《电磁学实验》教学大纲物理与电子科学学院楚雄师范学院Word文档下载推荐.docx
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不确定度理论等内容。
开设电磁学实验课的目的,一方面是使学生较系统地掌握电磁学实验基本仪器的使用方法;
培养学生实验基本技能;
另一方面是通过实验培养学生的科学态度、科学方法和科学精神。
电磁学实验课的任务是:
通过本课程的教学,使学生对实验科学中讲究客观真实的要求有一定的认识,具有应用常规电磁学学实验仪器进行实验观测的能力,能正确理解不确定度概念,能初步计算A类不确定度和进行数据处理。
具有设计简单实验方案的能力。
2、课程的基本要求
通过理论课教学,使学生初步熟悉有关的不确定理论。
数据处理方法,如直接测量物理量测量值的数据处理;
用不确定度传递理论计算间接测量量的不确定度;
不确定度估计和最小二乘法;
知道电磁学实验基本仪器基本知识及电磁学实验注意事项等。
通过实验教学,使学生加深对静电场和稳恒磁场分布规律的认识;
掌握电流、电压、电阻、电动势和磁感应强度等基本量的测量方法;
熟练地使用电流表、电压表、电桥、电位差计、检流计、标准电池、标准电容、标准电感、电阻箱等基本测量仪器与仪表,学会用信号发生器、毫伏表进行测量,用示波器观察电信号的波形及进行有关量的测量;
能初步分析实验中存在的不确定度,并能计算A类不确定;
能用不确定传递公式计算间接测量量的不确定;
会用列表法、逐差法、作图法和最小二乘法处理数据。
通过综合性设计性实验教学,使学生了解设计实验方案的基本方法。
实验分组为2人一组。
3、课程的学时安排
学分
大纲共列出15个实验,(实际做实验14个)实验时每周6学时(预习1学时,实习3学时,分两大组)
每组总学时:
46学时(理论4学时实验42学时)
4、授课对象
物理与电子科学系物理学(师范类)本科专业
5、先修课程
力学实验和热学实验、电磁学。
二.课程内容与学时分配
第一篇.测量的不确定度和数据处理(4学时)
1、测量的不确定度
2、常用的数据处理方法。
要求:
(1)理解不确定度概念;
知道不确定度的类型。
(2)会计算不确定度;
(3)会运用常用的数据处理方法处理数据。
实验一、用稳恒电流场模拟静电场
目的:
用模拟法研究静电场;
会使用CE—N静电场描绘仪。
内容:
1、描绘无限长同轴圆柱之间的电场的等势线;
2、练习运用线性回归法处理数据。
主要仪器:
CE—N静电场描绘仪、探针、游标卡尺、滑线变阻器、钢尺、复写纸、纸、圆规(自备)
实验二用伏安法测电阻
理解分压电路。
掌握分压器的使用方法;
掌握在测量对象为低电阻和高电阻时电压表的两种接法。
练习计算A类不确定度。
练习应用列表法和作图法处理数据。
了解二极管的伏安特性。
会选择、使用电压表和电流表。
1、用伏安法测两只不同电阻的电阻值;
2、测量一只二极管的伏安特性。
直流电源U=0~30V、滑线变阻器240Ω、电压表A:
1.5V—3.V—7.5V(1.5Ω3Ω7.5Ω)、B:
15V30V75V用来测量高电阻或二极管反向伏安特性曲线。
毫安表25mA——50mA——100mA内阻数量级、微安表(100μA、R=1900Ω)、万用表(自备)、
实验三、用直流(惠斯登)电桥测电阻
掌握用直流电桥测电阻的原理和方法;
掌握用箱式单电桥测电阻的方法;
理解电桥的灵敏度概念。
1、用直流电桥测量两只不同电阻的电阻值;
2、用QJ23型直流电阻电桥测量四只不同电阻的电阻值;
滑线式单电桥、QJ23型直流电阻电桥、直流电源、电阻箱、滑线变阻器、检流计(指针式)、待测电阻四只、开关、导线等
实验四、灵敏电流计特性的研究
了解灵敏电流计的基本结构和工作原理;
掌握灵敏电流计和标准电阻的正确使用方法;
理解灵敏电流计线圈的三种阻尼运动.掌握测量灵敏电流计内阻RG和灵敏度SI的方法.
