『壹』 探究常見能量控制裝置是怎樣工作 實驗記錄
1)實驗通知單 2)學生實驗報告單 3)教師分組實驗報告單 4)教師演示實驗報告單 5)儀器出借單 6)借還登記
『貳』 電路實驗報告怎麼寫
單相交流電路的實驗報告 目標:開發交流傳動實驗系統,能夠對交流傳動產品進行包括供電裝置(如變壓器、高壓櫃等)在內的主變流器、非同步電動機及其控制系統的綜合試驗。附圖1:交流傳動電力機車牽引系統原理圖。系統採用交流牽引電機背靠背的方式取代直流電機作為陪試機,用變流器取代原直流發電機—同步機組,直接向接觸網,在達到試驗目的的前提下大大減小能源消耗。附圖2:原交流傳動試驗系統原理電路圖。附圖3:能量反饋型交流傳動試驗系統原理電路圖。系統主要由主電路部分、控制部分和測試部分組成,分別要求完成以下內容:2、設計內容與要求1)試驗系統主電路的設計和部件選型① 主電路結構的設計,基本部件的確定;② 陪試牽引變壓器的選型;③ 陪試變流器的選型;④ 陪試交流牽引電機選型;2)試驗系統控制部分的設計① 主電路工作原理分析;② 控制電路工作原理分析;③ 保護電路工作原理分析;④ 控制系統的總體結構設計;⑤ PLC的選型、硬體配置、控制協議的確定;⑥ PLC程序流程的編寫。3)試驗系統測試部分的設計① 測試系統的工作原理分析;② 測試感測器的選型;③ 工控機、信號調理裝置、PCI採集板卡等的選型;④ 電路監測和保護的設計;⑤ LABVIEW程序流程的編寫。4)系統設計要求:① 試驗系統主要由10kV電網,單相交流供電的綜合試驗電源系統,被試變流器,交流牽引電機,陪試變流器,反饋變壓器,控制電源,三相AC380V動力電源,測試和控制系統等組成。② 根據試驗系統總體電路,計算10kV、50Hz電網單相、三相所需的的容量,計算三相電壓不平衡度及對三相電網的影響。③ 單相交流供電的綜合試驗電源系統參數要求:? 單相升壓變壓器(10kV/25kV)實現單相25kV/50Hz電源,容量4000kVA,在輸入電壓允許變化范圍內保證輸出電壓變化范圍17.5~31kV。? 牽引變壓器的牽引繞組的短路阻抗設計為25%,同時通過配備可調的電抗器來調節支路短路阻抗以實現不同綜合試驗的需求。? 電源系統的保護至少應包括:高壓警示、電流速斷保護、電流過流保護、變壓器保護(溫升保護、壓力保護、瓦斯保護等)等。④ 通用陪試變流器參數要求:? 輸出三相對稱的電壓,輸出電壓范圍0~2200V RMS;? 輸出電流范圍0~1300A RMS,輸出頻率范圍0~200Hz;? 輸出的最大功率≥3200kVA。⑤ 平台負載系統要求:? 採用交流牽引電機背靠背的方式作為陪試機,通過陪試牽引變流器和牽引變壓器直接向接觸網反饋能量;? 被試變流器的最大功率按照2800kW設計,被試非同步牽引電動機的最大功率按照1250kW設計;? 平台電機負載的保護應包括:高壓警示、電流速斷保護、過流保護、過壓保護、電機溫升保護、電機超速保護、短路保護、接地保護、缺相保護、陪試變流器保護(過流保護、過壓保護、接地保護、超溫保護、低溫保護、失壓保護、水位保護等)、陪試變壓器保護(溫升保護、壓力保護、瓦斯保護等)等。⑥ 測試系統的准確度滿足:交直流電流、電壓基波、有效值的測量准確度不低於±0.5%,轉速測量准確度不低於±0.1%或±1r/min,轉矩測量准確度不低於±1%,功率測量准確度不低於±1%。⑦ 其他性能要求:☆ 可靠性要求:系統能滿足長時間、間斷穩定運行。☆ 安全性:系統應保證人身、設備安全。☆ 易操作性:系統應提供友好人機界面,操作簡單。⑧ 系統設計完成後的資料整理擴聲電路實驗報告怎麼寫 一、直觀檢查法 直觀檢查法是斷開電源後立即進行。不用儀器、儀表,憑直觀的感覺,調動視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等4種感覺特性,進行判斷。這種檢查方法雖然准確性較差些,但速度快,直觀檢查法尤其對電源故障檢查很有用。 一看觀察機器或部件及其外部結構。看按鍵開關、介面、指示燈有無松動,線路板接緒有無脫落,有無虛焊、變色、裂痕、爆裂等現象,保險絲有無燒斷、打火、冒煙、變形、未卡住等問題,採用眼睛,直接識別和判斷。 二聽輕輕翻動機器或部件,搖擺搖擺,聽聽有無零件散落或螺絲釘脫落情況,是否有碰擊聲。作連續翻轉有無不正常的「吱吱」聲或「啪啪」的打火聲(通電時)。如果有這些現象,故障可能出現在這些地方。 三聞用鼻子聞聞有無燒焦氣味,找到氣味來源,故障可能出一放出異味的地方。 四摸用手摸摸變壓器外殼(斷電後進行),不要觸及接線端子,因為有時因充電電容存在,電壓甚高,危及安全。感覺一下,是否超過正常溫度、發燙,無法觸摸。功率管有無過熱或冰涼現象。調整管有無過熱或冰涼不熱現象。如果有這些現象,問題可能出現在這些地方。 二、試探法 試探法是針對懷疑部分的電路採用比較、分割、替代、模擬等試探手段,尋找故障所在,然後排除。具體方法如下: 1、比較找一台與故障機完全相同型號的機器,在專業設備中利用同一台機器的左、右聲道部件,測量相對應部分的電壓、電阻、電流數量,再加以比較,找到故障所在。 2、分割將某部分電路與其他部分脫開,接上外加電源,注入信號,進行判斷。 3、替代用好的元件替代懷疑元件,或將左、右聲道部件對換,尤其對於集成電路塊可以這樣進行。如果部件對換之後,機器恢復正常,則說明該部件存在問題或損壞。 4、模擬溫度模擬,採用電吹風加熱,或用酒精降溫,進行溫度性能檢查,振動模擬是使用細的塑料絕緣棒輕擊某些部件,看看電路工作狀況,可以發現某些虛焊現象,檢查故障所在。