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1、,大学物理实验,主讲教师 刘玉富 2008年1月,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,第四章 电磁学实验,第一部分 基础性实验 第二部分 提高性实验,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,第一部分 基础性实验,实验二十三 线性及非线性电阻伏安特性曲线的测绘 实验二十四 万用电表的使用 实验二十五 用惠斯通电桥测电阻 实验二十六 电子示波器的使用 实验二十八 用线式电位差计测电池的电动势 实验二十九 电表的改装和校正,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,实验二十三 线性及非线性电阻伏安特性曲线的测绘,【实验目的】 【实验仪器】 【实验原理】 【实验步骤】 【注意事项】 【数据记录

2、】 【思考题】,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验目的】,1.熟悉电学常用仪器的基本技术指标，掌握其使用方法。 2.训练用回路接法看图接线。 3.学习测绘线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验仪器】,直流电压表 直流电流表 滑线变阻器 电阻箱 直流稳压电源 二极管 开关及导线等,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,直流电压表,它的主要技术指标有： 量程：即指针偏转满刻度时的电压值。直流电压表分为伏特表、毫伏表等，一般为多量程的。 内阻：即电表两端间的电阻。同一电压表的不同量程，其内阻亦不同。但是由于各量程的每伏欧姆数都相同，所

3、以电压表的内阻一般用统一表示。各量程的内阻可用下式计算：内阻=量程每伏欧姆数。 级别： 按国家标准，直流电压表的准确度分7个等级，有0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0。设电表的等级为，则与电表的最大引用误差的关系是：,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,直流电流表,它的主要技术指标有： 1.量程：即指针偏转满刻度时的电流值。直流电流表分为安培表、毫安表、微安表等，一般为多量程的。 2.内阻：一般安培表的内阻都在0.1以下，毫安表、微安表的内阻可达几百欧姆到几千欧姆。 3.级别：与电流表级别定义方法相同。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,使用电表时应注意以下几

4、点,1.零点调整 2.选择量程 3.电表的连接 4.电表的极性 5.电表的安放 6.避免读数误差,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,滑线变阻器,它的主要技术指标有： 1.全电阻 即全额电阻，即滑线变阻器两个底脚间的电阻值。 2.额定电流 即变阻器允许通过的最大电流，使用时不得超过该值。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,滑线变阻器的两种接法,1.限流电路 当移动滑动端时，整个电路的电阻改变了，因此回路中的电流也改变，所以它能控制电路中的电流的大小，该电路称作限流电路。,2.分压电路 如图23-2所示，接通电源后，加在负载电阻上的电压取自的一部分，随着触点的位置的变化，大小可调。

5、该电路称作分压电路。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验原理】,某电学元件两端加上直流电压，在元件中就会有电流通过，通过元件的电流与端电压之间的关系称为电学元件的伏安特性。若以电压为横坐标，以电流为纵坐标，作出电流随电压变化的关系曲线，称作电学元件的伏安特性曲线。 对于碳膜电阻、线绕电阻等电学元件，在通常情况下的伏安特性曲线是一条直线，如图23-3所示。这类元件称作线性元件，其电阻称作线性电阻。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验原理】,如图23-4所示，晶体二极管有正、负两极，正极由型半导体引出，负极由型半导体引出，其结具有单向导电性。 从图23-5可以看出二极管

6、的伏安特性是非线性的，因此，二极管是非线性元件，其电阻称为非线性电阻。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验步骤】,一、测绘线性电阻的伏安特性曲线 二、测绘晶体二极管的伏安特性曲线,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,一、测绘线性电阻的伏安特性曲线,1.按图23-6采用回路接线法接线。 2.调节变阻器的滑动端，使电压从零开始逐步增大，读出相应的电压、电流值并记录。 3.以电压为横坐标，电流为纵坐标，作出电阻的伏安特性曲线，用图解法求电阻值，并与其准确值（其值由实验室给出）比较，计算相对误差。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,二、测绘晶体二极管的伏安特性曲线,1.测二

7、级管的正向伏安特性 2.测二极管的反向伏安特性 3.以电压为横坐标，电流为纵坐标，作二极管的正、反向伏安特性曲线，由于正向电流读数为级，反向电流读数为级，在纵坐标的上半段和下半段坐标纸每小格代表的电流值可以不同，但必须分别标注清楚。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,二、测绘晶体二极管的伏安特性曲线,按图23-7电路接线，图中为二极管的限流电阻，电压表量程取1左右。电压从零缓慢地增加，每隔0.10读数一次，测试10个电将相应的电压、电流值并记录。 按图23-8电路接线，将毫安表换成微安表，电压表取大于1的量程。调节变阻器的滑动端，逐步增大电压，从零开始每隔1读数一次，将相应的电压、电流

8、值并记录。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【注意事项】,1.每次连接线路时要断开电源，不要带电操作。 2.拆线时应先切断电源，并拆除电源一端连线后，再拆卸其它导线，防止电源短路。 3.测量晶体二极管正向伏安特性时，毫安表读数不得超过二极管允许通过的最大正向电流值（该值由实验室给出）。 4.测量晶体二极管反向伏安特性时，加在二极管上的电压不得超过二极管允许的最大反向电压值（该值由实验室给出）。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【数据记录】,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【数据记录】,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【思考题】,1.在图23-7和图23-