1、观察判断灵敏电流计线圈的三种阻尼运动状态;
2、测量灵敏电流计内阻RG和灵敏度SI;
3、用线性回归法处理数据。
灵敏电流计——AC15/6型直流复射式灵敏电流计、直流电源、电阻箱、标准电阻1Ω、滑线变阻器、直流电压表、单刀双掷开关、双刀双掷换向开关等
实验五、用板式电位差计测量电池的电动势和内电阻
理解补偿法则的原理;
掌握电位差计的结构和使用方法;
用板式电位差计测量电池的电动势和内电阻
11线板式电位差计、直流稳压电源、标准电池、检流计、滑线变阻器100Ω(粗调)、17Ω(细调)、电阻箱99999.9Ω、待测电池、单刀双掷2只、双刀双掷1只、导线。
实验六、简易万用表的制作
了解磁电式表的基本结构;
掌电表扩大量程的原理和方法;
掌握电表的校准方法。
学会焊接和组装简易万用表的方法。
1、将量程为100μA的微安表改装成量程为20mA的电流表并进行较准;
2、将量程为100μA的微安表改装成量程为3V的电压表并进行较准;
3、组装成一只量程为20mA和3V的简易万用表。
量程为100μA的微安表、量程为25mA的标准电流表(0.5级)、量程为3V标准电压表(0.5级)、直流稳压电源电阻箱、滑线变阻器、开关、导线、波段开关、焊锡、电烙铁,等
实验七 用双臂电桥测低电阻
理解用双臂电桥测量低电阻的原理。
掌握用双臂电桥测量低电阻的方法。
掌握测量金属棒电阻率的方法。
1、用双臂电桥测量三根金属棒的电阻,进而测量出三根金属棒的电阻率;
SB-82型滑线式直流双臂电桥、箱式双电桥、直流电源、滑线变阻器、检流计、游标卡尺、毫米刻度尺、待测圆柱形金属棒3根等
实验八、磁场的描绘
理解感应法测磁场的原理;
掌握用感应法研究磁场的方法;
掌握晶体管毫伏表和函数信号发生器的使用方法。
1、描绘圆电流磁场的磁感应线;
2、研究圆电流轴向磁场的分布;
3、描绘亥姆霍兹线圈中的磁场均匀区。
亥姆霍兹线圈、晶体管毫伏表、函数信号发生器、纸、复写纸、胶布、滑线变阻器、交流毫安表;
实验九、示波器的使用
了解示波器的结构和工作原理,掌握示波器的作用和使用方法;
掌握信号发生器的使用方法;
1、用示波器观察方波、锯齿波、正弦波的波形;
2、测量正弦波的UP—P电压值和频率(周期)。
3、测量电池的电压。
函数信号发生器、二踪示波器
实验十、交流电的测量
掌握用示波器测量频率的方法(用利萨如图形法);
掌握用示波器测量正弦信号相位差的方法(用利萨如图形法)。
用示波器观察二极管的伏安特性曲线。
1、用示波器测量正弦信号的频率和相位差(用利萨如图形法);
2、用示波器测量RC电路的相频特性。
3、用示波器观察二极管的伏安特性曲线。
示波器、多用信号发生器、函数信号发生器、二极管、电容箱、电阻箱
实验十一交流电桥
了解交流电桥的原理和作用;
掌握交流电桥的平衡条件及调节平衡的方法。
1、用自组交流电桥测量电感的值。
2、用自组交流电桥测量电容的值。
低频信号发生器、真空管毫伏表(或二踪示波器)、电阻箱(三只)、电容箱、标准电感、待测电容、电感等。
实验十二、霍耳效应及其运用
了解霍耳效应及霍耳元件有关参数;
理解霍耳电压VH与工作电流I的关系;
掌握用霍耳效应测量磁感应强度B及其分布的方法;