這種方法一般由技術熟練者進行,否則,容易出現故障加重現象。 三、靜態參數測量法 靜態參數的測量必須持有廠家生產設備的維修手冊,註明各個元器件端點靜態工作電流、或電壓,利用萬用表測量電路各個部分的電流、電壓或電阻值,看是否與標稱值相符合。 1、電阻測量 用萬用表的歐姆檔×100或×1K檔,不要使用R×10K檔,因為這檔上電表內接22.5伏電池,對晶體管測量不合適,容易損壞晶體管。在斷電的情況下測量,若有充電電容存在,必須用絕緣的螺絲起錐充分放電後進行。測量線路中電阻必須焊開一端,否則測量不準確。 2、電壓測量 在作此測量過程中要考慮萬用表內阻對測量值的影響。靜態測量值與動態測量值(加入信號時)不相同,這一點應當注意。測量靜態時各晶體管管腳,電阻、電容端電壓是否與標稱值一致,晶體管腳相對電壓能判斷管子是否損壞。 3、電流測量 採用直接測量時,將電流表串入電路中,檢查電流大小。採用間接測量時,測量兩端電壓,用電阻值去除電壓值,便得到電流值大小。 除靜態參數測量外,還可使用動態檢查法,利用信號源和示波器,注入信號直接檢查,對電路進行判斷。這種方法直接、准確,並且不容易損壞元器件,還可對電路和機械結構進行調整和校對。
『叄』 步進電機控制綜合實驗
ZHENG EQU 30H
FAN EQU 31H
NO EQU 32H
AS EQU 33H
SS EQU 34H
ORG 00H
AJMP MAIN
ORG 03H
AJMP SUB_INT0
ORG 30H
MAIN: MOV 10H,#01H
MOV 11H,#03H
MOV 12H,#02H
MOV 13H,#06H
MOV 14H,#04H
MOV 15H,#0CH
MOV 16H,#08H
MOV 17H,#09H
MOV 20H,#50
MOV 21H,#25
MOV 22H,#10
MOV 23H,#05
CLR ZHENG
CLR FAN
CLR NO
CLR AS
CLR SS
MOV R1,#20H
MOV A,@R1
MOV R5,A
MOV IE,#10000001B
SETB IT0
MOV R0,#0FH
LOOP: JNB ZHENG,LP
CALL GO
LP: JNB FAN,LOOP
CALL BACK
AJMP LOOP
;~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(中斷)
SUB_INT0:
SCAN: MOV A,P0
CPL A
ANL A,#00011111B
JNZ SCAN1
AJMP SCAN
SCAN1: CALL DELAY1
MOV A,P0
CPL A
ANL A,#00011111B
JZ SCAN
CALL RDKEY
RETI
RDKEY: MOV A,P0
JNB ACC.0,STOP
JNB ACC.2,REV
JNB ACC.1,FOR
JNB ACC.3,ADDSPEED
JNB ACC.4,SUBSPEED
STOP: SETB NO
RET
FOR: SETB ZHENG
RET
REV: SETB FAN
RET
ADDSPEED:SETB AS
RET
SUBSPEED:SETB SS
RET
;~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(正轉)
GO: CLR ZHENG
CLR FAN
CLR NO
CLR AS
CLR SS
INC R0
MOV A,R0
CJNE A,#18H,GO2
MOV R0,#10H
GO2: MOV P2,@R0
MOV A,@R1
MOV R5,A
CALL DELAY
JB NO,RETURN
JB ZHENG,RETURN
JB FAN,RETURN
JNB SS,GO3
CALL JIAN
GO3: JNB AS,GO4
CALL JIA
GO4: AJMP GO
;~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(反轉)
BACK: CLR ZHENG
CLR FAN
CLR NO
CLR AS
CLR SS
DEC R0
MOV A,R0
CJNE A,#0EH,TT
MOV R0,#17H
SJMP BACK2
TT: CJNE A,#0FH,BACK2
MOV R0,#17H
BACK2: MOV P2,@R0
MOV A,@R1
MOV R5,A
CALL DELAY
JB NO,RETURN
JB ZHENG,RETURN
JB FAN,RETURN
JNB AS,BACK3
CALL JIA
BACK3: JNB SS,BACK4
CALL JIAN
BACK4: AJMP BACK
;~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(加速)
JIA: MOV A,R1
CJNE A,#23H,JIA1
RET
JIA1: INC R1
RET
;~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(減速)
JIAN: MOV A,R1
CJNE A,#20H,JIAN1
RET
JIAN1: DEC R1
RET
RETURN:RET
DELAY:
D1: MOV R6,#50
D2: MOV R7,#150
D3: DJNZ R7,$
DJNZ R6,D2
DJNZ R5,D1
RET
DELAY1: MOV R6,#60
