绪长光声简阿牛万制8实验指导书

1、46目录绪 论§1.普通物理实验的目的和基本环节§2 测量与仪器§3、测量与误差§4系统误差§5偶然误差§6测量结果不确定度评定§7 有效数字实验一 长度测量实验二 简谐振动的研究实验三 声速的测定实验四 制流电路与分压电路实验五 学习使用万用电表实验六 利用牛顿环干涉测量透镜曲率半径实验七 光电效应测定普朗克常量实验八 阿贝折射计测定透明介质的折射率绪 论§1.普通物理实验的目的和基本环节物理学是一门实验科学，其任何规律和理论都从实践和实验中来，并受到实践的反复检验，由此而不断发展。1、物理实验课的培养目的（1）

2、通过对物理实验现象的观测和分析，学习运用理论指导实践、分析和解决实验中问题的方法，从理论和实际的结合上加深理论的理解。（2）培养学生从事科学实验的初步能力。包括通过阅读教材或资料，能概括出实验原理和方法的要点；正确使用基本实验仪器，掌握基本物理量的测量方法和实验操作技能；正确记录和处理数据，分析实验结果和撰写实验报告；自行设计和完成某些不太复杂的实验任务等等。（3）培养学生实事求是的科学态度、严谨踏实的作风和勇于探索、坚韧不拔的钻研精神以及遵守纪律、团结协作、爱护公物的优良品质。2、物理实验课的基本环节 （1）课前实验预习。 （2）实验操作。 （3）课后实验报告。其中实验报告内容包括： 实验名

3、称、实验目的、实验原理、实验步骤、数据表格和数据处理、小结或讨论(对于课后的问题进行思考)。3、实验室规则 （1）课前应完成指定的预习内容,上课准备回答教师提问。 （2）遵守课堂纪律，无故不允许迟到请假。 （3）仪器使用只可用自己小组的，未经许可不得相互借用。 （4）爱护仪器，如有损坏照价赔偿。 （5）做完实验，经老师审查测量数据，学生应该将仪器整理还原，将桌面和凳子收拾整齐。经老师审查仪器还原情况并签字后，方能离开实验室。 （6）实验报告应在下一次实验时交到实验室。§2 测量与仪器（1）直接测量：为确定被测量对象的量值而进行的被测物与仪器相比较的实验过程。（2）间接测量： 将待测量

4、表示成另外几个可直接测量的量的函数，根据直接测量量通过函数计算，得出待测量。例：（3）测量结果 测量的结果应包括数值、单位。§3、测量与误差（1）真值： 待测物理量在实验当时条件下，所具有的客观值的大小。（它不会因测量手段而改变）下列几种情况可视为真值： 如三角形内角和180（2）测量误差：它是个理想的概念，一般不可能准确得到。只能通过一定的计算方法对它进行估计。a.是可正、可负的量，绝对值愈小，说明测量值越接近真值。测量结果愈准确。b. 误差存在于一切测量的始终。c. 误差可以减少，但不能完全消除。d. 不能一味地为减少误差而选择过于精确的仪器和方案。（3）误差的来源：例.用单摆来

5、说明误差来源理论中的单摆，是用一无质量无弹性的线，挂起一质点，在摆角接近零时，摆长l与周期 T之间存在 的关系. 其中g为当地的重力加速度。（4）误差的分类 根据产生误差的原因和误差所表现出的性质，将误差分为两类：系统误差 在相同条件下，多次测量同一物理量，其误差的大小和方向保持不变，或随着测量条件的变化有规律的变化。 偶然误差 在相同条件下，多次测量同一物理量，测量结果不尽相同，误差时大时小，完全是随机的。 （5）绝对误差与相对误差绝对误差绝对误差不同于误差绝对值相对误差§4系统误差a 系统误差的来源主要有以下几方面：仪器误差：仪器本身的缺陷或没有按规定条件使用仪器造成的。 如：仪

6、器精度的限制、仪器未调零、仪器磨损等。方法误差：测量理论的近似性和不完善。环境误差：外界环境未达到测量要求。如；光照、电磁场、温度等 1.是由测量系统本身不完善造成的。2.系统误差的特点：使测量结果偏离真值的程度是确定的或按一定的规律影响测量结果；不能通过多次测量来发现和消除。§5偶然误差 1 偶然误差的来源主要来自以下几个方面：环境：气流、温度的扰动或起伏；环境中杂散电磁场的存在；噪声的存在。人的感官的限制（听、视、触觉）过失误差：将会引起测量失败，必须避免！2随机误差分布函数（高斯分布、正态分布）：3 测量结果的最佳近似值为算术平均值证明：设，k 次等精度测量，得测量数据： 每次