1、测量霍耳元件的霍耳电压VH与工作电流I的关系曲线;
2、应用霍耳效应测量VH——IM(励磁电流)之间的关系;
3、应用霍耳效应测量磁感应强度B及其分布。
ZKY—HS霍尔效应实验仪、ZKY——HC霍尔效应测试仪、导线
实验十三、LRC电路谐振特性研究
掌握LRC幅频特性的测量方法;
理解LRC串联电路谐振特性;
理解LRC并联电路谐振特性;
了解Q值的物理意义,掌握Q值的测量方法。
1、测量和研究LRC串联电路的幅频特性曲线;
2、测量和研究LRC并联电路的幅频特性曲线;
YB1602函数信号发生器、YB2172晶体管毫伏表、标准电感、电阻箱、电容箱。
实验十四、LRC串联电路暂态过程的研究
了解RC、RL、RLC串联电路的暂态特性;
掌握用示波器观察RC、RL、RLC串联电路的暂态特性的方法。
1、研究RC串联电路的暂态特性;
2、研究RL串联电路的暂态特性;
3、研究RLC串联电路的暂态特性;
二踪示波器、函数信号发生器、标准自感、电阻箱、电容箱、Q头
*实验十六、设计性实验
选做期中一个
实验民族乐器声学特性与音律的观测研究
实验半导体温度计的设计
实验电阻测量优化研究
四.实验课程内容和学时分配
序号
实验名称
实验内容
每组
人数
学时
实验
类型
要求
开设
学期
备注
测量的不确定度和数据处理
电磁学实验预备知识
全班
4
1
用稳恒电流场模拟静电场
1、用电流场模拟静电场的原理和方法;
2、初步学会用线性回归法处理数据。
2
3
基础
必做
三
实验报告
伏安法测电阻
1、用伏安法测量低电阻和高电阻的阻值;
2、用伏安法测量二极管的伏安特性。
用直流电桥测量电阻
1、用直流电桥测电阻;
2、用箱式电桥测电阻;
3、指针式检流计的使用方法。
灵敏电流计特性的研究
1、灵敏电流计使用方法;
2、标准电阻的正确使用方法;
3、测量灵敏电流计内阻RG和灵敏度SI的方法;
5
1、标准电池的使用方法;
2、用板式电位差计测量电池的电动势和内电阻;
6
双臂电桥测低电阻
1、用双电桥测低电阻;
2、测量金属电阻率;
7
磁场的描绘
1、感应法描绘磁场;
2、低率信号发生器或函数信号发生器使用;
3、毫伏表使用;
8
示波器的使用
1、示波器使用;
2、信号发生器的使用;
3、用示波器观察方波、锯齿波、正弦波波形;
4、用示波器测量正弦波的UP—P电压值;
5、用示波器测量正弦波的频率(周期);
9
RLC电路的相频特性研究
1、用示波器测量频率;
2、用示波器测量正弦信号相位差(用利萨如图形)。
10
交流电桥
1、用自组交流电桥测量电感值;
2、用自组交流电桥测量电容的值。
11
简易万用电表的制作
1、半偏法测量电表的内阻和量程;
2、电流表扩大量程;
3、电表的校准方法。
4、电压表扩大量程;
综合
12
霍耳效应
1、用霍耳效应测量磁感应强度B;
2、霍耳电压VH与工作电流I的关系;
3、用霍耳效应测VH——IM(励磁电流)之间的关系;
13
LRC电路谐振特性研究
1、LRC串联电路电流的幅频特性的测量;
2、LRC并联电路电流的幅频特性的测量;
14
LRC串联电路暂态过程的研究
1、用示波器观察绘制RC暂态特性曲线;
2、用示波器测量RC暂态电路的τ值;
3、用示波器观察绘制RL暂态特性曲线;