D4: MOV R7,#100
DJNZ R7,$
DJNZ R6,D4
RET
END
『肆』 三相非同步電機其他控制電路心得體會
第一個是三相非同步電動機控制電路的連接。
這個看似簡單的實驗,其實沒想像中的簡單。為了做好這個實驗,我們要經過不斷的嘗試,試錯。不過我覺得收獲還是很豐厚的,通過這個實訓我們掌握了控制電路的接線及檢查方法;通過學習低電壓電器的有關知識,我們了解了控制電路基本環節的作用,並掌握了三相非同步電動機的幾種起動控制電路的工作原理。
在實驗中有許多要注意的地方,第一,連接線路前要檢查元件是否故障,空氣開關螺釘連接處是否松脫,能否實現短路、過載等保護;接觸器螺釘是否松脫,線圈是否松動,通電運行時是否會過熱;控制按鈕觸點接觸是否良好。第二,線路連接過程中避免粗心大意,開關控制按鈕有常開常閉兩對觸點,接線時將兩者弄混,可能會導致電路無法正常工作。第三,接線時部分銅導線不能有裸露在外的部分,否則連接機械強度低,或端排螺絲緊固程度不夠,導線易脫落,發生短路或觸電事故。第四,整體接線分布要有條理,否則不易查線和檢修。盡量使用長度適宜的導線,減少導線數量。
這個部分我最大的感觸就是要有心細、謹慎的工作作風,在接線的時候一定要保持注意力高度集中,哪裡接錯了一根線都不會出效果,同時還要有耐心,面對越來越多的接線,不要有怕麻煩的心理,思路不要亂,對照電路圖耐心細致地接好每一根線。接好線路後再仔細檢查一遍,確定無誤後再交付老師評分。我們不僅要會接電路,還要會知曉原理,為什麼要這么接,弄清了原理再去接線就會有理論指導,有理有據,而且也更不易出錯。
電機及拖動基礎對於我們專業的學生來說是一門非常重要的專業基礎課,我們學習的大部分專業課都與它有著緊密的聯系,所以可以說電機及拖動基礎這門課不僅僅對於我們學習專業課有著重要意義,對於我將來的工作也很重要。電機控制實習讓我提前了解了電機的控制方法,結合了理論和實際。
在電機控制接線過程中使我懂得了互助合作的重要性。接線工作不是一個人的事情,也是一個人需要較長時間才能完成的,通過與搭檔的合作可以取長補短使自己學到更多的知識,並且使工作變的事半功倍。團隊精神,互幫互助,這是保證自己成功的最重要的因素之一。
『伍』 plc電梯實訓小結
基於DSP&IPM的電梯用變頻調速電機優化控制
摘 要: 在分析考慮鐵損時電梯用非同步電機在同步旋轉坐標系統下數學模型的基礎上,通過研究不同運行條件下電機損耗與轉子磁通的關系,實現矢量控制變頻調速非同步電機的優化控制。為了進一步提高電機的調速性能,根據電機矢量控制的基本原理,利用數字信號處理器和智能功率模塊,給出了矢量控制硬體實現,並闡述了系統的軟體實現方法。實驗表明,電梯用非同步電機矢量控制變頻調速系統能平穩運行,具有較好的靜、動態特性,可以廣泛地應用於電梯用電機拖動的電氣傳動系統中。
關鍵詞: 電梯用非同步電機;矢量控制;鐵損;優化控制
Optimal Control of VVVF Speed Regulation Motor for Elevator
based on DSP&IPM
0 引言
隨著城市建築業的發展,對高層建築電梯的電機調速系統要求越來越高。由於受到數位分析方法和工具的限制,現在建立電梯用非同步電機電動機動態數學模型和模擬模型時通常忽略鐵損。而電梯用非同步電機電機中的鐵損是確實存在的,這就會使得輸出轉矩發生偏差,影響控制精度[1]。同時因矢量控制的實現需要實時地完成坐標變換、電流及轉速檢測、磁鏈估計、PWM信號產生及故障保護等多種功能,因此控制演算法涉及大量的實時計算。過去這種高性能的交流電梯用非同步電機電機控制系統的實現結構相當復雜[2]。近年來,由於微電子和計算機技術的進步,尤其是具有較強計算能力的數字信號處理器(DSP)和智能功率模塊(1PM)的出現,使得設計出結構簡單的矢量系統成為可能。本文詳細闡述了矢量控制系統的硬體組成和優化演算法的軟體設計方法。實驗結果表明,該矢量控制系統的實現具有優良的動、靜態調速性能,是目前實時性較強、性能較為優異的一種調速系統,變頻調速電梯具有節能、提升速度快、平層准確、舒適感好等優點提供了動力保障。
1 控制原理
1.1考慮鐵損時電梯用非同步電機電動機在同步旋轉坐標系dq軸的數學模型
根據交流電機理論,電梯用非同步電動機可通過坐標變換等效成同步旋轉坐標系dq軸下的兩相電機模型,相比常規採用的dq軸電機模型,定子上增加了兩個鐵損等效繞組,由此可以得到如圖1所示的考慮鐵損時同步旋轉坐標系下非同步電機在dq軸等效電路[3]。
圖1 考慮鐵損時同步旋轉坐標系下非同步電動機在dq軸等效電路
取dq軸的旋轉速度等於定子的同步角速度ω1,轉子的角轉速為ωr,dq軸相對於轉子的角速度為ωs=ω1-ωr,即轉差。則根據上述等效電路,推導出非同步電機在任意兩相同步旋轉坐標系下的數學模型:
式(a)~(e) 構成了考慮鐵損時非同步電機在任意同步旋轉坐標系下的動態數學模型。
1.2磁鏈優化模塊
因電機的總損耗等於輸入功率與輸出功率的差值,即
由上式可以知,假設電動機參數不變,在一定的轉子角頻率和一定的負載轉矩Te條件下,非同步電動機的可控損耗與轉子磁鏈的大小有關。忽略機械損耗和雜散損耗,非同步電動機在輸出功率一定的情況下,非同步電動機在損耗最小時其效率最高[4]。
損耗的凸函數,因此對上式求導令其等於零,即可得到損耗最小時的最優磁通;其中
2 基於DSP&IPM的系統硬體設計
電梯用非同步電機矢量控制系統硬體結構如圖2。整個系統主要由三大模塊組成:以智能功率模塊PS21867為核心的主電路功率變換模塊;以DSP為主要元件的運算控制模塊;以增量式光電編碼器、霍爾感測器等組成的信號檢測模塊。
