大学物理实验

大学物理实验 主讲教师刘玉富 2008年1月

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】 • 【思考题】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。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α，则与电表的最大引用误差的关系是：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0.1Ω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。锦州师范高等专科学校物理系

使用电表时应注意以下几点 • 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。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。该电路称作分压电路。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。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。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。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。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、电流值并记录。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）。锦州师范高等专科学校物理系

【数据记录】 锦州师范高等专科学校物理系

【思考题】 • 1.在图23-7和图23-8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？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】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。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：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。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，“-”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。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。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。锦州师范高等专科学校物理系

5.电阻的测量 • 将转换开关旋至欧姆档“Ω”，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“0Ω”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“0Ω”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。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，是电路测试和元件检查的常用仪表。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。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。锦州师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。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。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。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24—4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。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。 • 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。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=___Ω；Rb2 =___Ω. • 待测电阻测量值R1=___Ω；R2 =__Ω；二极管正向电阻R正=___Ω. • 二极管反向电阻R反=___Ω；直流电压UR=______；电流IR=_____。锦州师范高等专科学校物理系

【思考题】 • 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？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】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。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 • 万用表 • 开关（两只）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-电桥平衡细调按钮 9-内接电源开关按钮锦州师范高等专科学校物理系

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。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的选择参见表直流单臂箱式电桥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。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锦州师范高等专科学校物理系

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