《大学物理实验讲义2011年12_20111226115118244》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理实验讲义2011年12_20111226115118244（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大学物理实验讲义1电磁学实验基础知识电磁学实验基础知识 通过实验着重学习电流、电压、电阻等基本量的测量方法；掌握基本测量仪器如万用 表、电流表、电压表、检流计、电桥等的性能和使用方法；要求能正确处理数据给出结果。 电磁学实验离不开电源和测量仪表，因此下面首先对电磁学实验常用仪器及注意事项作一 简要介绍： 一、一、电源电源 1、交流电源 实验室使用较大功率的仪器设备都要由 电网提供。我国电网的统一供电规格 220 伏 50 赫兹正弦交流电。如果需要使用其它规格 的电，则需再经专门设备变换。在使用电源 为 220 伏交流电的设备时，如发现仪器不能 工作，或指示灯不亮应先查看引入线、开关、 熔断器等
2、是否良好；如发现仪器外壳带电， 可能是绝缘损坏，这些应请实验室负责老师 处理。 2、直流电源 目前多数实验室采用晶体管直流稳压电源，有许多种规格型号，可以适用不同的用途。 结构上都是由变压器、整流器、晶体管或集成电路、电阻、电容等电子元件组装而成。其 作用是把 220 伏交流电降压，整流，再经稳压，获得稳定的直流输出电压。稳压电源都有 一定的最大允许输出电流和电压，超出负荷时不但不能起到稳压的作用，而且极易损坏仪 器，使用时要注意。二、电阻器二、电阻器 为了改变电路的电流或作为特定电路的组成部分，常接入各种不同阻值的电阻器（简 称电阻） 。电阻有固定和可变两类。使用时除应注意其阻值的大小外，还
3、要注意其额定功率及允许通过的相应电流（） 。下面着重介绍两种可变电阻器。RPI 1、 滑线变阻器 滑线变阻器构造如图电-1 所示。将外 涂绝缘层的电阻丝(如镍铬丝等)绕在瓷筒 上，并将两端固定于接线柱 A 和 B，因此 A、B 之间的电阻即为电阻器的总电阻。 瓷筒上方的滑动接头 C 可在粗铜棒上沿瓷 筒轴向平移。滑动接头下端在平移时始终 和电阻丝表面刮掉绝缘层的部分相接触。 铜棒的一端（或两端）装有接线柱 C/，用 来接续 C，以便连线。改变滑动变阻器接 头的位置就可以改变 A、C 间的电阻 RAC 和 B、C 间的电阻 RBC。滑线变阻器在电路中有两种接法：（1）用作限流器 如图电-2 所示
4、。为了控制负载 Rf的电流，将滑线变阻器的 AC 部分串联到电路中，BC 部分不用。当滑动接头 C 向 A 端 移动时，RAC减小；当 C 向 B 端移动时 RAC增大，从而改变了电路中的总电阻，使负载中 的电流得到控制。 （2）用作分压器 如图电-3 所示，为了调节负载 Rf两端的电压，将滑图电-1大学物理实验讲义2线变阻器 A 端接电源正极，B 端接负极，负载从 B-C 间取得电压 UBC。当滑动接头 C 移 向 A 时，UBC增大；当 C 向 B 时，UBC减小。因此，调节滑动接头 C 的位置就能起到控 制负载两端电压的目的。 需要指出，虽然滑线变阻 器作限流器使用和作分压器使 用都有调
5、节负载电路中电流和 电压的作用。但是对于具体的 负载和变阻器，两者的效果却 大不相同。一般来说，当负载 电阻比变阻器总电阻大时，用 作分压器效果显著；而负载电 阻小于变阻器总电阻时，用作 限流器效果显著。 2、 旋转式电阻箱 电阻箱是由若干个准确阻值的固定电阻元件按照一定的组合方式接在特殊的变换开关 上构成的。图电-4 表示一种电学实验室常用的 ZX型旋转式电阻箱的面板图。在箱面 上有个接线柱，用于连导线。当所需电阻 R0.9 时，用 A、B 接线柱；当所需电阻 1R9.9 时，用 A、C 接线柱；当所需电阻 10R99999.9 时，用 A、D 接线 柱。个旋纽，每个旋钮的边缘上都标有 0、