4、用示波器测量RL暂态电路的τ值;
5、用示波器观察绘制RLC暂态特性曲线;
6、用示波器测量RLC暂态电路的ω、α值;
三.考核方式
本课程考核方式采用百分制,平时成绩30%;
写实验论文20%;
期末考试50%(其中理论考试20%;
操作考核30%)
四.教材
自编教材
五.主要参考书
6、谢行恕康士秀霍剑青主编《大学物理实验》,高等教育出版社2001年6月。
7、万纯娣王永新万春华等编《普通物理实验》南京大学出版社2000年第三版。
8、袁冬媛徐富新主编《大学物理实验教程》中南大学出版社2002年8月第2版。
9、陆廷济胡德敬陈铭南主编《物理实验教程》同济大学出版社2000年。
10、杨述武主编《普通物理实验》高等教育出版社2002年5月第3版。
撰稿人:
沙育年审稿人:
《电磁学实验》课程教学要求细目
教材自编《大学物理实验》(电磁学部分)
内容
了解
理解
掌握
●电磁学实验操作规程;
●测量的概念和常用概念;
●仪器的精确度等级;
●不确定度的类型。
⏹不确定度概念;
⏹不确定度的传递与合成;
⏹最小二乘法应用于线性回归。
1、A类不确定度的计算;
2、常用的数据处理方法处理数据。
实验一、
●模拟法适用的条件
●电压表直读法;
电位差距指零法;
等臂定位装置等静电场描绘方法和装置;
⏹用电流场模拟静电场的原理和方法;
⏹初步学会用线性回归法处理数据。
1、静电场等位仪的使用方法;
2、列表法处理数据;
3、同轴圆柱之间的电电流场等势线的描绘;
4、初步运用线性回归法处理数据。
实验二、
●二极管的伏安特性。
●电表的接入误差;
⏹分压电路的联接、用途和使用方法;
;
⏹电压表、电流表的选择和使用方法;
⏹电路联结方法;
⏹测量对象为低电阻和高电阻时电压表的两种接法。
⏹系统误差
1、伏安法测电阻的方法;
2、A类不确定度的计算;
3、列表法和作图法处理数据。
4、直流稳压电源的使用方法。
实验三、
●互易法消除系统误差的方法;
⏹电桥灵敏度;
i.用直流电桥测电阻的原理和方法;
ii.用箱式电桥测电阻的方法;
iii.指针式检流计的使用方法。
实验四、
●电流计线圈的三种阻尼运动状态;
●灵敏电流计的基本结构和工作原理;
●二次分压电路原理;
●
⏹灵敏电流计内阻RG;
⏹灵敏电流计的灵敏度SI;
⏹换向开关。
1、灵敏电流计使用方法;
i.标准电阻的正确使用方法;
2、用线性回归法处理数据。
3、测量灵敏电流计内阻RG和灵敏度SI的方法;
4、
实验五、
●补偿法测的原理;
●标准电池的维护。
⏹电位差计的原理;
⏹不确定传递公式的应用。
1、板式电位差计使用方法;
2、标准电池的使用方法;
3、用板式电位差计测量电池的电动势和内电阻;
实验六、
●磁电式电表的基本结构和原理;
●电表的级别规定。
⏹电流表的级别确定方法;
⏹焊接和组装简易万用表的方法。
1、半偏法测量电表的内阻和量程;
2、电流表扩大量程的原理和方法;
3、电流表的校准方法。
4、电压表扩大量程的原理和方法;
5、电流表的校准曲线;
6、电流表的校准曲线;
实验七、
●四端钮元件的优点;
●电阻的分类。
⏹用双电桥测电阻的原理:
⏹误差传递公式计算平均值的标准误差。
1、用双电桥测低电阻的方法;