圖2電梯用非同步電機矢控制系統硬體結構圖
2.1功率變換模塊
系統主電路採用交-直-交電壓源變頻變壓電路。選用的逆變功率器件是三菱公司的小型雙列直插封裝格式的IPM(PS21867)。其這種新型DIP-IPM利用了最新的第5代IGBT技術,使其靜態性能和動態性能較過去都有了很大提高。並且由於採用了最先進的亞微米電源晶元設計技術和優化的模塊設計技術及封裝工藝,使其不僅可以直接與控制MCU端子相連及採用單一電源自舉供電,還使其輸入邏輯由低電平有效轉變成了高電平有效。從而大大簡化了介面電路設計,提高了逆變系統的性價比。
2.2運算控制單元
控制系統由數字信號處理器TMS320F2407A實現對電梯用非同步電機的控制。TMS320F240是專為電機控制設計而推出的新一代微控制器,其具有高性能的C2xLP內核,最高運算能力達40MIPS,採用改進的哈佛結構,四級流水線操作;片內集成的事件管理器包括3個獨立的雙向定時器,每一個都有單獨的比較寄存器,支持產生可編程死區的PWM輸出;4個捕獲口中的兩個可直接連接來自光電編碼器的正交編碼脈沖;兩個獨立的10位16路A/ D轉換器可同時並行地完成兩個模擬輸入的轉換;片內集成的串列通訊介面(SCI)及串列外設介面(SPI)可用於與上位機、外設及多處理器之間的通訊。TMS320F240的這些卓越特性為高性能的電機控制提供了理想的解決方案[2]。
2.3信號檢測模塊
因為被控制的電機採用星形接法,所以只需對兩相電流進行檢測()[2]。考慮到轉換速度和精確度,系統採用霍爾感測器來測量電機的定子電流ia和ib ,將ia和ib 轉換成電壓信號,再送入電平偏移電路,把雙極性的電流信號轉換成0—3.3 V單極性電平送入TMS320LF2407A的A/D轉換口ADCIN2、ADCIN3進行采樣,把模擬量轉換成數字量,再進行數據處理。檢測電路採用兩級運算放大器LM358。速度采樣系統中採用精確度為1024p/r增量碼盤來檢測轉子位置,光電編碼器輸出的兩路正交脈沖信號經差動放大後直接接到DSP的QEP1,QEP2上。
3 系統的軟體實現
系統的主電路採用智能功率模塊以後顯得比較簡單,所有控制演算法可在TMS320LF2407A DSP中實時完成的。本系統LF2407A DSP控制部分的軟體採用匯編語言在DSP集成開發環境CCS下編寫,整個軟體主要包括初始化程序與下溢中斷服務子程序部分。其軟體結構如圖5、6所示。其中初始化程序完成DSP硬體及軟體變數的初始化及使能中斷的功能。中斷服務程序由電流及轉速檢測信號處理、轉速和磁鏈調節、磁鏈估計、坐標變換、PWM信號產生等多個功能模塊構成。各功能模塊依照一定的順序關系,在固定的時間周期內執行,由T1CNT的下溢中斷來啟動程序的運行。
圖3 初始化程序流程圖
圖4 下溢中斷服務子程序流程圖
3.1 PI調節器設計
PI調節是電機控制系統中最常用的一種控制器。調節器的目的是消除輸出與輸入的偏差,其數字實現離散化後演算法為:
式中KP為比例增益,KI為積分增益, T為采樣時間。其原理如圖5所示。
圖5 防積分飽和PI調節器
3.2 優化控制器設計
優化控制器的輸出為,由於涉及到除法、開方等運算,為了提高程序效率,採用了C和匯編混合編程,除法及開方子程序用匯編語言編寫。首先由得到最優磁通,然後根據穩態時得到最優勵磁電流。
3.3 轉子磁鏈位置計算
矢量控制系統的控制性能很大程度上決定於磁場定向的精度。系統中採用轉子磁鏈坐標系下的電流轉速模型來估計轉子磁鏈位置角,從而實現正確的磁場定向。磁鏈觀測模型方程為:式中為轉子時間常數,Fs為轉子磁鏈角頻率與額定角頻率之比,ωn為電額定角頻率,n為轉子實際轉速與額定轉速之比。
3.4 SVPWM模塊
TMS320LF2407A的每個事件管理器都有3個全比較單元輸出6路帶有可編程死區的PWM波形。當定子相電壓矢量的分量和所在的扇區數已知,就可通過電壓空間矢量SVPWM技術,產生PWM控制信號來控制逆變器。
4 實驗結果與分析
該實驗樣機為一台2.2KW的矢量控制變頻驅動電梯用非同步電動機調速系統,並在其上採用效率優化控制策略進行了穩態運行實驗研究。
該實驗中,電機空載運行,初始轉速設定為1600 r/min,穩定運行後1.4s設定為1400 r/min。圖6和圖7分別為輸出線電流和輸出線電壓的實驗波形。
圖6 輸出線電流
圖7 輸出線電壓
從圖6和圖7實驗結果可以看出,輸出電流為良好的正弦波形,輸出電壓為經過脈寬調制的正弦波,基波占絕對主要成分,諧波成分較少。證明了本文中提出的控制方法的有效性和可行性。
5 結論
在分析考慮鐵損時非同步電機數學模型與磁鏈優化演算法的基礎上,以DSP和IPM為核心組成的矢量控制變頻調速系統,可以有效地解決實際矢量控制實現時運算量太大而引起的實時性問題。控制系統的硬體結構簡單、穩定可靠,且具有動態響應快,控制精確度高的優點,是一種理想的矢量控制實現方案,可廣泛應用於以電梯電機為驅動裝置的電氣傳動中,從而獲得高精確度的調速控制性能,為電梯節能、提升速度快、平層准確、舒適感好等提供了動力保障。
參考文獻
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[3]黎英,時維國.變頻調速電機的運行效率及節能控制研究[J].電氣傳動自動化,1999,21(1) :21-25.
[4]崔納新.變頻驅動非同步電動機最小損耗快速響應控制研究[D].[博士論文].山東:山東大學控制科學與工程學院,2005.