9、8中， 电流表的接入位置有何不同？为什么要采用不同接法？ 2.要安全正确地使用好电流表、电压表、电阻箱和滑线变阻器，应注意哪些问题？,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,实验二十四 万用电表的使用,【实验目的】 【实验仪器】 【实验原理】 【实验步骤】 【注意事项】 【数据记录】 【思考题】,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验目的】,1.了解万用表的结构及工作原理。 2.学习使用万用电表测量电压、电流和电阻。 3.学习使用万用电表检查线路故障。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验仪器】,万用电表 直流稳压电源 滑线变阻器 电阻箱 二极管 各种类电阻 开关 导线

10、,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,万用电表,万用表的型号很多，其使用方法基本相同，现以MF-30型万用表（见图）为例介绍如下：,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,1.使用前的准备,使用前检查指针是否指在零位。如不在零位，可用小螺丝刀调节机械零位调节器，使指针指在零位上。然后将红表笔插在“+”插口内，黑表笔插在“”插口内。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,2.直流电流的测量,将转换开关旋至直流电流档，该档有“”和“”两个档位，共有50、500、5、50、500五个量程。测量时根据待测电流的大小选择合适的量程。测量时，要将电表串接在电路中，让电流从“+”插口流入，“-”

11、插口流出。切勿把红、黑两表笔棒跨接在电源两端，以避免电流过载而烧坏电表。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,3.直流电压的测量,将转换开关旋至直流电压（）档,该档有1、5、25、100和500五个量程。使用时根据待测电压的大小选择量程，红、黑表笔接在待测电压的两端，红表笔接高电位，黑表笔接低电位，保证电流由“+”插口流入，“-”插口流出。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,4.交流电压的测量,将转换开关旋至交流电压档，该档有10mA、100mA和500mA三个量程，所示值为交流电压的有效值。测量方法与测量直流电压时相似。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,5.电阻的测量

12、,将转换开关旋至欧姆档“”，该档有1、10、100、1k和10k五个量程，测量时根据待测电阻的大小选择合适的量程。测量前，先将两表笔棒短路，使指针向满刻度方向偏转，调节“欧姆零点”旋钮，使指针指向“0”上。 应注意的是：每当换量程（倍率）时，都必须重新调节“欧姆零点”旋钮，使指针指向“0”上。然后将两表笔棒跨接在待测电阻的两端，将读取的欧姆数乘以倍率即为电阻测量值。注意不要在电路通电情况下用欧姆档测量电阻。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验原理】,万用电表（以下简称万用表）又称多用电表。常用来测量交、直流电压、直流电流和电阻等电学量，并且每功能档具有多种量程，使用十分方便，是电

13、路测试和元件检查的常用仪表。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验原理】,万用表测量电阻的原理图如图所示。 其中虚线框内部分为欧姆表，和为两表棒插口。测量时，将待测电阻接在和之间。在欧姆表中，为电源（干电池），为表头，为限流电阻。据欧姆定律，得 式中IX为回路中的电流；为表头内阻。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验步骤】,一、测量交流电压 二、测量电阻 三、测量晶体二极管正、反向电阻值 四、测量直流电压和电流 五、用多用表检查线路故障,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,一、测量交流电压,用万用表测量实验室的交流电压。将数据记录在表格中。,2008-1,锦州师

14、范高等专科学校物理系,二、测量电阻,测量两只待测电阻（一只几十欧，一只几千欧）的电阻值。将所测的数据记录在表格中。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,三、测量晶体二极管正、反向电阻值,如图所示，用万用表测量电阻时，黑表棒与表内电池的正极相连，黑表棒的电势高于红表棒的电势。因此测量二极管的正向电阻时，应将黑表笔棒与二极管正极相连，红表笔棒与二极管负极相连。测量二极管正向电阻时，一般使用“100、1”的欧姆档。测反向电阻时，黑表笔棒与二极管负极相连，红表笔棒与二极管正极相连，一般用“10”的欧姆档。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,四、测量直流电压和电流,按图24-3连接线路 用

15、多用表分别测量负载电阻的直流电压和电流。调节滑线变阻器滑动端的位置，测量三次。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,五、用多用表检查线路故障,1.图24-4连接线路，其中为滑线变阻器，为电阻箱，为固定阻值的电阻。闭合开关，小电珠不亮，试用万用表找出故障，记下发现故障的经过。 2.实验室调换损坏的电学元件（或导线）后，再按图244连接线路。闭合开关，小电珠亮（故障的设置由实验室安排）。 3.调节滑线变阻器滑动头，观察小电珠亮度变化。 4.调节电阻箱的阻值，观察小电珠亮度变化。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【注意事项】,1.执表棒时，手不能接触任何金属部分，以免发生触电事故。