7、测量的随机误差分别是：对这些所有随机误差取平均值：根据随机误差的抵偿性当因此4 标准偏差s其中参数s1）它是与测量条件有关的量。2）是对分散情况的定量表示。举例说明: A2.12.62.82.93.03.23.7B2.12.42.72.93.13.43.7在等精度测量条件下，任一次测量值的随机误差落在区间 内的概率为：68.3%.。即： 是一个统计性特征量，它的大小并不表示随机误差的准确数值，而只是表示随机误差分布在值域范围内的概率大小。就是说对某一物理量在相同条件下进行1000次测量，那么，测量值误差可能有683次在。5 算术平均值的标准偏差 §6测量结果不确定度评定一、测量不确定

8、度的基本概念 1、不确定度的定义 由于误差的存在，使得测量结果具有一定程度的不确定性。所以，对某一物理量进行测量，我们只能知道测量值与真值 之差的绝对值以一定概率分布在某一数值u范围内，用公式表示为： 其中u值可以通过一定的方法进行估算，称为不确定度。1992年10月1日，我国开始执行国家计量技术规范JJG1027-91测量误差及数据处理施行，规定测量结果的最终表示形式用总不确定度或相对不确定度表示。对等精度多次测量而言，测量的结果应包括多次测量的算术平均值、不确定度和相对不确定度。2、直接测量量的标准不确定度评定： 由于误差的来源很多，测量结果的不确定度一般也包含几个分量。在修正了可定系统误

9、差之后，将直接测量量的不确定度分为二类a) 标准不确定度A类分量 ： 用统计的方法评定标准不确定度，就是标准不确定度.b) 标准不确定度B类分量 ：用其它非统计分析评定的不确定度；极限误差 c) 合成标准不确定度：某此测量值的A类与B类不确定度按一定规则算出的测量结果的标准不确定度，成为合成不确定度。3、关于不确定度的几点说明：a）引入不确定度的概念，是规范科学提法的必然。不确定度是测量结果所携带的一个必要的参数，以表征待测量值的分散性、准确性和可靠程度。b）不确定度表征真值以某置信概率存在的范围，是对测量结果不确定性的量度。c）不确定度和误差是两个完全不同的概念，它们之间既有联系又有本质区别

10、。对实验结果的处理，我们用不确定度来评定，但在实验设计中，常常还是要进行误差分析。d）严格的不确定度理论比较复杂，本课程在保证其科学性的前提下，适当简化。二、间接测量量的不确定度评定 若测量量y由 构成，且分量 的标准不确定度为则y 的合成标准不确定度为 其中为传递系数。最终测量结果的表示：相对不确定度§7 有效数字1仪器读数，记录与有效数字 数字式仪表及步进读数仪器不需要进行估读，仪器所显示的未位就是欠准数字；仪器的读数一般读到最小分度的1/10，有时可读到1/2，1/5。2有效数字的运算规则（1）实验后计算不确定度，根据不确定度确定有效数字是正确决定有效数字的基本依据。标准不确定

11、度只可取一位有效数字，相对不确定度可以取一或二位有效数字。测量值的有效数字的末位应与不确定度末位对齐。二、间接测量量的有效数字运算 （1）若干个数进行加法或减法运算，其和或差的结果的可疑数字的位置与参与运算各个量中的可疑数字的位置最高者相同。例如：278.2+12.451=290.7。（2）乘除运算时，与有效数字最少的一位相同。例如：5.438×20.5=111（3）乘方和开方运算的有效数字的位数与其底数的有效数字的位数相同。例如：（4）对数运算，小数点后的后面的位数取成与真数的位数相同；例如： ln56.7=4.038（5）自然数1，2，3，4，不是测量而得，不存在可疑数字。因此可

12、视为无穷多位有效数字的位数，书写也不必写出后面的0，如D=2R，D的位数仅由直接测量量R的位数决定。（6）物理常数， 的位数也可以看成很多位有效数字。例如L=2R，如测量量R=2.35×10-1（m）时，应取为3.142，有效数字比2.35要多一位，也就是说，最终结果的有效数字位数不由物理常数决定。测量结果的单位可以改变，但其有效数字位数不可以改变，因为改变之后，测量仪器的精度就发生变化了。三、有效数字的舍入法则：四舍六入五留双 实验一 长度测量实验目的及要求1掌握游标卡尺及螺旋测微器的原理，学会正确使用游标卡尺、螺旋测微器及读数显微镜。2掌握等精度测量中不确定度的估算方法和有效数字

13、的基本运算。3. 分析实验数据的有效性实验原理1游标卡尺（1）原理 游标卡尺由主尺和游标两部分构成。游标上一共有m分格，而m分格的总长度和主刻度尺上的(m1)分格的总长度相等。设主刻度尺上每个等分格的长度为y，游标刻度尺上每个等分格的长度为x，则有 (11)0510图11游标图示235045 图15螺旋测微计0455 图14螺旋测微计2025150 图12螺旋测微计0152520 图13螺旋测微计主刻度尺与游标刻度尺每个分格之差yxy/m为游标卡尺的最小读数值，即最小刻度的分度数值。主刻度尺的最小分度是毫米，若m50 ，即游标刻度尺上50个等分格的总长度和主刻度尺上的49mm相等，每个游标分度

