物理电学设计性实验

物理电学设计性实验第一页，共十七页，2022年，8月28日【目的】根据已学电路知识能够通过所提供电路元件自行设计出各种实验方案，并加以实施，得出实验结果，从而达到巩固和灵活运用所学知识的目的。【重点】预习报告、实验报告的撰写。【难点】方案设计、误差分析。【课题】

物理电学设计性实验（3学时）第二页，共十七页，2022年，8月28日【背景知识】一、测量与误差：误差分析的目的就是评定实验数据的精确或误差，通过误差分析，可以认清误差的来源及其影响，并设法排除数据中所包含的无效成分，还可进一步改进实验方案。在实验中注意哪些是影响实验精确度的主要方面，这对正确地组织实验方法、正确评判实验结果和设计方案，从而提高实验的精确性具有重要的指导意义。误差：测量值与真值之间的差值，真值即物理量所具有的客观真实值。误差分类：（1）系统误差：在同一实验条件（实验方法、仪器、环境和实验人员都不变），多次测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或者按一定的规律变化，这种误差第三页，共十七页，2022年，8月28日叫系统误差。包括：仪器误差、方法误差、个人误差、环境误差。（2）偶然误差：在同一条件下，对某一量进行测量时，即使排除了产生系统误差的原因，仍然会出现绝对值和符号都以不可预测的方式变化的误差。（3）过失误差：实验人员人为过失造成的、完全可以避免的误差。二、常用电表的使用查看《新编大学物理实验》§2-6电磁测量仪器第四页，共十七页，2022年，8月28日【实验提供仪器】1.直流稳压电源0~15V可调2.万用表3.电流表量程5、7.5、10、15、20、30(毫安)4.电压表量程1.5、3、5、7.5、10、20(伏)5.直流检流计6.双踪示波器7.信号发生器8.秒表9.实验箱成套设置

其中含有第五页，共十七页，2022年，8月28日

固定电阻：1、10、51、100（2个）、200、1K、2K、10K（2个）、1M(欧)滑线变阻:1K、10K、100K（欧）电容：0.022F、0.1F、1F、10F、470F（2个）电感线圈：10mH二极管（4个）、稳压二极管（6.2V）灯泡：12V/0.5A微安表：（0～100uA）电位器短接桥和连线导线实验用9孔插件方块第六页，共十七页，2022年，8月28日【可做相关实验】电路元件伏安特性的测绘基本电路的测量基本仪器的使用电桥电路测电阻电表的改装稳压电路整流滤波电路RC、RL、RLC暂态电路的研究原件参数的测量电路混沌效应第七页，共十七页，2022年，8月28日

电路元件伏安特性的测绘一、仪器的选择

图1-1

图1-2第八页，共十七页，2022年，8月28日

级别选择：

根据基本误差的大小，可把电表分为不同的准确度等级。准确度等级一般为0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七级。目前已有0.05级电表出现。0.1级和0.2级表多用来作标准表校准其它电表，0.5级多用于精确度较高的测量中。电表准确度越高，测量误差越小，但仪器也越容易损坏，所以应根据实验误差要求选择合适的级别。

量程的选择：

电表的相对误差公式：

E=

第九页，共十七页，2022年，8月28日根据误差公式得知工作状态中电表的实际指示值越接近量程，电表带来的误差越小，所以一般要求电表实际指示值要达到满偏刻度的2/3以上以此来减少电表带来的误差，但要注意不要超出所选量程。二、数据表格的制作要测绘各种元件的伏安特性曲线，一定要了解元件的特性，才能选择正确的实验方法，适合的监测电路，设计出合理的数据表格，得出正确的实验结论．1.线性电阻器的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，如图1-1中a所示，该直线的斜率等于该电阻器的电阻值。第十页，共十七页，2022年，8月28日

2.

一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态时，其灯丝电阻随着温度的升高而增大，通过白炽灯的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的“冷电阻”与“热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图1-1中b曲线所示。3.一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特性如图1-1中c曲线。正向压降很小（一般的锗管约为0.2～0.3V，硅管约为0.5～0.7V)，正向电流随正向压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视为零。可见，二极管具有单向导电性，但反向电压加得过高，超过管子的极限值，则会导致管子击穿损坏。

第十一页，共十七页，2022年，8月28日

4.稳压二极管是一种特殊的半导体二极管，其正向特性与普通二极管类似，但其反向特性较特别，如图1-1中d曲线。在反向电压开始增加时，其反向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时(称为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管)电流将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随外加的反向电压升高而增大。

第十二页，共十七页，2022年，8月28日图1-3元件伏安特性曲线第十三页，共十七页，2022年，8月28日

实验数据表格：1.测定线性电阻器的伏安特性

2.测定非线性白炽灯泡的伏安特性3.测定半导体二极管的伏安特性第十四页，共十七页，2022年，8月28日正向特性实验数据反向特性实验数据4.测定稳压二极管的伏安特性正向特性实验：第十五页，共十七页，2022年，8月28日反向特性实验：实验注意事项1.测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过35mA。2.如果要测定2AP9的伏安特性，则正向特性的电压值应取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21，0.24，0.30（V），反向特性的电压值取0，2，4，……，10(V)。3.进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选择仪表的量程，勿使仪表超量程，仪表的极性亦不可接错。第十六页，共十七页，2022年，8月28日

实验报告1.根据各实验数据，分别在方格纸上绘制出光滑