16、2.在用表棒笔尖接触测量点的同时，要注视表针的偏转情况，一旦表针偏转过度或反向偏转，应迅速使表棒离开测量点。千万别拨错了测量档位，以免烧毁表头。 3.不得测带电的电阻。不得测电流极小的电阻（如灵敏电流计的内阻）。不得测任何电源的内阻。 4.测量完毕，将转换开关置于交流（或直流）电压最大量程处，以保护仪表。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【数据记录】,实验室交流电压U=_V。待测电阻标称值Rb1=_；Rb2 =_. 待测电阻测量值R1=_；R2 =_；二极管正向电阻R正=_. 二极管反向电阻R反=_；直流电压UR=_；电流IR=_。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【思考题

17、】,1.使用万用表测量电阻时应注意哪些问题？ 2.用过万用表后，为什么要把转换开关置于电压的最高档位？为什么不能放在直流电流档或欧姆档？,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,实验二十五 用惠斯通电桥测电阻,【实验目的】 【实验仪器】 【实验原理】 【实验步骤】 【注意事项】 【数据记录】 【思考题】,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验目的】,1.掌握惠斯通电桥测电阻的原理。 2.学会自己组合惠斯通电桥测电阻。 3.掌握箱式惠斯通电桥的使用方法。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验仪器】,电阻箱（三只） 指针式检流计 滑线变阻器 直流稳压电源 直流单臂箱式电桥

18、万用表 开关（两只）,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,指针式检流计,检流计又称灵敏电流计，常用于检测电路中微弱的直流电流和电压，在电路中作电流示零仪。 -5型直流指针式检流计的面版图如图所示 1-制动拨钮 2-调零旋钮 3-输入端钮 4-电计按钮 5-短路按钮,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,直流单臂箱式电桥,型直流单臂箱式电桥的电路图如图所示,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,直流单臂箱式电桥,型直流单臂箱式电桥的面版图如图所示 1-检流计调零旋钮 2-外接检流计端钮 3-外接电源端钮 4-比率臂旋钮 5-比较臂旋钮 6-待测电阻接入端钮 7-电桥平衡粗调按钮 8

19、-电桥平衡细调按钮 9-内接电源开关按钮,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,直流单臂箱式电桥,注意：使用惠斯通电桥测电阻前，应先用万用表粗测待测电阻的阻值，然后选用合适的比率（尽可能使R有四位有效数字）,并将比较臂的旋钮旋至适当的位置上，这样可避免因电桥远离平衡状态而使检流计流过太大的电流。 比率C的选择参见表,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验原理】,惠斯通电桥是直流单臂电桥，其原理图如图所示。图中R为电阻箱，R1、R2为已知阻值的标准电阻，它们和待测电阻RX连成一个四边形，每一条边称为电桥的一个臂。在对角和之间接入电源E。在对角B和D之间用检流计G搭桥连接，它的作用是

20、直接比较桥的B、D两端的电位。若调节R使B点和D点电位相等，则检流计G中无电流通过，电桥达到平衡。此时有： I1R1=I2R2 I1R=I2RX 两式相除，得 通常RX称为待测臂；R为比较臂；R1和R2为比率臂。 令C=R1/R2，称为比率，由上式可见，在电桥平衡时，只要知道比率C和R的阻值，就可算出待测电阻RX的阻值。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验步骤】,一、用自组惠斯通电桥测电阻 二、用直流单臂箱式电桥测电阻,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,一、用自组惠斯通电桥测电阻,1.按图放置好各实验器材。其中R1、R2和R为电阻箱；R0为滑线变阻器。开始时电阻调至最大，

21、直流电源的输出电压选用4.5V。 2.按图接好线路，将滑线变阻器滑动到某一位置，先用万用表粗测待测电阻RX的阻值，根据RX的粗测值，选用合适比率C和比较臂R的近似值。 3.闭合开关K1，断开开关K2，粗调比较臂R的阻值，使电桥达到平衡。在粗调中可逐步减小限流电阻R0 ，反复调整，使之平衡。 4.闭合开关K2 ，细调比较臂R的阻值，使电桥平衡，记下R的示值。 5. 计算出待测电阻RX的阻值。 6.改变滑线变阻器RX的阻值两次，使比率C为不同值，重复步骤25，测量电阻的阻值。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,二、用直流单臂箱式电桥测电阻,1.放平电桥，调节检流计调零旋钮使检流计指针指零。

22、 2.用万用表粗测待测电阻RX，然后将待测电阻RX接入X1和X2端钮之间。 3.根据待测电阻的粗测值，选用合适的比率C（尽可能使R有四位有效数字），并将比较臂的旋钮旋至适当位置上。 4.将B0按下并锁住，用跃接法（按下后立即松开）按下G1，用逐步逼近法调节比较臂R，使得电桥平衡。松开G1 ，再按下G0，细调R再使电桥平衡。记下R示值。 5.由式（25-2），计算出待测电阻RX的阻值。 6.重复步骤2、3、4、5测量另外两只待测电阻的阻值。 7.测试完毕，将 G0、B0按钮放松。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【注意事项】,1.在用自组电桥测电阻时，选取电源电压及比率臂R1和R2的电