14、是0.98mm，主刻度尺与游标刻度尺每个分度之差x10.950.02（mm），称作50分度游标卡尺；如m10 ，则游标卡尺的最小分度为1/10mm0.1mm ，称为10分度游标卡尺；还有常用的20分度的游标卡尺，其分度数值为1/20 mm0.05mm。（2）读数游标卡尺的读数表示的是主刻度尺的0线与游标刻度尺的0线之间的距离。读数可分为两部分：首先，从游标刻度上0线的位置读出整数部分（毫米位）；其次，根据游标刻度尺上与主刻度尺对齐的刻度线读出不足毫米分格的小数部分，二者相加就是测量值。以10分度的游标卡尺为例，看一下如图11所示读数。毫米以上的整数部分直接从主刻度尺上读出为21mm。读毫米以下

15、的小数部分时应细心寻找游标刻度尺上哪一根刻度线与主刻度尺上的刻度线对得最整齐，对得最整齐的那根刻度线表示的数值就是我们要找的小数部分。若图中是第6根刻度线和主刻度尺上的刻度线对得最整齐，应该读作0.6mm 。所测工件的读数值为21（0.1×6）=21.6（mm）。如果是第4根刻度线和主刻度尺上的刻度线对得最整齐，那么读数就是21.4mm。20分度的游标卡尺和50分度的游标卡尺的读数方法与10分度游标卡尺相同，读数也是由两部分组成。（3）注意事项1）游标卡尺使用前，应该先将游标卡尺的卡口合拢，检查游标尺的0线和主刻度尺的0线是否对齐。若对不齐说明卡口有零误差，应记下零点读数，用以修正测

16、量值；2）推动游标刻度尺时，不要用力过猛，卡住被测物体时松紧应适当，更不能卡住物体后再移动物体，以防卡口受损；3）用完后两卡口要留有间隙，然后将游标卡尺放入包装盒内，不能随便放在桌上，更不能放在潮湿的地方。2螺旋测微器（千分之一厘米） （1）原理螺旋每转动一周将前进一个螺距，对于螺距为x的螺旋，如旋转周，螺旋将移动。对一内部螺旋的螺距为0.5mm的螺旋测微器 ，划分为50格。副刻度尺（微分筒）每旋转一周，螺旋测微器内部的测微螺丝杆和副刻度尺同时前进或后退0.5mm，而螺旋测微器内部的测微螺丝杆套筒每旋转一格，测微螺丝杆沿着轴线方向前进0.01mm ，0.01mm 即为螺旋测微器的最小分度数值。

17、在读数时可估计到最小分度的1/10，即0.001mm ，故螺旋测微器又称为千分尺。（2）读数读数可分两步：首先，观察固定标尺读数准线（即微分筒前沿）所在的位置，可以从固定标尺上读出整数部分，每格0.5mm，即可读到0.5；其次，以固定标尺的刻度线为读数准线，读出0.5mm以下的数值，估计读数到最小分度的1/10 ，然后两者相加。如图12所示，整数部分是5.5mm (因固定标尺的读数准线已超过了1/2刻度线，所以是5.5mm，副刻度尺上的圆周刻度是20的刻线正好与读数准线对齐，即0.200mm。所以，其读数值为5.5（20.0×0.01） =5.700mm。如图13所示，整数部分（主尺

18、部分）是5mm，而圆周刻度是20.9，即0.209mm，其读数值为50.2095.209（mm）。使用螺旋测微器时要注意0点误差，即当两个测量界面密合时，看一下副刻度尺0线和主刻度尺0线所对应的位置。经过使用后的螺旋测微器0点一般对不齐，而是显示某一读数，使用时要分清是正误差还是负误差。如图14 和图15 所示，如果零点误差用0表示，测量待测物的读数是d。此时，待测量物体的实际长度为dd0 ，0可正可负。在图14 中00.006mm , dd (0.006)d 0.006 (mm)。在图15 中00.008mm , dd 0d 0.008（mm）。3.读数显微镜（1）原理 测微螺旋螺距为1mm

19、（即标尺分度），在显微镜的旋转轮上刻有100个等分格，每格为0.01mm，当旋转轮转动一周时，显微镜沿标尺移动1mm，当旋转轮旋转过一个等分格，显微镜就沿标尺移动0.01mm。0.01mm即为读数显微镜的最小分度。（2）测量与读数1）调节目镜进行视场调整，使显微镜十字线最清晰即可；转动调焦手轮，从目镜中观测使被测工件成像清晰；可调整被测工件，使其被测工件的一个横截面和显微镜移动方向平行；2）转动旋转轮可以调节十字竖线对准被测工件的起点，在标尺上读取毫米的整数部分，在旋转轮上读取毫米以下的小数部分。两次读数之和是此点的读数A；3）沿着同方向转动旋转轮，使十字竖线恰好停止于被测工件的终点，记下此值