『陸』 總結用控制變數法的實驗(初中內容)
隨著素質教育的不斷深化,對學生自主性學習及創新意識的培養,已越顯重要。近幾年來的中考試題中關於力學的相關實驗,已跳出課堂安排的學生實驗,要求學生能熟練掌握基本測量儀器的使用,較深刻地理解實驗原理,尤其是在自我設計完成實驗的過程中,要求科學合理及可操作性。這對學生而言,綜合所學知識,完成測量等任務,最終達到實驗目的,同時對實驗的構想、操作也要能清晰地用文字反映出來。力學實驗中,涉及的范圍廣,使用的基本儀器多,熟悉各物理之間的關系及各測量器材的使用是完成自主性實驗的關鍵,而加強思維、設計正確的實驗方法是完成自主性實驗的保證。下面談談幾種設計自主性學生實驗的方法:
一、以多測少,以少測多
所有測量儀器,都有一個測量范圍和最小刻度值,當被測量對象大於儀器的測量范圍時,已不可能進行一次性測量,而分次測量必定要使誤差增大。當被測量的對象小於儀器的最小刻度值時,測量不出一個有效的數據而無法得出較准確的實驗結果。遇到這種情況,就要採取「縮小」即以少測多,或「放大」即以多測少的方法。具體實驗時,要注意:
1.所測對象必須是「同類物質」。例如:要測量一顆麥粒的質量,顯然小於天平的最小刻度值而無法直接測量,這時就要測量幾十粒或幾百粒相同的麥粒質量,再如:用一把米尺測量兩地距離,顯然米尺不夠長,就可採用先測量正常行走的每一步長,再統計步數,實驗時就要求步伐大小相等,即保持正常步行。
2.「放大」或「縮小」後的測量對象,應滿足測量器材的要求。即小於儀器測量范圍而大於測量儀器的最小刻度值,也就是說要有一定的數量可改變。例如:測一枚硬幣的厚度時,就可用10枚相同硬幣地疊放,但要測量一張紙的厚度時,測量10相同張紙疊放的厚度就不行,根據每張紙的厚度,就應取幾十張紙疊放測量才有效。要指出的是,在採用「以多測少」時,實際上是提高了測量儀器的測量精度。如:一把刻度尺最小刻度值是1mm,若採用「放大」10倍測量時,實際上是使測量精度提高到能測量0.1mm的物體長度,因此在記錄最終實驗結果時,要注意有效數。
二、「比較法」進行測量
當測量器材不足以直接測量時,可採用類比的方法,即用「比較法」去測量。採用此方法的關鍵在於要找好「參照物」,歷史上有名的「曹沖稱象」就是最典型的「比較法」測量。通常初中物理力學測量密度等實驗中,最常用的參照物對象就是水的體積、水的密度等。例如:只提供量筒和適量的水怎樣測出橡皮泥、小酒杯的密度?對於這兩個問題相當一部分同學只知道如何測量小酒杯的密度,而不會測量橡皮泥的密度。其實稍加比較就可以看出兩題形異質同:(1)測量的工具均為量筒;(2)所使用的液體都是水;(3)待測物體的物質密度均比水大。如果把橡皮泥做成杯狀或管狀或碗狀,那麼問題就迎刃而解了。
三、等量替代原理
當測量器材無法直接測量時,就要設法用可以直接測量的物理量來取代不能直接測量的物理量。採用此方法時,唯一要注意的是直接測量的與不能直接測量的物理量之間要有內在的聯系,找到這種內在的聯系,也就完成了實驗的設計。內在的聯系一般可從數學和物理兩方面去找。例如:根據D=2πR,可測量出圓周長從而得出圓半徑,這就是利用數學關系得出周長與半徑的關系,又如:利用G=mg的關系,用彈簧秤就可以間接測量物體的質量,這就是利用物理關系得出重力與質量的關系,通過彈簧秤測量出重力而間接得出物體的質量。
可以說「等量替代」的思想是物理實驗成功的最根本、最重要的思路。物理學中的相關定律、定理、公式、原理都是以替代思維成立的基礎為出發點的。例如:測量固體的體積,在有量筒或量杯時,可採用「排液補差」法直接測量。但沒有量筒或量杯時,對於規則物體可用刻度尺去測量它的幾何尺寸,再進行體積計算,對於不規則的物體,可用彈簧秤和水,通過測量浮力大小,結合阿基米德原理F浮=ρ液gV排(全部浸沒),得出V排=F浮/ρ液g等方法。因此熟悉各個物理量原理是用好「等量替代」法進行自主性實驗設計的關鍵。
在具體設計實驗的過程中,實驗步驟必須具有可操作性和科學性,並能力求減少實驗的誤差,步驟設計也應力求簡單而合理。例如:在使用「排液法」測量物體的體積時,要寫明「量筒內倒入適量的水」,其中「適量」的含義就是既能將待測物體浸沒而又不超過量筒的量程。再如:有些學生喜歡用「將量筒置於天平上測量質量」和「燒杯裝滿水,用天平測量」等等此類的語言來反映實驗過程,這些都不科學,也不便於實際操作,因此不能出現在實驗步驟中。上述的不科學性在於把量筒的功能誤認為與容器的功能相同。
正確的步驟應是有利於實驗的測量,有利於減少實驗的誤差。例如:測量液體的密度時使用天平和量筒、盛液體的燒杯,其步驟應先測量杯子質量還是先測量杯子和液體的質量?盡管所使用的原理都是「補差法」,但對照量筒中液體的體積,就應該先測量燒杯和液體的質量,再測量倒出適量液體後的質量,這樣兩者之差就是從燒杯中倒出的液體質量,而此時量筒內液體的體積也就是杯子倒出的液體的體積,有利於減少實驗的誤差。
四、控制變數法
在初中物理教學中還有許多概念或規律之探索和推導的實驗過程中,都運用了「控制變數法」這一科學方法,用「控制變數」去分析和解決的實際問題是很多的,這就為這一科學方法的教學和應用提供了很好的機會。如在引導學生探索「導電體中電流大小同其兩端電壓大小和其電阻大小之間的定性關系,最終得出歐姆定律」和探索「力的作用效果同力的哪些因素有關,最終得出力的三要素」等實驗過程中都用到了這一科學方法,使學生對「控制變數法」不斷加深理解,並逐步達到有意識地去應用的目的。
例如,有這樣一道題:質量相同的水和煤油,吸收相同的熱量,誰的溫度升高較大?對於這一道習題,初看起來似乎有一定的難度,因為這樣簡短的一句話中包含了四個相互關聯的物理量,也就是說,要比較誰的溫度升高較大,就要同時分析其它三個物理量(質量、熱量、比熱容)對它的綜合影響,如果沒有一種科學的分析方法,要解決這樣一個實際問題,不僅費時費力,且准確率不高,但如能對學生加以恰當的引導,讓他們考慮是否可用物理實驗中常用的科學方法來解決這道實際問題,經過思考及同學間的相互討論,許多同學便會想到用「控制變數法」結合公式Q=cmΔt來解決這個問題,思路是這樣的:因為這個問題要解決的是Δt(升高的溫度)的大小,所以先將此公式變成Δt=Q/cm的形式,再分析題目發現,m(質量)、Q(熱量)相同,即這個問題中Δt僅取決於c(比熱容),且從Δt=Q/cm這一關系式中可以看出,Δt與c成反比,而水的比熱容大於煤油的比熱容,因此很容易得出這個問題的答案是:「煤油升高的溫度比水大」。在初中物理(如在力學、電學、熱學)中,可用「控制變數」這一科學方法去分析解決的實際問題還很多,這就為學生靈活應用這一科學方法解決問題提供了保證
『柒』 初中化學實驗總結和實驗的操作步驟 要全初中的
(一)實驗知識點提要
1、常用化學儀器的名稱、用途及使用時的注意事項
針對考核的基本要求,可根據儀器的用途及功能進行分類,在分類中進行比較,在比較中加深印象.