23、阻时，应注意电阻箱的载流能力，切勿超过额定电流。 2.在调节电桥平衡时，如果检流计的指针偏转到两个端点位置，切忌长时间按住B0和G1（或B0和G0）两个按钮调节比较臂R，因为检流计长时期过载容易损坏。 3.待测电阻未接入电桥前，严禁按下B0和G1（或B0和G0）按钮，否则因检流计中电流过大而损坏电表。 4.不能用箱式电桥测试带电线路或有电元件。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【数据记录】,表25-2 用自组惠期通电桥测电阻,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【数据记录】,表25-3 用直流单臂箱式电桥测电阻,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【思考题】,1.用自组电

24、桥测电阻时，滑线变阻器R0起什么作用？为什么开始时要把阻值调到最大，而以后又逐渐减小？ 2.用直流单臂箱式电桥测电阻时，为什么要用跃接法按“G1”、“G0”按钮？操作按钮B0、G1和G0的顺序是什么？,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,实验二十六 电子示波器的使用,【实验目的】 【实验仪器】 【实验原理】 【实验步骤】 【注意事项】 【数据记录】 【思考题】,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验目的】,1.了解电子示波器主要组成部分和工作原理。 2.掌握示波器的基本操作方法，学习用示波器观察电信号的波形，并了解信号发生器的使用方法。 3. 学习使用示波器测定电信号的频率，利

25、用电子示波器观察李萨如图形，进一步加深对互相垂直振动合成理论的理解。学会一种测量简谐振动频率的方法。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验仪器】,示波器 信号发生器,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验原理】,一、通用示波器的原理框图 二、示波管的结构和工作原理 三、示波器显示波形的原理 四、用利萨如图测量正弦波电压的频率,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,一、通用示波器的原理框图,通用示波器的型号很多，从结构上大体包括如图所示的几个部分。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,二、示波管的结构和工作原理,示波管也称阴极射线管，它的基本结构如图所示，主要包括

26、电子电子枪、偏转系统和荧光屏三部分。 图中H、H钨丝加热电极；C阴极；G控制栅极；FA聚焦电极；A1第一加速阳极；A2第二加速阳极；X1、X2水平偏转板；Y1、Y2垂直偏转板。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,三、示波器显示波形的原理,若只在竖直偏转板上加一交变正弦波电压，则电子束的亮点将随着电压的变化在竖直方向来回运动；如果电压的频率较高，就能看到一条竖直亮线，如图所示。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,正弦波电压的显示过程,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,四、用利萨如图测量正弦波电压的频率,如果示波器的X、Y轴同时输入的都是正弦交流信号电压，荧光屏上亮点的轨迹

27、将是两个互相垂直的简谐和振动合成的结果。特别当两具正弦交流信号电压的频率相等或成简单整数比时，亮点的轨迹为一稳定的曲线，这种合振动的图形称为利萨如图形，如图所示。 通过观察荧光屏上利萨如图形进行频率对比的方法称作利萨如图形法。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验步骤】,一、检查示波器的工作情况 二、观察信号波形 三、观察李萨如图形,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,一、检查示波器的工作情况,1.将下列旋钮和开关预先选好档位，做好通电前的准备工作。 2.接通电源，指示灯亮。等待预热几分钟后，荧光屏上就会出现一条绿色的亮线。此时就可以检查下列各旋钮的作用。 3.检查“X轴衰减

28、”与“Y轴衰减”的工作情况 4.检查“整步选择”和整步增幅“的工作情况。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,二、观察信号波形,1.打开信号发生器，将信号发生器“频率粗调”置于“10”，“正弦波幅度” 置于最大，“方波幅度”置于最大，“正弦波衰减”置于“0dB”。 2.用导线将信号发生器的“正弦波”和“”端分别接至示波器的“轴输入”和“接地”端钮。 3.调节信号发生器的“频率细调”旋钮，将信号发生器的频率调至100Hz。调节示波器的“扫描微调”及“整步增幅”旋钮，使示波器上出现稳定的图形。将该波形记录。 4.用导线将信号发生器的“方波”和“”端钮分别接到示波器的“Y轴输入”和“接地”端钮

29、，观察方波的波形，并记录。 5.以“三角波”端钮代替“方波”端钮，观察三角波的波形，并记录。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,三、观察李萨如图形,1.将示波器上的“X轴衰减”置于“10”档；用导线将“实验信号”端钮与“Y轴输入”端钮连接，这时轴方向的振动频率fY=100。 2.用导线将信号发生器的“正弦波”和“”端钮分别与示波器的“X轴输入”和“接地”端钮连结。 3.调节信号发生器的输出信号频率，得出不同频率比的李萨如图形，读出信号频率的数值，画出李萨如图形，并记录。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【注意事项】,1.为了保护荧光屏不被灼伤，使用示波器时，光点亮度不能太强，

30、而且也不能让光点长时间停在荧光屏的一点上。 2.实验过程中，如果短时间不使用示波器，可将“辉度”旋钮逆时针旋至尽头，使光点消失。不要经常通断示波器，以免缩短示波器的使用寿命。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【数据记录】,信号波形图,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【数据记录】,不同频率比的李萨如图形,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【思考题】,1.示波器上图形不断向右跑，扫描频率是偏高还是偏低？ 2.观察李萨如图形时，能否用示波器的“整步”调节将图形稳定下来？,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,实验二十八 用线式电位差计测电池的电动势,【实验目的】 【实