20、所测量工件的长度即LAA。（3）使用注意事项1）在松开每个锁紧螺丝时，必须用手托住相应部分，以免其坠落和受冲击：2）注意防止回程误差，由于螺丝和螺母不可能完全密合，螺旋转动方向改变时它的接触状态也改变，两次读数将不同，由此产生的误差叫回程误差。为防止此误差，测量时应向同一方向转动，使十字线和目标对准，若移动十字线超过了目标，就要多退回一些，重新再向同一方向转动。实验仪器游标卡尺，螺旋测微器，读数显微镜，钢卷尺，待测物。实验内容及步骤所有测量量均测6次1.用游标卡尺测圆柱体的体积，并计算不确定度；2.用螺旋测微器测量小钢球直径，自己头发的直径，计算不确定度；3.用米尺测量一个同学的身高，并计算不

21、确定度。测量量12345 6DhdsL 数据处理 单位：mm1利用直接和间接测量的不确定度公式计算不确定度，并将直径、高度和体积用测量结果的标准式表示出来。2计算体积求出不确定度，将测量结果用标准式表示出来。D为圆柱体的直径,h为圆柱体的高,d为小球的直径,s为头发的直径,L为同学身高。游标卡零点误差（注意正负）： 螺旋测微器零点误差： 思考题1何谓仪器的分度数值？米尺、20分度游标卡尺和螺旋测微器的分度数值各为多少？如果用它们测量一个物体约7cm的长度，问每个待测量能读得几位有效数字？250分度游标刻度的读数末尾一位一定是偶数吗？为什么？ 实验二 简谐振动的研究实验目的及要求1验证弹簧振子的

22、运动规律，测出弹簧振子的倔强系数k。2用图解法求弹簧的等效质量。实验原理将一根劲度系数为的弹簧一端固定，下端系一个质量为m的物体，如图所示。以物体的平衡位置为坐标原点，在弹簧的弹性限度内，物体离开平衡位置的位移与它所受到弹力的关系为 （51）若忽略空气阻力，由牛顿第二定律得，式中m0为弹簧的等效质量。令，则前面公式又可写成 （52）由此可知，系统作的是谐振动，其振动周期是 或者写成 （53）ABCDEFGMHS图51弹簧振子公式（53）说明：T仅决定于振子本身的特性，与初始条件无关；当k一定时，正比于m，即m图为一直线，其斜率为，截距为。实验内容1.验证k一定时，与m成正比。2.求弹簧的劲度系

23、数k。实验步骤1.调节仪器。将仪器按照如图51所示安装，并调节支架让小镜面及其它参于振动的物体竖直。2. 测弹簧振子的倔强系数k（1）用天平称出砝码盘和挂钩的质量；（2）依次改变盘内砝码的质量0g,1g,2g,3g,4g,5g，读出每次改变砝码而使弹簧伸长的改变量，3.验证k一定时，与m成正比。依次改变盘内砝码的质量0g,1g,2g,3g,4g,5g对应mi的30个周期i ，(i0，1,2,5)。数据处理1记录实验数据。2用逐差法求出步骤2中所测的数值弹簧的劲度系数k。3根据步骤3中的实验数据作m图,如为直线，即说明与m成正比。思考题将用图解法求出k和m0。与用公式（51）和（53）求出的k和

24、m0的数值进行比较，分析产生误差的原因。实验三 声速的测定实验目的及要求1初步熟悉示波器和音频信号发生器的功能和使用方法；2学会利用干涉法测定声速；3学会利用相位比较法测定声速。实验原理S1S2游标卡尺电声转换器信号源频率计示波器毫伏表图181测量声速的方法可分为两类：一是测出声波传播距离s和所需的时间t，由算出声速v；二是利用关系式，通过测量频率f和波长来计算声速v。本实验所采用的共振干涉法和位相比较法，即属于后者。1共振干涉法 设有一从发射源发出的一定频率的平面波，经过空气传播，到达接收器。如果接收面与反射面严格平行，入射波在接收面上垂直反射，入射波与反射相干涉形成驻波。实验装置如图1所示