能加熱的儀器:試管、蒸發皿、燒杯(間接加熱).
用於計量的儀器:托盤天平、量簡.
用於夾持的儀器:鐵架台、試管夾.
用於加熱的儀器:酒精燈.
用於滴加少量液體的儀器:膠頭滴像
用於收集和貯存少量氣體的儀器:集氣瓶,
用於分離少量物質的儀器:漏斗.
用於攪拌和引流的儀器:玻璃棒.
2.八項重要的基本操作
八項重要的基本操作是:葯品的取用、物質的加熱、儀器裝置的連接、裝置氣密性的檢查、過濾、蒸發、玻璃儀器的洗滌、溶液的配製等.復習時,應重點掌握每項操作的方法、涉及到的儀器及操作的注意事項,特別要注意對操作失敗原因的分析.
3.實驗室規則和安全常識
安全意識是公民科學素質的重要組成部分.實驗室所用的葯品,很多是易燃、易爆、有腐蝕性或有毒的,因此在使用時一定要嚴格遵照有關規定和操作規則,保證安全.為此,要注意以下三類.
嚴格遵守實驗室「三不準」原則;
注意葯品的用量;
對可燃氣體(H2、CO、CH4)的性質實驗,一定要注意可燃氣體的純度,以防發生爆炸;有毒氣體(CO)的實驗應在通風櫥中進行,尾氣應用適當的方法處理,以防污染空氣.
4.氣體的制備
實驗室製取氣體及其性質實驗,是屬於基本操作的簡單綜合實驗.復習時,可從所需葯品、反應原理、選用的儀器裝上、收集方法、驗滿或驗純以及注意事項等方面進行歸納總結.通過對比制氣裝置和收集裝置,突出氣體的個性及幾種氣體的共性,提高記憶效果.
有關氣體制備.
(1)氣體的發生裝置
根據所用反應物的狀態和反應條件,可分為兩類:
(2)氣體的收集裝置
根據氣體的溶解性及密度,選擇用排水法(氣體難溶於水)或向上排空氣法(氣體密度比空氣大)、向下排空氣法(氣體密度比空氣小)進行收集.
(說明:排空氣集氣法中的「向上」或「向下」不是指瓶口的取向,而是指空氣從瓶中被排出的流向)
(3)集氣瓶的多種用途
①集氣瓶:收集密度比空氣大的氣體,氣體流向是。長進短出。
比空氣輕的氣體氣體流向為「短進長出」.若瓶中盛滿水,則由短管進氣排出水,收集難溶於水的氣體.
②量氣瓶:定量收集量取氣體體積的實驗裝置,氣體「短進長出」.
③儲氣瓶:先排水集氣後,使用氣體時,用高位水(或接水龍頭)將瓶內氣體壓出,水從長管進,氣體從短管出.
④洗氣瓶:瓶內放適量液體試劑(約l/3)用於氣體的乾燥(除去水蒸氣)、凈化(吸收雜質)或性質實驗(檢驗某氣體存在或驗證某氣體性質),則應「長進短出」.
(4)裝置氣密性的檢查
不論是何種氣體的制備,都要先檢查裝置的氣密性.
(5)防倒吸
用排水集氣法將氣體集滿後,應先從水槽中取出導管,再熄滅酒精燈.
(6)棉花團的作用
用 KMnO4分解製取O2時,應將棉花團置於大試管口處,以防止 KMnO4粉末從導管口噴出。
5、物質的檢驗
物質的檢驗涉及對物質的鑒定、鑒別和推斷等多個方面.其主要內容包括:幾種氣體(O2、H2、CO2、CO、CH4)的檢驗;碳酸鹽(或CO32-)的檢驗,鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鈣的鑒別等.復習時一定要熟悉有關物質的性質,尤其對一些有色特徵溶液、特徵沉澱及有關反應產生的特徵現象要有清楚的認識,這是解答這類問題的基礎和關鍵.
6.物質的分離和提純
物質的分離和提純方法,可分為物理方法和化學方法兩大類.物理方法主要包括:過濾、蒸發、結晶等.化學方法主要有:直接加熱法(如除去KCl中混有的少量K2CO3),鹼化法(如用NaOH溶液除去CO中混有的少量CO2),酸化法(如用稀鹽酸除去NaCl中混有的少量Na2CO3),置換法(如用鐵粉除去FeSO4中混有的少量CuSO4),沉澱法(如用BaCl2除去鹽酸中混有的少量硫酸)等.
對於物質的提純和分離,不論用何種方法都應遵循以下原則:除去雜質的過程中不能引人新的雜質;
所選試劑一般只能跟雜質起反應;反應後的生成物必須容易分離(最好是轉化為沉澱或氣體).
(二)典型的題解析
〔例1〕(1)實驗室要製取並收集得到較純凈的氧氣和氫氣,有兩項操作是完全相同的兩項操作是 和
(2)甲、乙兩同學在實驗室分別製取氨氣和硫化氫氣體.甲同學用加熱氯化控和熟石灰的固體混合物製取氨氣,乙同學用固體硫化亞鐵和稀硫酸反應製取硫化氫氣體.又知:氨氣極易溶於水,密度比空氣小;硫化氫氣體可溶於水,密度比空氣大.請回答:
①甲、乙兩同學選取的氣體發生裝置 (填「相同」或「不同」),理由是
②氨氣用 法收集,硫化氫用 法收集.
【解析】(1)製取任何氣體時,首先要檢查裝置的氣密性.要收集得較純凈的氣體,根據O2和H2在溶解性上的相似性,都能用排水集氣法收集.
(2)氣體發生裝置的選取,需根據反應物的狀態和反應條件來考慮,製取氨氣的反應物都是固體,且需加熱;而製取硫化氫氣體所用的硫化亞鐵是固體,稀硫酸是液體,且反應在常溫下即可進行.所以,甲、乙兩同學選取的氣體發生裝置不同.由於氨氣易溶於水,硫化氫可溶於水,故兩種氣體都不能用排水集氣法收集,只能用排空氣集氣法收集.