2、测量金属电阻率的方法;
3、指针式检流计的使用方法。
实验八、
●亥姆霍兹线圈;
●通电亥姆霍兹线圈的磁场分布规律。
⏹感应法测磁场的原理;
⏹圆电流轴向磁场的分布;
⏹通电亥姆霍兹线圈中的磁场均匀区。
1、感应法描绘磁场的方法;
2、低率信号发生器或函数信号发生器使用方法;
3、毫伏表使用方法;
4、作图法和列表法处理数据;
实验九、
●二踪示波器的结构和工作原理,
●示波器的维护;
●Q头的结构。
⏹二踪示波器的作用和使用方法;
⏹Q头的使用方法。
⏹直流电压的测量;
1、示波器的作用和使用方法;
2、信号发生器的使用方法;
3、用示波器观察方波、锯齿波、正弦波波形的方法;
4、用示波器测量正弦波的UP—P电压值的方法;
5、用示波器测量正弦波的频率(周期)的方法;
6、
实验十、
●示波器二极管的伏安特性曲线;
●电容箱的结构;
●交直流两用电阻箱;
●标准电感;
●相频特性。
⏹电容箱的使用方法;
⏹示波器的X-Y叠加法;
⏹示波器各个旋钮的作用和使用方法;
7、用示波器测量频率(用利萨如图形)的方法;
8、用示波器测量正弦信号相位差(用利萨如图形)的方法。
9、
10、
十一、
●交流电桥的原理;
●交流电桥的特点;
●电容的特性;
⏹交流电桥的作用;
⏹交流电桥的平衡条件;
⏹用自组交流电桥测量电感值的方法。
11、交流电桥调节平衡的方法。
12、用自组交流电桥测量电容的值。
十二、
●霍耳效应;
●霍耳元件有关参数;
●霍耳元件的作用;
⏹霍耳电压VH与工作电流I的关系;
⏹用霍耳效应测量磁感应强度B的原理;
⏹用霍耳效应测VH—IH(励磁电流)之间关系的原理;
⏹
13、用霍耳效应测量磁感应强度B的方法;
14、霍耳电压VH与工作电流I的关系的方法;
15、用霍耳效应测VH——IM(励磁电流)之间的关系的方法;
十三、
●谐振概念;
●Q值概念;
●Q值的物理意义;
●谐振频率f0;
●通频带△f;
●幅频特性。
⏹LRC串联电路谐振特性;
⏹LRC并联电路谐振特性;
⏹谐振频率;
⏹谐振频率的确定。
和曲线,
16、LRC串联电路电流的幅频特性的测量方法;
17、绘LRC串联电路I——f幅频特性曲线;
18、测LRC串联电路谐振频率f0、△f;
Q值;
19、LRC并联电路电压的幅频特性的测量方法;
20、绘LRC并联电路U—f的幅频特性曲线;
21、测LRC并联电路谐振频率f0、△f;
十四、
●过阻尼;
●临界阻尼;
●欠阻尼
⏹τ值;
⏹RC串联电路的暂态特性;
⏹RL、串联电路的暂态特性;
⏹RLC串联电路的暂态特性;
22、用示波器观察绘制RC暂态特性曲线;
23、用示波器测量RC暂态电路的τ值;
24、用示波器观察绘制RL暂态特性曲线;
25、用示波器测量RL暂态电路的τ值;
26、用示波器观察绘制RLC暂态特性曲线;
27、用示波器测量RLC暂态电路的ω、α值;
*实验
十五、
●实验设计的方法:
⏹设计实验的过程;
⏹设计实验的要求;
28、写出所设计实验方案;
29、进行实验观测;
30、写出实验结论或论文;
说明:
电磁学实验除不确定度理论外,最低应做14个实验,设计性实验(3课时无法完成)应另行开设,也可用实验室开放实验进行。