25、，图中S1、S2为压电陶瓷喇叭，S1接低频信号发生器，用为超声波源；S2为接收器，由于压电效应，它把接收到的声波转换成电信号，且能在接收声波的同时反射部分声波。改变S1、S2之间的距离，当其为半波长的整倍数时，媒质中出现稳定的驻波共振现象。此时驻波的幅度达到极大，且接收面所处的声压波腹也相应达到极大值。设此时S1、S2之间的距离为Ln，继续调节S1、S2之间的距离，设它为Ln+1时，再次出现共振现象，则Ln+1Ln/2 。因此，若保持f（频率）不变，通过测量相邻两次接收信号达到极大值时接收面与发射源之间的距离就可求出波长，用计算声速。2相位比较法当S1发出的平面超声波通过媒质到达接收器S2时，

26、在同一时刻，在发射处的波和接收处的波之间产生位相差，其位相差可利用示波器的李萨如图形观察。和角频率、传播时间t之间的关系为t 。同时有，2/T，tL/v，Tv (T为周期)，代入上式得 （181）当Ln/2时，得n,其中n1,2,3,。实验时，改变S1、S2之间的距离，相当于改变了发射波和接收波之间的位相差，在示波器上可观察到位相的变化。当改变S1、S2之间的距离使振动的位相差从0变化时，李萨如图形将从斜率为正的直线变为椭圆，再变到原斜率的直线，此时S1、S2之间的距离的改变量L为。而L可直接测得，频率f由频率计读出。由可求出声速。实验仪器综合声速测试仪（含信号源）、示波器；实验内容及步骤1、

27、检查实验仪器是否正常；2、连接调试仪器，调节频率在35.5-36.5khz之间，连接和信号源，综合声速测试仪左侧线接信号源的发射端换能器接口，综合声速测试仪右侧线接信号源的接受端换能器接口，剩下的；3、改变示波器信号接收方式，调节发射端和接收端的距离，观察示波器，逐次找出振幅最大的位置，记录下读数。（注：调节距离的方向必须是同一方向。）4、改变频率重复3一次5、改变示波器信号接收方式，调节发射端和接收端的距离，观察示波器，逐次找出相同斜线图象的位置，记录下读数。（注：调节距离的方向必须是同一方向。）6、改变频率重复3一次7、待查测量数据和仪器。数据测量1、记录声波频率 2、共振干涉法(改变一次

28、频率重复)3、相位比较法(改变一次频率重复) 数据处理1、计算v值，2、误差处理3、计算结果合成思考题根据实验数据讨论测量声速两种方法的优缺点以及实验中产生误差的原因。实验四 制流电路与分压电路实验目的1.了解电学实验室的规则、操作规程和安全知识；2.了解并掌握电学实验基本仪器的性能和使用方法；3.掌握联接电路的一般方法。实验仪器 安培计，伏特计，变阻器，电阻箱，直流电源，导线，开关等。电学实验基本知识图1-1 磁电型仪表基本结构图1.永久磁铁；2.极掌；3.圆柱形软铁芯；4.动圈；5.半轴；6.轴承；7.指针；8.游丝；9.刻度盘。一、电学实验基本仪器介绍1.电表电表的种类很多，有磁电型电表

29、、电磁型、电动型、静电型、整流型、感应型等。实验室常用电表大部分是磁电型电表，它的内部结构如图1-1：永久磁铁的两个极上连着带圆筒孔腔的极掌，极掌之间装有圆柱形软铁芯，它的作用是使极掌和铁芯间的空隙中磁场很强，并且磁力线是以圆柱的轴为中心呈均匀辐射状。在圆柱形铁芯和极掌间空隙处放有长方形线圈，线圈上固定一根指针，当有电流流通时，线圈就受电磁力矩而偏转，直到跟游丝的反扭力矩平衡。线圈偏角的大小与所通入的电流成正比，电流方向不同，偏转方向也不同，这是磁电式电表的基本特征。(1)指针式检流计。它的特征是指针零点在刻度的中央，便于检出不同方向的直流电。检流计的主要规格是：图1-2检流计结构图检流计常数

30、：即偏转一小格代表的电流值，一般约为安培/小格；内阻约100。指针式检流计主要用于判断电路中电流的方向或有无电流, 由于量程(微安级)很小只能检测小电流或小电位差。使用时，常串联一个可变电阻，以免过大的电流损坏电表，这个电阻称为保护电阻，如图1-2。(2)直流电压表（毫伏表、伏特表）。直流电压表是用来测量直流电路中两点间电压的大小，它的主要规格是： 量程：即指针偏转满度时的电压值或能测量电压的最大值。例如电压表量程为07.5V15V30V，表示该电压表有三个量程。第一个量程为7.5伏，在该表的两端加上7.5伏电压时其指针偏转满度；使用第二、三个量程时，分别加上15伏、30伏时指针偏转满度。内阻