答案:(1)檢查裝置氣密性和排水集氣法收集氣體.(2);①不同.理由是,所用反應物的狀態及反應條件不同;②向下排空氣。向上排空氣.
[例2]有一瓶氣體,它由H2、CO2、CO、CH4中的一種或幾種組成.用它進行以下實驗:
將氣體通過足量澄清石灰水,未見出現沉澱.在導管口將氣體點燃,氣體安靜燃燒;用一個冷而乾燥的燒杯罩在火焰上,燒杯壁上出現水珠;把燒杯迅速翻轉,注人少量澄清石灰水,石灰水變渾濁.用化學式填空回答:
(1)氣體中一定沒有
(2)氣體的組成可能是
[例3]要除去下列物質中混有的少量雜質(括弧內物質為雜質),選擇適當的試劑和方法填人橫線內.
(1)KOH(K2CO3)_;
(2)BaCl2(CuCl2)_;
(3)CuO(KNO3)_;
(4)MnO2(C粉)
【解析】混合物的分離必須遵循:除雜中不能引人新的雜質,所造試劑一般只和雜質起反應,且反應後最好轉化為易分離的沉澱或氣體.試劑的選擇:以雜質為出發點,結合雜質物質與主要成分物質在組成、性質上的差異即可篩選出所用試劑.要順利完成混合物的分離,往往是物理、化學方法等多種方法並用.
[例4] 現有稀硫酸、稀鹽酸、氫氧化鋇、碳酸鈉四瓶失去標簽的溶液.分別編號為A、B、C、D.為了鑒別它們.分別取樣兩兩混合.實驗結果如圖所示.「一」 表示無明顯現象;「↓」 表示有沉澱生成,「↑」表示有氣體生成,推斷:
(1)B、D溶液中的溶質(寫化學式)B .D
(2)寫出下列物質反應的化學方程式:
A十B ,
C十D
[解析]這是一道物質性質型的實驗推斷題.熟悉並記某些有色特徵溶液,特徵沉澱及有關反應產生的特徵現象是解答此類問題的基礎和關鍵.只要以這些特徵現象或特徵物質為突破口,各個擊破,就能迅速、准確地解決此類問題.本題以圖表給出信息,為便於分析可結合圖表內容寫出以下6個簡要反應式:①A+B——↑,②A+C——↓,③A+D——無現象(無現象不等於不反應),④B+C——↓,⑤B+D——↑。③C+D——無現象.分析6個反應並結合四種溶液的組成可知:①、⑤兩個反應必是鹽酸與NaCO3溶液、稀硫酸與NaCO3溶液反應產生CO2方氣體,共同的反應物是B所以B應是NaCO3溶液.從④可推出能與NaCO3溶液反應生成沉澱的只能是Ba(OH)2溶液,C是Ba(OH)2溶液.再從②推出A應是稀硫酸,餘下的③、③能證明D是稀鹽酸.
[例5]實驗室用鐵、氧化鋼、硫酸為原料製取銅,某同學設計了兩個實驗方案:
A:Fe H2SO4—→ H2CuO—→Cu
B:CuO H2SO4—→ CuSO4 Fe—→ Cu
兩個實驗方案中,最好的是,理由是 .
[解析]這是一道實驗方案的評價性試題.方案的評價主要從三方面考慮:①方案的可行性:主要指理論上是否科學合理,操作是否簡便易行.經濟角度:主要看是否節約試劑.環保角度:主要看是否有利於環保.此題中的A、B兩種方案從原理上看都是可行的.但A方案中用Fe和H2SO4反制H2消耗的Fe、H2SO4等原料較多,其次H2還原CuO 需加熱,裝置和操作較復雜,而B方案中的反應都是在常溫下即可進行的,操作要容易得多
【例7】設計一個簡單的家庭小實驗,證明雞蛋殼的主要成分是碳酸鹽.
[解析]這是一道解決實際問題的簡單實驗設計題,源於教材第五章的一個家庭小實驗.設計實驗首先要弄清化學原理,然後根據條件選擇葯品和實驗裝置,擬定操作步驟,最後動手進行實驗.證明雞蛋殼含碳酸鹽比較容易,只要用雞蛋殼與酸作用,有二氧化碳放出(用澄清石灰水檢驗)便能證明.但要證明雞蛋殼的主要成分是碳酸鹽,便有一個量的問題.因此,在實驗中蛋殼取量不能多,加人的酸則必須足量,直至反應不再有氣體產生,反應完全後,若殘留的固體量很少,才能充分證明.其次要考慮家裡不易找到規范實驗儀器,要選擇代用品,用玻璃杯代替試管作反應器,用蘸有澄清石灰水的玻璃片作檢驗二氧化碳的裝五,並注意操作程序,確保安全.
答案:(1)取少量潔凈的碎雞蛋殼放人小玻璃杯中,然後加人一些鹽酸,立即用蘸有澄清石灰水的玻璃片蓋住,可以看到雞蛋殼上有大量氣泡生成,玻璃片上的澄清石灰水變渾濁,可見生成的氣體是二氧化碳,證明雞蛋殼中合碳酸鹽.(2)取下玻璃片,繼續加人鹽酸,直至不再有氣體產生,此時看到玻璃杯中殘留固體很少,可以證明雞蛋殼的主要成分是碳酸鹽.
[例7]訪完成鑒別稀硫酸、稀鹽酸、氯化鈉三種溶液的實驗報告.
供選試劑有:紫色石蕊試液、無色酚酞試液、硝酸銀溶液、氯化鋇溶液、碳酸鈉溶液
實驗內容與步驟
觀察到的現象
結論、化學方程式
(1)用三支試管分別取適量的三種溶液,各
滴入幾滴紫色石蕊試液,振盪,觀察現象
(2)
【解析】這是一道考查學生對物質鑒別和實驗報告的書寫能力的綜合試題.實驗報告的填寫,敘述要簡練,所用試劑要明確,操作步驟盡可能簡捷,結論應與實驗現象相對應.本題待鑒別物質中:硫酸和鹽酸的鑒別要以硫酸的鑒別為出發點選擇試劑.(如先考慮用AgNO3鑒別鹽酸將會出現干擾現象,從而影響硫酸的鑒別).