31、验仪器】 【实验原理】 【实验步骤】 【注意事项】 【数据记录】 【思考题】,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验目的】,1.掌握电位差计的工作原理。 2.学习用线式电位差计测电动势。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验仪器】,“+ -”线电位差计 标准电池 待测电池 可变电阻器 检流计 温度计 直流稳压电源 电阻器 双刀双掷开关 单刀单掷开关。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,“+ -”线式电位差计,“+ -” 线式电位差计的结构如图所示。 粗细均匀电阻丝长度为11米，往复绕在接线孔0、1、10上，被折成11段，每段长1米。插头C可在上述11个接线孔中任意

32、选择一个位置，电阻丝B0旁边附有带毫米刻度的标尺，滑动触头D可在上面滑动。改变插头C和滑动触头D的位置，可使C、D间的电阻丝在01米之间连续变化。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,标准电池,标准电池是由镉-汞化学溶液与特定材料电极组成的原电池，在恒定的温度下具有电动势稳定的特点，标准电池的电动势随温度变化规律为 式中ES (20)为200C时标准电池电动势，其值ES=1.0186V。 使用标准电池的注意事项： 1.标准电池的容量很小，只允许通过1uA以下的电流，因此不可作电源使用，并严禁用伏特表或万用表直接测量。 2.轻拿轻放，尽量避免震动，以免损坏内部的玻璃容器。 3.注意标准电池

33、的极性。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验原理】,电位差计是应用补偿原理制成的精密仪器，其原理图如图所示。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验步骤】,1.根据实验室温度计算出标准电池的电动势。 2.按照原理图接好电路。 3.将可变电阻器Rn调到适当位置，合上开关K1，断开K3，电阻R取合适的电阻值，将双刀双掷开关掷向Es一边，调节插头C和滑动触头D的位置，使检流计指针为零。逐渐减小R阻值，每次均需要再调节滑动触头D的位置，使检流计指针为零。合上开关K3，再次调节滑动触头D，保持检流计指针为零，记录下CD间电阻丝的长度Ls。 4.保持可变电阻器Rs不变。合上开关K3

34、，再次调节滑动触头D，保持检流计指针为零、记录下CD间电阻丝的长度Lx。 5.微小调节可变电阻器Rn，改变工作电流，重复步骤3、4四次。计算出待测电池电动势，并求其平均值。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【注意事项】,1.线路中直流稳压电源E，标准电池Es和待测电池Ex的极性均不可接反。 2.做完实验应先断开标准电池的接线，再拆除电源接线。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【数据记录】,用线式电位差计测电池的电动势 室温:t= 0C Es= V,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【思考题】,1.工作回路中的电源E与待测电池Ex、标准电池Es的大小及极性必须满足什么

35、样的关系？ 2.为什么用电位差计测量电动势或电压要比电压表测得准确？,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,实验二十九 电表的改装和校正势,一、自组电路实验 二、TKDG-2电表改装与校准实验仪进行电表的改装和校准,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,一、自组电路实验,【实验目的】 【实验仪器】 【实验原理】 【实验步骤】 【数据记录】,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验目的】,1.学习用比较法测量微安表的内阻。 2.掌握将微安表改装成大量程的电流表和电压表的原理和方法。 3.学会对改装表进行校正和绘制校正曲线。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验仪器】,

36、微安表 滑线变阻器 旋转式电阻箱 直流稳压电源 毫安表 电压表 单刀单掷开关 双刀双掷开关,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验原理】,根据分压和分流原理，将表头串联或并联适当电阻值的电阻，即可改装成所需量程的电流表或电压表。 1、将微安表改装成电流表 2、微安表改装成电压表 3、改装表的校正,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,将微安表改装成电流表,微安表的量程Ig很小，在实际使用中，若测量较大的电流，就必须扩大量程。方法是在微安表的两端并联分流电阻Rs，如图所示。 这样使大部分被测电流从分流电阻Rs上流过，而通过微安表的电流不超过原来的量程Ig。,2008-1,锦州师范高

37、等专科学校物理系,微安表改装成电压表,微安表可以测电压，但它的量程为IgRg，是很低的。在实际使用中，为了能够测量较高的电压，在微安表上串联一个附加电阻Rh，如图所示。 这样就可以使大部分电压降在串联附加电阻Rh上，而微安表上的压降很小，仍不超过原来的电压量程IgRg。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,改装表的校正,改装后的电表必须经过校正方可使用，改装后的电流表和电压表的校正电路分别如图29-3和29-4所示。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验步骤】,一、用比较法测量微安表的内阻 二、电流表的改装和校正 三、电压表的改装和校正,2008-1,锦州师范高等专科学校物理

38、系,一、用比较法测量微安表的内阻,1.按图接好线路，将滑线变阻器R0的滑动头C靠近B端。 2.将开关K1闭合，将双刀双掷开关K2接到待测表上，调节滑线变阻器R0，使比较电流表在一个较大的示值处。 3.把双刀双掷开关K2打到旋转式电阻箱R1一侧，保持变阻器R0的阻值不变，调节电阻箱R1上的电阻,使比较表中的电流仍然保持步骤2时的示值，此时旋转式电阻箱上的电阻值R1等于待测微安表的内阻Rg，即Rg=R1。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,二、电流表的改装和校正,1.将量程为100uA的微安表改装成量程为100mA的毫安表。计算出Rs的数值，用电阻箱作Rs，按原理图接好线路。 2.使电流表