31、：即电表两端的电阻。同一电压表量程不同内阻不同，例如07.5V15V30V电压表，它的三个量程内阻分别为7500，15000，30000，但因为各量程的每伏欧姆数都是1000/V，所以电压表内阻一般用/V统一表示。可用下式计算电压表某量程的内阻：内阻=量程×每伏欧姆数(3)直流电流表（毫安表、微安表、安培表）。直流电流表是用来测量直流电路中电流的大小，它的主要规格是：量程：即电流表指针偏转满度时的电流值。电流表也有单量程和多量程的。内阻：一般安培表内阻都在0.1以下，毫安计、微安计内阻可达一、二百欧到一、二千欧。(4)使用电表注意事项：选择合适的量程：根据待测电流或电压大小，选择合适

32、的量程。若量程太小，测量过大的电压或电流会使电表损坏；量程太大，测量小电流或小电压指针偏转太小，测量误差较大。使用电表时应事先估计待测量的大小，选择电表稍大的量程试测一下，如不合适，选用更合适的量程。176543289017654328901765432890176543289017654328901765432890×0.1×10×1×1000×100×10000图1-3电阻箱面板结构弄清电流方向：直流电表的偏转方向与所通过的电流方向有关,所以接线时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，

33、切不可把极性接错，以免撞坏指针。正确联接电表：电流表是用来测量电流的，使用时必须串接在待测电路中，电压表是用来测量电压的，使用时应当与被测电路两端并联。减小视差：读数时应正确判断指针位置。为了减少视差，必须正对指针使视线垂直于刻度盘表面读数。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，指针所对准的刻度才是电表的准确读数。2.电阻箱：电阻箱的内部有一套由锰铜线绕成的标准电阻。图1-3为电阻箱面板结构，旋转电阻箱上的旋钮，可以得到不同的电阻值，例如当×100挡指6代表电阻为600，×10挡指6代表电阻为60，×1挡指2代表电阻为2，×0.1档指

34、0代表电阻为0.0，这时总电阻为6×100+6×10+2×1+0×0.1=662.0。电阻箱的规格是：(1)总电阻：即最大电阻，如图1-3所示的电阻箱总电阻为99999.9。(2)额定功率：指电阻箱每个电阻的功率额定值，一般电阻箱的额定功率为0.25W，可以由它计算额定电流。例如用1000挡的电阻时，允许通过的最大电流I=0.016A=16mA；100档的电阻，允许通过的最大电流I=0.05A=50mA。可见，电阻值愈大的档，允许通过的最大电流愈小，过大的电流会使电阻发热，从而电阻值不准确，甚至灼毁。 (3)电阻箱的等级：电阻箱根据其最大误差的大小分为若

35、干个准确度等级，一般分为0.02，0.05，0.1，0.2等，它表示电阻值相对误差的百分数。例如电阻箱为0.1级，当电阻为662时，其误差为662×0.1%0.7。图14(a) 变阻器实物图BAC图14(b) 变阻器示意图ABC3.变阻器：变阻器是用来控制电路中的电压和电流。它的构造如图14(a)。电阻丝密绕在绝缘瓷管上，两端分别与固定在瓷管上的接线柱A,B相联。电阻丝上涂有绝缘物，使圈与圈之间相互绝缘。瓷管上方装有一根和瓷管平行的金属棒，一端联有接线柱C。棒上还套有滑动接触器，它紧压在电阻圈上。接触器与线圈接触处的绝缘物已被刮掉，所以使接触器沿金属棒滑动就可以改变AC或BC之间的电

36、阻。了解变阻器的结构很重要，为此，应把图14(a)和图14(b)中的A 、B、C三点相互对应。变阻器的规格是：(1)全电阻：即AB间的电阻。(2)额定电流：即变阻器所允许通过的最大电流。4.直流电源：目前实验室普遍采用晶体管稳压电源。这种电源的稳定性高，内阻小，输出连续可调，使用方便。蓄电池和干电池也是常用直流电源，但蓄电池需要经常充电，维护比较麻烦；干电池经使用后，电动势不断下降，内阻不断上升，最后由于内阻很大，不能提供电流，电池就得报废。二、电学实验操作规程1.准备。实验前作好预习报告，弄清实验目的、原理和任务，了解实验仪器功能、结构、使用方法和注意事项。2.连线。按照要求或给定

37、电路从电源开始顺序连接电路。3.检查。电路接好后，在通电之前必须检查电路无误后才能通电。4.通电。先开电源开关，再合电路开关；合电路开关时，切记要先点触一下，试探电表偏转是否正常，只有在确定电表正常工作、电路无误后才能合上开关开始测量。5.安全。在实验进行中，身体的任何部位都不能接触电路中金属裸露的地方；实验中途调换仪器、仪器换挡、改变量程、改变接线，都要先切断电源；实验仪器显示任何不正常，都要切断电源。6.归整。实验结束时，将仪器调到最安全的状态，先断开电路开关再切断电源，最后拆除联线，整理好仪器和导线。图1-5制流电路 KE基本电路电路连接方法多种多样，但一个完整电路一般都包括电源、控制和