6、1、2、9 等数字。每个旋钮边缘的面 板上有0.1、10000 等数字称为倍率。当某个旋钮上的数字1000100101、 旋到对准所示的倍率时，用倍率乘上旋钮的数字，即为其所对应的电阻值。如图电-4 的电 阻箱，面板上每个旋纽所对应的电阻分 别为 6100、610、21、60.1， 总电阻即为： 6 1006 102 1 6 0.1R 662.6 （1）该电阻箱精确度等级为 0.1 级。 意思是说：该产品质量保证在实际使用 时阻值的相对误差不大于面板示值的 0.1%。 例如，相应于图电-4 所示 662.6的误 差应估计为。7 . 0001. 06 .662（2）该电阻箱的额定功率为，由得各档
7、允许wP25. 0RPI 通过的电流如下表：旋钮倍率0.1110100100010000 允许负载 电流 （A）1.580.50.1580.050.01580.005三、电表三、电表 电磁测量仪表种类繁多。在物理实验中常用的大部分是磁电系仪表。这类仪表是靠通 电线圈在磁场中受到的作用力矩来反映通过电流的大小。具有灵敏度高，刻度均匀，便于 读数等优点。缺点是抗过载能力差，因此使用中应特别小心。磁电系仪表只适用于测量直 流电，要测交流电须经过整流元件整流。 磁电系仪表的基本部分（表头）的构造如图电5 所示。永久磁铁的两个极上有一 图电2 图电图电4大学物理实验讲义3对半圆形的极掌，极掌之间有圆柱形
8、软铁芯，它与极掌之间的气隙中形成均匀分布的辐射 状磁场。在气隙中有一个活动线圈（称 为动圈） ，线圈的转轴上固定一 根指针。 当有电流通过时，线圈受电磁力矩的作 用而偏转，直到电磁力矩与游丝的反扭 力矩平衡。这时线圈与指针偏转角的大 小与所通过的电流强度成正比。电流方 向不同，指针偏转方向也不同。当电流 为零时，线圈不偏转，指针应指在零标 度处，若不在零处，可调节零点调整螺 丝，使指针指零。 磁电系表头组合成的测量仪表主要 有： 1指针式检流计 它实际上就是一 个磁电系表头，其特征之一是零点在刻度盘中央。 检流计的主要规格是： （1）电流常数 即指针偏转一小格代表的电流值。一般指针式检流计的电
9、流计常数 为 10-510-6安培/分度。 （2）内阻 指针式检流计内阻约 为 100 欧姆。 检流计主要用于检测小电流和小 电势差。使用时，常串联一个开关和一 个可变电阻，如图电6。检流计常处 于断开状态，仅当闭合开关时，检流计才被接入电路，因此用来检验电路中有无电流，十 分方便。可变电阻称为保护电阻，可避免过大的电流损坏表头。 2电压表（也称伏特计）用途:测量电路两点间电压的大小。它的主要规格是： （1）量程 即指针偏转满度时的电压值。一般电压表可以有两个或两个以上的量 程。 （2）内阻 即电表两端的电阻，同一电压表量程不同，内阻也不同；但内阻与量 程之比为一定值。称为每伏欧姆数=内阻/量
10、程。一般电压表面板上都标出每伏欧姆数 （/V） 。由此可算出对应档的内阻。 内阻=量程每伏欧姆数 3电流表（又称安培计）用途:测量电路中通过电流的大小。它的主要规格是： （1） 量程 即指针偏转满度时的电流值。一般电流表也有多个量程。 （2）内阻 一般安培表内阻都在 0.1 欧姆以下。毫安表、微安表的内阻可达几百 到几千欧。四、使用电表时应注意四、使用电表时应注意1.电表的连接 电流表必须串联在电路中；电压表应当与被测电压两端并联。2.电流的方向 直流电表的偏转方向与所通过的电流方向有关，所以接线必须注意电 表上接线柱的“+” 、 “”标记， “+”表示电流流入端， “”表示电流流出端。切不可
11、把 极性接错，以免撞坏指针。3.减小视差 读数时应正确判断指针位置。为了减小视差必须使视线垂直于刻度表面 读数。精密的电表刻度尺旁附有镜面，当指针在镜中的像与指针重合时，所对准的刻度， 才是准确读数。4.电表的准确度与基本误差 我国国家标准规定电表的准确度级别为 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、和 5.0、共 7 级。它与电表内部结构特性和质量等方面的缺图电5图电6大学物理实验讲义4陷所引起的误差（称为基本误差）有关，通常用表示。对于单向量程电表其定义为电表k 的标尺工作部分所有分度线上可能出现的最大绝对误差max与其量程 Xmax比值的百分数 值maxmax%100%k X由