39、从小到大校准10个刻度，然后电流从大到小重复一遍。即从10.0，20.0，30.0100.0mA；再从100.0，90.0，10.0mA。 3.以改装电流表的示值I为横坐标，示值I的校正值I=Is-I为纵坐标，做出改装表的I-I校正曲线。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,三、电压表的改装和校正,1.将量程为100uA的微安表改装成量程为1V的电压表。计算出的Rh数值，按原理图接好线路。 2.使电压表从小到大校准10个刻度，然后电压从大到小重复一遍，即从0.100，0.200，1.000V；再从1.000，0.900，0.100V。 3.以改装电压表的示值U为横坐标，示值的校正值U=U

40、s-U为纵坐标，做出改装表的U-U校正曲线。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【数据记录】,电流表的改装与校正,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【数据记录】,电压表的改装与校正,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,二、TKDG-2电表改装与校准实验仪进行电表的改装和校准,【实验仪器】 【实验原理】 【实验步骤】 【注意事项】 【思考题】,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验仪器】,TKDG-2电表改装与校准实验仪,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验原理】,1.微安表内阻的测量 2.微安表改装成毫安表 3.微安表改装成伏特表 4.微安表改装成欧

41、姆表,（实验原理与方法一相同),（实验原理与方法一相同),2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,1.微安表内阻的测量,微安表中的线圈是用绝缘的油漆包线绕制而成，因此一个表头都具有一定的电阻，称为微安表的内阻，用Rg表示。在电表的改装与校正时需要知道微安表的内阻Rg和最大量程Ig，Ig可以从表盘上直接看出，而内阻Rg则需要测出。 测定表头内阻的方法很多，常用的有替代法、半偏法、电桥法等。此实验采用半偏法来测量表头内阻Rg，电路如图所示。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,4.微安表改装成欧姆表,欧姆表是用来测量电阻大小的电表，其电路如图所示。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系

42、,【实验步骤】,1.测量微安表（100）内阻 2.将100表头改装成量程为2的电流表。 3.将100的表头改装成量程为2的电压表 4.将100的表头改装成量程为的电压表 5.将100的表头改装成欧姆表 6.自行设计数据表格记录实验数据,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【注意事项】,1.每次实验前，应将电源调节旋钮反时针调到头。 2.做实验时，应及时装换标准表，以免烧坏电流档。 3.更换保险时，应断开总电源，以免触电。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【思考题】,1.校准电流表时，如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏高，试问要达到标准表的数值，此时改装表的分流电阻应调大

43、还是调小？为什么？ 2.校正电流表时，如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏低，试问要达到标准表的数值，此时改装表的分流电阻应调大还是调小？为什么？ 3.欧姆表的刻度是怎样标定的？有什么特点？ 4.改装欧姆表的原理是什么？中值电阻是什么？,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,第二部分提高性实验,实验三十 灵敏电流计的使用 实验三十一 用箱式电位差计较正电表 实验三十三 磁场的测绘 实验三十四 模拟法测绘静电场 实验三十八 霍尔效应测磁场,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,实验三十 灵敏电流计的使用,【实验目的】 【实验仪器】 【实验原理】 【实验步骤】 【注意事项】 【思考题

44、】,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验目的】,1.了解灵敏电流计的基本结构和基本原理，学习其使用方法。 2.测定灵敏电流计的电流常量、内阻和外临界电阻，掌握控制其 工作状态的方法。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验仪器】,AC-15型直流复射式检流计 电阻箱 电压表 滑线变阻器 高精度稳压电源 按键开关 双刀双掷开关 单刀开关,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验原理】,一、灵敏电流计的基本结构 二、线圈运动的阻尼特性 三、测量电路,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,一、灵敏电流计的基本结构,灵敏电流计是一种高灵敏度的测量仪表，它的基本结构如图

45、所示。 在永久磁铁N、S极之间，安置一个柱形软铁芯F，使磁极与软磁芯之间产生均匀的径向磁场，矩形线圈用一根金属悬丝悬挂起来，该金属悬丝不仅作为线圈电流的进出引线，还作为线圈旋转的转轴。当线圈通有电流时，线圈在磁场中受到磁力矩而发生偏转，同时悬丝被扭转而产生反方向的弹性扭力矩。在偏转角为时，磁力矩和弹性扭力矩相等，线圈就达到平衡。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,一、灵敏电流计的基本结构,通过调节外电路电阻Rout的大小，就可控制阻尼力矩M的大小，从而控制线圈的运动状态。 1.当Rout较大时，M较小，线圈作来回减幅振动，需要经过较长时间才能停在新的平衡位置上，这种运动状态称为阻尼振荡

