只表测量所产生的误差大。因此，可以看出，在选用多用电表时，并非准确度越高越好。有了准确度高的多用电表，还要选用合适的量程。只有正确选择量程，才能发挥多用电表潜在的准确度。

（b）用一只多用电表的不同量程测量同一个电压所产生的误差

例如：MF－30型多用电表，其准确度为2.5级，选用100V挡和25V挡测量一个23V标准电压，问哪一挡误差小？

解：100V挡最大绝对允许误差为

ΔX（100）＝±2.5％×100V＝±2.5V。

25 V挡最大绝对允许误差为

ΔX（25）＝±2.5％×25V＝±0.625V。

由上而的解可知：用100V挡测量23V标准电压，在多用电表上的示值在20.5～25.5V之间。用25V挡测量23V标准电压，在多用电表上的示值在22.375～23.625V之间，即100V挡测量的误差比25V挡测量的误差大得多。因此，一只多用电表测量不同电压时，用不同量程测量所产生的误差是不相同的。在满足被测信号数值的情况下，应尽量选用量程小的挡。这样可以提高测量的精确度。

（c）用一只多用电表的同一量程测量不同的两个电压所产生的误差

例如：MF－30型多用电表，其准确度为2.5级，分别用100V挡测量一个20V和80V的标准电压，问测量哪个电压时产生的误差小？

解：100V挡的最大绝对误差ΔX（100）＝±2.5％×100V＝±2.5V。

对于20V而言，其示值介于17.5～22.5V之间。其最大相对误差为

A（20）％＝±2.5V/20V ×100％＝±12.5％。

对于80V而言，其示值介于77.5～82.5 V之间。其最大相对误差为

A（80）％＝±2.5V/80V ×100％＝±3.1％。

比较被测电压20V和80V的最大相对误差可以看出：前者比后者的误差大的多。因此，用一只多用电表的同一个量程测量两个不同电压的时候，谁离满挡值近，准的准确度就高。所以，在测量电压时，应使被测电压指示在多用电表量程的2/3 以上。只有这样才能减小测量误差。

（2）电阻挡的量程选择与测量误差

电阻挡的每一个量程都可以测量0Ω～∞的电阻值。欧姆表的标尺刻度是非线性、不均匀的倒刻度。是用标尺弧长的百分数来表示的。而且各量程的内阻等于标尺弧长的中心刻度数乘倍率，称作“中心电阻”。也就是说，被测电阻等于所选挡量程的中心电阻时，电路中流过的电流是满度电流的一半，指针指示在刻度的中央。其准确度用下式表示为

R％＝ΔR/中心电阻 ×100％。 ②

例如：MF－30型多用电表，其R×10挡的中心电阻为250Ω；R×100挡的中心电阻为2.5kΩ。准确度等级为2.5级。用它测一个500Ω的标准电阻，问用R×10挡与R×100挡来测量，哪个误差大？

解：由②得

R×10挡最大绝对允许误差ΔR（10）＝中心电阻×R％＝250Ω×（±2.5）％＝±6.25Ω。用它测量500Ω标准电阻，则500Ω标准电阻的示值介于493.75～506.25Ω之间。最大相对误差为：±6.25Ω/500Ω ×100％＝±1.25％。

R×100挡最大绝对允许误差ΔR（100）＝中心电阻×R％＝2.5kΩ×（±2.5）％＝±62.5Ω。用它测量500Ω标准电阻，则500Ω标准电阻的示值介于437.5～562.5Ω之间。最大相对误差为：±62.5Ω/500Ω ×100％＝±12.5％。

由计算结果对比表明，选择不同的电阻量程，测量产生的误差相差很大。因此，在选择挡位量程时，要尽量使被测电阻值处于量程标尺弧长的中心部位，测量精度会高一些。

3．逻辑电路简要介绍

数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。组合逻辑电路的特点是输出信号只是该时的输入信号的函数，与别时刻的输入状态无关，它是无记忆功能的。常用组合逻辑的种类很多，主要有全加器、译码器、编码器、多路选择器等，组合逻辑电路的基本单元就是教材里介绍的基本门电路。

任意时刻的稳定输出，不仅与该时刻的输入有关，而且还与电路原来的状态有关的数字电路，称作时序逻辑电路。时序逻辑电路一般由触发器构成的存储电路和组合电路组成。若电路中所有的触发器都由同一时钟脉冲控制，则称这种时序电路为同步时序电路，否则称为异步时序电路。常用的时序电路部件有寄存器、计数器等。

4．小实验：水果电池

教材中的水果电池经过改进后，可使它效果更明显，操作难度也降低，效果更稳定。现将制作方法介绍于下（图1为俯视照片）。

【实验材料】

①生日卡（去掉电池）；②铜、锌电极（带有插孔）；③带螺母的长螺杆；④香蕉插与导线；⑤立板（20cm×5cm黑色塑料板）、底板（20cm×20cm塑料板）；⑥AB胶；⑦水杯一对；⑧柠檬或西红柿；⑨带孔橡胶塞。【实验装置】

如图2所示。

【制作过程】

（1）如图3所示，在立板上按如图所示位置处打孔。

（2）将两条导线分别焊在生日卡的电池“＋”，“－”接线片上，另一端焊上香蕉插，再将它分别插入铜、锌电极的插孔内。

（3）将生日卡的发光二极管从立板左端的小孔穿进，并使整个二极管处在立板内，然后将带孔的橡胶塞用AB胶粘在立板相应的位置上作为灯罩。

（4）将扬声器和生日卡电路部分用AB胶粘在立板相应的位置上。

（5）用螺母将一对电极固定在螺杆的两端。

【实验步骤】

（1）将一对相距1cm左右的电极插入同一个西红柿或柠檬之中。将另一对相距1cm左右的电极插入另一个西红柿或柠檬之中，将两个西红柿或柠檬用铜棒连接起来（如图1）。从正面观察发光二极管，看到它会发出微弱的红光，生日卡中播出“祝你生日快乐”的音乐。

（2）将一对电极放入一个盛有清水的杯中，将另一对电极放入另一个盛有清水的杯中。从正面进行观察，会发现发光二极管不发光，生日卡中也没有任何声音。这说明清水是不会发电的。

（3）分别向盛有清水的杯中各投放一小块柠檬或西红柿，再进行观察，这时会观察到二极管发出较亮的红光，并随着音乐的高低不同而闪耀，生日卡中播出较响的“祝你生日快乐”的音乐，这说明水果可以发电。

【实验效果】

（1）比市售装置中二极管发光的亮度要高很多，声音要响很多。

（2）克服了市售装置中实验现象时有时无的不稳定现象，成功率达100％。

（上海市嘉定区第二中学供稿）

发布时间：2010/9/21 上午7:30:41  阅读次数：4145