12、此可估计被测量最大绝对误差为：xmaxmax%Xk相对误差为max100%Ex五、电磁学实验注意事项五、电磁学实验注意事项 1电磁学实验大部分要用电学仪器和元件连接成一定的电路，学习连接电路也是实 验课的内容之一。在实验前的预习阶段，要充分掌握实验原理、并按规定的符号画出电路 图（常用电路符号见下表） 。实验前要了解仪器的功能和元件的特性。 常用仪表表面符号标记常用仪表表面符号标记 名称符号名称符号检流计G 或欧姆表安培表A兆欧表M 毫安表mA负端钮 微安表A正端钮 伏特表V公共端钮毫伏表mV绝缘强度试验电压为 2KV千伏表KV静电系仪表指示测量仪表的一般 标记磁电系仪表标度尺位置为垂直的以示
13、值的百分数表示 准确度等级 例如 1.5 级标志为标度尺位置为水平的以标度尺量限百分数 表示准确度等级例如 1.5 级标志为.级防外磁场及电场调整器直流电 交流电直流和交流电阻熔断器（保险盒）大学物理实验讲义5导线交叉不连接导线连接二极管稳压管灯泡 指示灯电感 线圈一般有铁芯铁氧体芯屏蔽接地接机壳变阻 器 （电 位器）一般可断开不可断开电池电池组开关单刀单掷单刀双掷双刀双掷热敏电阻电容 器一般可变电解2.实验时，按照“走线合理、操作方便、易于观察、实验安全”的原则布置仪器。也 就是说，仪器的放置不一定要完全按照实验电路图相应的位置来摆布；而一般是将经常要 调整或读数的仪器放在近处，其它仪器放在
14、远处，使用不同电压的几种电源时，高压电源 要远离人身。 3.仪器的可调部位（旋钮、滑动端、换向档开关、按钮等）的预置。在操作前应先将 仪器的可调部位调到规定的（或估算的）位置： （1）使待测电路通过的电流最小；电路中串联的保护电阻或调节电阻调到最大。 （2）使待测电路两端电压最小：直流稳压电源的电压输出旋钮、调压变压器等的转 盘应逆时针旋转到底，使输出电压为零；分压器的滑动端使分压为零。大学物理实验讲义6（3）多量程的电流表、电压表的转换开关置于最大档位。 （4）先接电路后通电源 在电路中的电源线处于断开的状态下进行接线。不能正确 的连线就不可能达到预期实验的目的。更严重的是接线不正确，又随意
15、接电源，将会造成 仪器损坏。必须严格遵守“先接电路，后通电源；先断电源，后拆电路”的规定。如电源 为稳压电源或信号发生器等，则这些仪器的开关必须先置于“断”或“OFF”位置（面板 上没有“通” 、 “断”标志的仪器一般朝下或朝左是“断” 。如电源为电池，与电池连接的 电源线暂勿接通。连线可按电路图，沿电位降落方向逐一接线。接入仪器前，先核对仪器 的工作电压是否与供电电压相符，接好线后，先自行仔细检查一遍，在请教师复核和指导， 最后才能接通电源。接电源时，必须同时观察整个线路上的所有仪器，如发现有异常现象 （如指针反转或超出量限，闻到焦臭味等） ，应立即切断电源，重新检查，分析原因。 结束实验时
16、，应按开始时相反的程序，即先将仪器的可调部位恢复到预置位置，在断 开电源，最后拆除连线，将仪器排列整齐。实验一实验一 万用表的初步使用万用表的初步使用 实验目的实验目的 1.了解万用表的基本原理,尤其是欧姆档的设计原理 2.学习用万用表测量直流电压、直流电流和电阻；了解电表的接入误差 3.学习检查线路故障的一般方法 实验仪器实验仪器 直流电源 万用表 定值电阻 电流表 电压表 滑线变阻器 实验原理实验原理 万用表是生产实践与科学实验中最 常用的多功能仪表，它可以测量多种电学 量，如直（交）流电压、电流、电阻等。 而且量程多，结构简单紧凑、携带方便、 但准确度低，不适用于精密测量。万用表 主要由磁电式表头，转换开关和扩程电阻 等组成。各种不同型号的万用表扩程电阻 的阻值不同，但电路结构大同小异。 一、一、 直流电流档