38、测量三部分。测量电路是先根据实验要求而确定好的，例如要校准某一电压表，需选一标准的电压表和它并联，这就是测量线路，它可等效于一个负载，这个负载可能是容性的、感性的或简单的电阻，以RZ表示其负载。根据测量的要求，负载的电流值I和电压值U在一定范围内变化，要求有一个合适的电源。控制电路的任务是控制负载的电流和电压，使其数值和范围达到预定的要求；控制元件主要使用滑线变阻器或电阻箱；滑线变阻器有两种接法，即制流和分压两种连接形式，由此得到两种基本的电路，即制流电路或分压电路。1制流电路K=0.5K=0.2K=10K=1K=0.1K=0.05xImax图16制流特性曲线如图1所示，R0为滑线变阻器，RZ

39、为负载，当滑动R0的触点C时，整个回路电阻改变，电源电压不变时，回路中电流随之变化。因此，通过负载RZ的电流也改变，所以叫做制流电路。当C滑动到A端时，=0，回路中电流最大，负载处。当C滑动到B端时，变阻器全部电阻串联入回路，最大，这时回路电流最小 。电压可调范围是从到E，相应的电流变化为 到。图1表示不同K（）值的制流曲线，从曲线可以清楚的看到制流电路有以下几个特点：图1分压电路KE（1）K值越大电流调节范围越小；（2）K1时调节的线性较好；（3）K较小时（即R0RZ），X接近0时电流变化很大，细调程度较差；（4）不论R0大小如何，负载RZ上通过的电流都不可能为零。为保证安全，在制流电路接通

40、电源前，一般应使C滑动到B端，使最大，电流最小。以后逐步减小电阻，使电流增至所需值。(2)分压电路如图1所示。变阻器的两个固定端A、B分别与电源的两电极相联，滑动端C和一个固定端A（或B,图中用A）联接到用电部分。接通电源后，AB两端的电压等于电源电压。又是AC间电压和CB间电压之和，所以输出电压可以看作是的一部分。随着滑动端C的位置改变，也就改变。当C滑至B端，=，输出电压最大；当C滑至A端，=0。所以输出电压可以从零调节到电源电压的任意数值上。图18分压特性曲线xumaxK=0.05K=0.1K=2K=1K=10由实验可得不同K值的分压特性曲线，如图1所示。从曲线可以清楚看出分压电路有如下

41、几个特点：(1)不论R0的大小，负载的电压调节范围均可从0变化到E；(2)K越小电压调节越不均匀；(3)K越大电压调节越均匀，因此要电压U在0到Umax整个范围内均匀变化，则取K大于1比较合适，实际K=2那条线可近似作为直线，故取R0即可认为电压调节已达到一般均匀的要求了。为保证安全，在分压电路接通电源时，一般应使=0，以后逐步滑动C，使电压增至所需值。实验内容1.观察电表的度盘，计下度盘下侧的符号和数字，说明其意义？填入表1-1中。2. 记录所用电表、电阻箱的量程、级别或额定功率，计算所用的量程最大允差和电阻箱最大容许电流值，填入表1-2中。3.研究制流电路的特性。连接图1-1电路，用电阻箱

42、为负载RZ，分别取K=0.1，1确定RZ值，改变滑线变阻器C点的位置，使电流从最小到最大过程中，测量1520个及相应的电流值,填入表1-3中，并根据表1-5中数据作I 曲线.4.研究分压电路的特性。连接图1-3电路，用电阻箱为负载RZ，分别取K=0.1，2确定RZ值进行实验，即改变滑线变阻器C点的位置，使电压从最小到最大过程中，测量1520个及相应的电压值, 填入表1-4中，并根据表1-6中数据作U 曲线。数据记录表 表1-1电表度盘下侧的符号或数字的意义符号意义符号意义表1-2 电表的最大允差及电阻箱的额定电流。电流表电压表电阻箱量程等级最大允差额定功率 额定电流 表1-3 制流电路中I与的

43、变化关系().K=0.1E=10VRZ=200R0=2000/I/mAK=1,E=20VRZ=2000R0=2000/I/mA表1-4 分压电路中U与的变化关系()K =2 E=20VRZ=4000R0=2000/U/VK=0.1,E=10VRZ=200R0=2000/U/V数据处理结果表1-5 制流电路中与I的变化关系().K=0.1E=10VRZ=200R0=2000I/mAK=1,E=30VRZ=2000R0=2000I/mA根据表中的数据作I 曲线 结论：制流特性曲线特征表1-6 分压电路中与U的变化关系()K =2 E=20VRZ=4000R0=2000U/V K=0.1,E=10V