實驗內容與步驟
觀察到的現象
結論、化學方程式
1.(略)
一支試管中溶液呈紫色另兩支試管中溶液呈紅色
溶液呈紫色的試管中原溶液是NaCl溶液
2.另取二交試管分別取餘下兩
種溶液適量,各滴入少量BaCl2
溶液,振盪
一支試管中出現白色沉澱,另一支試管中無明顯現象
有白色沉澱生成的原溶液是稀硫酸
H2SO4+BaCl2==BaSO4↓+2HCl
無明顯現象的原溶液是稀鹽酸
[例10]某校化學課外興趣小組的同學,用廢墨水瓶、單孔膠塞、T型玻璃管、醫用一次性輸液管(帶針頭及控液問)、小氣球等用品製作了一個「多功能」氣體發生器.如圖所示.該裝置不但能進行某些氣體的製取,而且還能進行氣體的某些性質實驗.根據以上所述,請思考並回答:如何用該裝置完成N重要性質的實驗阿燃性、還原性、密度),寫出操作步驟及現象.
[解析]這是一道以實驗原理為依託,代用品實驗裝置為載體考查學生思維能力、實驗動手能力、靈活應用知識能力的實驗題.解答這類問題的關鍵是掌握實驗原理(反應原理、裝置原理、操作原理),並結合現有實驗環境及條件去考慮,即可順利解答.
答案:(1)檢查裝置氣密性後,往T型玻璃管右端放人少量CuO粉末 (CuO粉末兩端可放少許耐熱的玻璃絲或石棉,以防CtlO被氫氣流吹走),墨水瓶中放人適量的鋅粒和稀硫酸並用膠塞塞緊.
(2)打開控氣閥通氫氣一段時間後,在針頭處點燃氫氣 並可看到產生淡藍色火焰(金屬針頭無干擾成分又能防止回 火,避免H2不純而引起爆炸).
(3)將針頭火焰移至玻璃管下方CuO粉處加熱,一段時後玻璃管內黑色的 CuO粉末逐漸變為光亮的紅色(實驗操作裝置圖如圖30).
(4)關閉控制閥,氣體進人小氣球並逐漸膨脹變大,取 下氣球用線系住放飛,即可順利完成H2可燃性、還原性、密度等性質的驗證.
(4學實驗)
1.選擇題(每小題只有一個答案符合題意)
(1)下列儀器中,可與燒瓶、試管、蒸發皿歸為一類的是()
A、漏斗 B、量筒 C、集氣瓶 D、燒杯 2、有四瓶無色氣體,分別是空氣、氫氣、氧氣和二氧化碳,一次就能鑒別出它們的物質是
A、帶有火星的木條 B、澄清的石灰水
C、燃燒著的木條 D、紫色石蕊試液
3、描述鋅和鹽酸反應的現象較貼切的是()
A、有大量氫氣生成 B、溶液劇烈沸騰
C、鋅表面放出大量氣泡,鋅逐漸溶解
D、有大量氣泡從溶液里逸出後變成氫氣
4、氫氣還原氧化鋼的實驗步驟有:①向氫氣發生裝置裝人葯品;②往盛有CuO的試管中通 入H2;③停止通H2;④停止加熱;⑤加熱試管;⑥檢查裝置的氣密性;⑦檢驗N的純度.下列表示操作順序正確的一組是()
(A)⑥①⑦②⑤④③ (B)①⑥⑦②③④⑤
(C)⑥①⑤⑦②③④ (D)①⑥⑦⑤②③④
5、用托盤天平稱量葯品,右盤上的硅碼為5克,游碼在0.4克的位置上,指針指向最右端,所稱葯品質量是()
A、5.4克 B、不足5.4克 C、超過5.4克 D、4.6克
6、玻璃儀器內壁附著的下列物質,不能用稀鹽酸浸泡除去的是()
A、盛石灰水後留下的白膜 B、試管內壁上附著的鐵銹
C、用氫氣還原氧化鋼後留下的紅色固體
D、氯化鐵與氫氧化鈉溶液反應後留下的紅褐色固體
7、某學生的實驗報告冊中有以下實驗數據,其中正確的是()
A、用 10mL量筒量取 6.25mL稀硫酸
B、用廣泛pH試紙測得溶液的pH為3.5
C、用托盤天平稱取7.9g氧化銅粉
D、溫度計上顯示的室溫讀數為25.68℃
8、在實驗室做化學實驗,發生下列事故時,處理方法正確的是()
A、衣服沾上大量濃氫氧化鈉溶液,需將此衣服浸沒在盛有水的面盆中
B、皮膚上濺上濃硫酸,用水沖洗
C、不慎將酸液濺到眼中,應立即閉住眼睛,流出眼淚將酸液帶出
D、實驗桌上酒精燈傾翻,酒精流在桌面上並著火,立即用濕抹布撲滅
9、食醋是醋酸的稀溶液.某同學准備在家中進行驗證食醋具有酸的某一條通性的實驗,他選擇了下列物質,其中不能達到目的的是()
A、木炭 B、大理石 C、鐵釘 D、鐵銹
二、填空題
(1)實驗室里所用的葯品很多是有腐蝕性或有毒的.在使用葯品時為了保證安全,必須注意做到「三不準」,不準 , 不準 ,不準 .
(2)液體葯品通常存放在、瓶里,取用時先把瓶塞拿下、在桌面上;傾到葯液時,瓶子的標簽應,其原因是 .
(3)某同學用托盤天平稱取乾燥的固體葯品2.3g,稱量完後才發現,葯品和破碼的位置放顛倒了,此時,所稱葯品的實際質量是
(6)實驗室欲配製 50g質量分數為 5%的 NaCl溶液,請回答下列問題
①該實驗的操作步驟為
②甲同學在用托盤天平稱量食鹽時,食鹽和祛碼的位置放顛倒,這將導致所配製溶液的質量分數.(填「偏大」、「偏小」、「不變」,下同);乙同學用量筒量取水的體積時仰視讀數,這將導致所配製溶液的質量分數
三.筒答題
(1)如果用滴管取1/3mL的液體於試管中,應如何操作?
(2)「氧氣的製取和性質」實驗課里,某學生取一根紗窗細鐵絲在自己收集到的氧氣中做鐵絲在氧氣里燃燒的實驗,結果沒有觀察到「火星四射」等實驗現象.此實驗失敗的原因之一可能是 .