46、（或欠阻尼）状态，如图曲线I和 I。 2.当Rout较小时，M较大，线圈缓缓地趋向新的平衡位置。这种状态称为过阻尼状态，如图曲线和。 3.当Rout等于某一定值时，线圈很快达到平衡位置又不发生振荡。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,二、线圈运动的阻尼特性,在使用灵敏电流计时，我们常会看到，当通过灵敏电流计的电流发生变化时，光标会摆动很久才逐渐地停在新的平衡位置上，这时读数很费时间。一般指针式电表由于内部装有磁阻尼线圈，通电后指针很快摆到平衡位置上，而不来回摆动。灵敏电流计却不可以用这种方法，它的阻尼问题需要借助于外电路来解决，因此需要研究灵敏电流计线圈运动的阻尼问题。,2008-1,

47、锦州师范高等专科学校物理系,二、线圈运动的阻尼特性,根据电磁感应定律，线圈在磁场中运动，由于切割磁力线而产生感应电动势，相应的感应电流与磁场相互作用而产生阻止线圈运动的电磁阻尼力矩M，它的大小与回路的总电阻（电流计内阻Rg与外电阻Rout之和）成反比，即,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,三、测量电路,实验电路如图所示。电源电压经过两次分压，在小电阻R0上得到极小的电压，设通过灵敏电流计的电流为I，电压表上的电压为U，在R0R1,R0R2的情况下，有 将I=kd代入上式，化简可得,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验步骤】,一、调节灵敏电流计 二、观察灵敏电流计的三种运动状

48、态，测量临界外电阻 三、测量电流计的电流常量和内阻,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,一、调节灵敏电流计,1.将电源开关置于220V档，接通电源。 2.当指示光标出现后，将“分流器”置于“*0.01”档。转动“零点 调节”旋钮，将光标调至标尺零点附近（23mm以内），微调“标盘活动调零器”，使光标与标尺零点重合。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,二、观察灵敏电流计的三种运动状态，测量临界外电阻,1.按图接好电路，开关K1、K2处于断开状态，经教师检查后方可接通电源。 R2的阻值先取临界外电阻Rc的45倍，R010。R1取几千欧姆数量级。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理

49、系,二、观察灵敏电流计的三种运动状态，测量临界外电阻,2.合上开关K1，调节滑线变阻器R使电压表读数为零。然后再合上K2，调节滑线变阻器R缓缓增加电压，同时观察光标的运动，直至光标大约偏转到满刻度的一半时，断开K2，观察光标振动情况。当光标经过零点刻度时，立即按下断路开关S，使光标迅速回到零点位置。如果光标静止后，零点不对正，应再次调整零点。然后反向接通开关K2，重复上述观察。停在零刻线上。反向接通K2，重复上述实验。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,二、观察灵敏电流计的三种运动状态，测量临界外电阻,3.测定外临界电阻Rc先使R2较大，并使光标偏转到标尺满刻度的一半左右。断开K2，观

50、察光标振荡情况，然后使R2减小（同时减小电压，使光标不至超过满刻度），直到R2减小到光标的振动呈临界阻尼状态，即光标很快回到零刻线且不发生振动又恰好不超过零刻线，这时灵敏电流计处于临界阻尼状态。记下此时R2的值，则外临界电阻Rc=R0+R2。要注意在适当的范围内改变R2的大小，从而找到光标从同一偏转位置回零时间最短的Rc的阻值。 4.再减小R2的值，断开K2，观察光标的过阻尼状态。此时光标以非常缓慢的速度趋向于零刻线。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,三、测量电流计的电流常量和内阻,1.将“分流器”置于：“1”档，调节滑线变阻器，使光标偏转接近满刻度。 2.将电阻R2的值和光标偏转d

51、L并记录，开关K2换向，使光标反向偏转，记取光标偏转dR。取其中均值，以消除悬丝左右扭转时不对称带来的影响。 3.使R2每次增加R2（由实验室给出），共8次，重复步骤2。 4.以光标偏转长度的倒数（1/d）为横坐标，电阻R2为纵坐标，作R2-1/d图线。从图线中求出直线的斜率a和截距b，分别求出电流计的电流常量和内阻。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【注意事项】,1.测量中若光标振荡不停，可用按键开关S，使电流计受到阻尼。 2.在改变电路，使用结束和移动电流计时，均应将电流计的“分流器”置于“短路”档，使电流计处于短路状态。 3.接通电源后，若在标尺上未出现光标时，可将“分流器”置

52、于“直接”档，并将电流计轻微摆动，如有光标影象扫掠，则可调节“零点调节器”，使光标调至标尺上。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【数据记录】,测量灵敏电流计电流常数和内阻,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【思考题】,1.与指针式检流计相比，直流复射式检流计具有较高灵敏度的原因有哪些？ 2.为什么在搬移检流计时，要使检流计处于短路状态？,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,实验三十一 用箱式电位差计较正电表,【实验目的】 【实验仪器】 【实验原理】 【实验步骤】 【注意事项】 【思考题】,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验目的】,1.了解箱式电位差计的结构