44、RZ=200R0=2000U/V 根据表中的数据作U 曲线 结论：分压特性曲线特征思考与讨论1画出单刀双掷、双刀双掷、反向开关的电路原理图。2在分压和限流实验中，当连接完电路准备通电前，应使滑动头 C 移到哪一端？为什么？3有人说，分压电路是用来控制电路电压，限流电路是用来控制电路电流的，你认为这种说法对吗？4在分压电路研究的实验中如图1-7，如果输出电压从 B 、C 两端引出，这样做可以吗？这时输出电压的C 端是正端还是负端？当 C 端移到 B 端时，输出电压是多少？实验五 学习使用万用电表实验目的1.了解电表的接入误差；2.学会使用万用电表测量电阻、电压、电流；3.掌握检查线路故障的一般方

45、法。实验仪器万用电表（500型），稳压电源，电阻箱，开关。实验原理1.直流电压档。当选择开关拨到V时，万用表就是一个多量程直流电压表，各量程分别为1V、5V、25V、100V、500V，简化线路如图2-1是量程为1V、5V、25V的电路。由于、的分流作用，虚线框内部分相当于50的表头，串联不同的电阻分别得出所要求的量程。图2-2是量程为100V、500V的电路，由于改为和表头串联，分流电阻只剩，故虚线框内部分相当的表头量程加大到200。这样，同样是串联+，得到的电压表量程为100V，再串联得到量程500 V 。 万用表在使用时往往不是固连在待测电路上，读数后即撤离，所以接入误差成为经常要考虑的

46、问题。下面考察接入误差的成因及修正办法。如图2-3电路，未接电压表时，BC间的电压显然等于.如果把电压表接在 B、C两点，测出的电压不是，由于电压表有一定的内阻，电压表接入后电路的电压分配会发生改变，BC间的电压变为。电表未接入时的电压为，接入后测出的却是，这两者之差称为接入误差，定义为=.由电路图2-3可知，是以电压表接入点BC为考察点的等效电阻（此时电源看作短路，故为并联），所以可得. （2-1）根据（2-1）式很容易知道接入误差的大小，并在必要时可以修正测量值。2.直流电流档。当选择开关调至档时，万用表就是一个多量程电流表。简化电路如图2-4。跟测电压类似，测电流时也有接入误差，若万用表

47、的内阻为，以电表接入点为考察点，电路的电阻为，则接入误差 （2-2）即电表测出的电流值。 3.欧姆计欧姆计的构造原理如图2-5。其中虚线框内部分为欧姆计，a和b为两接线柱（表笔插孔）。测量时将待测电阻接在a和b上。在欧姆计中，为电源（干电池），为表头（内阻为，满度电流为），为限流电阻。由欧姆定律可知回路中的电流由下式决定： （2-3）由此可得，对一给定的欧姆计（即、给定），仅由决定，即与之间有一一对应的关系。在表头刻度上处标出相应的值，电流表就成了欧姆计。由（2-3）式可知，当时，回路中的电流最大，为。在欧姆计中设法改变表头的满度电流使其等于最大电流，即 （2-4）当时，表头指针指在度盘中央，

48、由此通常用表示，称之为欧姆计的中值电阻。即 =于是（2-4）式和（2-3）式可以改写为 （2-5）和 （2-6）由（2-6）式可知：与是非线性关系，即均匀变化时，不会均匀变化，所以欧姆计度盘上刻度是不均匀的。欧姆计度盘正中那个刻度值即为，当时，有，此时偏转接近满度，由于很小，变化较大（相对本身而言）变化不明显，因而测量误差很大；当时，由于很大，变化较大（相对本身而言）变化也不明显，因而测量误差也很大。所以通常只用欧姆计中间的一段来测量，即这段范围。欧姆计都有几个量程，每个量程的都不同，但每个量程的可用范围都是。如=100，则测量范围为20500；=1000，则测量范围为2005000。欧姆计的

49、刻度是对设计的电源电动势计算出来的。但电源（干电池）电动势不可能总是等于，会在使用过程中慢慢减小，所以在欧姆计中还装有“欧姆调零”调节旋钮，以保证刻度准确。调节方法是：将表笔a和b短路（相接），调节“欧姆零点”旋钮使指针偏转满度，即指针指0。每次改变量程后都应重新调节欧姆零点。仪器介绍万用电表是最常用的仪表，它可以测量交直流电压，交直流电流和电阻，有的万用表还增加检测晶体管特性等功能。由于它的功能较多，在实验调试、故障检测工作中使用非常方便。万用电表用途广但准确度低。1.万用表操作规程（1）准备。认清所用万用表的面板和刻度以及待测量的种类（交流或直流；电压、电流或电阻）。（2）选择合适的量程。根据待测量的种类和大小，将选择开关拨至合适的位置（不知待测量的大小时，一般应选择最大量程先行试测）。（3）调零。用作电流表或电压表时，电路接通电源之前先观察电表指针是否指零，若未指零，调节机械调零旋钮让指针指零