53、原理。 2.熟练掌握使用箱式电位差计的正确使用方法。 3.运用箱式电位差计校正电压表或电流表。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验仪器】,UJ-31箱式电位差计 标准电池 直流电源 检流计 滑线变阻器 电阻箱 标准电阻 待校正电表 开关和导线,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验原理】,如图所示，由工作电源E、电阻RAB、限流电阻Rp、构成测量电路，电路中流有稳定的直流电流I0；电源E（Es或Ex）和检流计组成补偿电路，调节C电使检流计中的电流为零，AC间电压设为UAC，则：E=UAC，而UAC=I0RAC（RAC为A、C间电阻），当开关K2连接标准电池Es时有Es=

54、I0RAC 如将开关K2连接Ex，保持测量电路中电流仍为I0，调节滑动电阻器C端至某一C位置，使检流计中电流也为零，则有Ex=I0RAC 得 即通过电阻间接比较Ex与Es，从而求出Ex。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验原理】,1.箱型电位差计的工作电流与电压值标度 2.标准电池与工作电流的校准 3.用电位差计测量电动势（或电压）、电阻及电流 4.电位差计灵敏度、准确度等级及基本误差,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,1.箱型电位差计的工作电流与电压值标度,如图，将电阻RAB改为相同阻值的电阻R的串联电路。设计仪器时先规定仪器的工作电流I0，其次按确定R的精确值，这样制

55、作的电位差计其a、b、c各点和A点电势差为0.1V、0.2V、0.3V，因此可将这些电压值标在a、b、c各点处。,(此图仅是标度方法的示意图),2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,1.箱型电位差计的工作电流与电压值标度,使用此标度过的电位差计去测量，可按着下图所示，移动P点，当检流计中的电流为零时，则P点处的示值将等于电动势Ex之值。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,2.标准电池与工作电流的校准,如图的电路是在原电路中加入用标准电池Es控制电流的校准电阻Rs。例如200C时，饱和式标准电池的电动势为1.01859V，则在设计时使电阻Rs在DC间阻值，并在C点处标以1.01859

56、V。以后每在200C使用此仪器时，先将C移至1.01859V处，调节限流电阻Rp，使检流计读数为零，此时测量电路中的电流即等于设计的工作电流I0。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,3.用电位差计测量电动势（或电压）、电阻及电流,箱式电位差计的原理如图所示，将待测电池的两极或待测电压的二点接到X1X2，图中的双刀双掷开关K1倒向右侧，则检流计和校准电路联接，K1倒向左侧则检流计和被测电路联接。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,3.用电位差计测量电动势（或电压）、电阻及电流,（1）测量电池的电动势或AB两点间电势差时，可按图(a)联接。 （2）测量回路的电流如图(b)，当为标准

57、电阻时，测出其两端的电压UAB，则电流I=UAB/R,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,3.用电位差计测量电动势（或电压）、电阻及电流,（3）电阻的测量如图，将待测电阻Rx和标准电阻Rs串联在一电路中，分别测量其两端的电压UAB和UBC，因回路中电流一定，所以 图中的双到双掷开关K1是为了AB、BC测量转换用的，有些电势差 计将此开关K装在电位差计的箱中。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【实验步骤】,1.了解UJ-3型电位差计 2.校准工作电流 3.校正电压表 4.校正毫安表 5. 设计表格记录实验数据。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,1.了解UJ-3型电位差计

58、,1.参照使用说明书，观察电位差计面板，了解各旋钮的作用，UJ-3型电位差计如图所示。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,2.校准工作电流,将实验室提供的标准电池、供电电源及检流计按要求分别接入电路8中的“标准”、“电源5.7-6.4”及“检流计接钮上”。查出室温下标准电池的电动势，扭转Rs使之符合此值。由粗到细调节限流电阻Rp1Rp3使检流计指示为0，此时电位差计达到平衡，这就校准了工作电流I0，以后不要再动Rp。实验中途要检查I0是否变化，如有变化要重新校准。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,3.校正电压表,对实验室指定的电压表进行校正。测量电路如图所示，R1为限流电阻，

59、实验中使用电阻箱，R2为滑线电阻器，V为带校正电压表，E采用高精度稳压电源。实验时，电位差计先不接入电路，调节R1的阻值，改变工作电路中的电流，使滑动电阻器的滑动端从右滑动最左端时，电压表所测得的电压能覆盖电压表的全量程，然后将电位差计的未知2（或未知1）的正、负级接入A、B点（注意不能接反）。要在电压表的全量程中，从小到大选1015点进行测量，即用电压表和电位差计同时逐点测量。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,4.校正毫安表,测量电路如图所示。Rs为标准电阻，A为待校正安培表，Rd为限流电阻，R1、R2分别为高阻值和低阻值的滑线变阻器。实验时R2选择电阻值低，额定电流较大的电阻箱，从而可以粗略调节流过电流表的校正电流，电流的标准值可由电位差计测出Rs两端的电压Us后，换算出来。按照实验步骤3要求进行实验。要在电流表的全量程中，从小到大选1015点进行测量，即用电流表和电位差计同时逐点测量。,2008-1,锦州师范高等专科学校物理系,【注意事项】,1.严格按照标准电池的使用方法使用标准电池。 2.箱式电位差计是高精度测量仪器，使用时要十分注意电源的极性，不可接错并按要求提供电压值。,2008-1,锦州师