电磁学实验教学大纲三个实验.docx

1、电磁学实验教学大纲三个实验电磁学实验教学大纲课程编号:0500000121课程名称：电磁学实验课程类型: 专业课学时：40学时学分：2适用对象: 物理一、课程性质、目的和任务电磁学实验是为物理教育专业开设的一门以实验为主的技术基础课之一。其目的是培养学生的动手能力，分析问题和解决问题的能力。使学生充分利用已学的物理知识，紧密地和实践相结合，通过实验和实际操作，提高学生实验的基本技能。二、教学基本要求1.熟练掌握一些常用的基本仪器的调节和使用方法。2.学会运用有效数字，掌握用作图法，逐差法，简单条件下的一元线性回归和二元线性回归处理数据的方法。三、实验内容及要求1.学生每次实验前必须做好预习，了

2、解实验内容及相关预备知识，在预习的基础上写出预习报告，然后进入实验实5.验。2.教师讲述实验原理，实验要求及注意事项，仪器的使用方法后，学生独立动手连接（或设计）电路，并调式完成实验内容，课后按实验书上的要求写出实验报告。3.通过实验培养学生实事求是，严谨认真的科学态度和勇于动手，善于思考问题，勇于创新，理论联系实际的工作作风。4.通过实验培养学生实事求是，严谨认真的科学态度和用于董事，善于思考问题，勇于创新，理论联系实际的工作作风。5.预修课程电磁学，普通物理等。6.绪论2学时，必做15个实验32学时。总计40学时。7.绪论主要内容：误差理论简介，电磁学实验的基本知识。要求学生对误差理论有比

3、较详细的了解，为实验做好准备。实验一 制流电路与分压电路（验证性实验2学时）一、【实验目的】 1了解基本仪器的性能和使用方法； 2掌握制流与分压两种电路的联结方法、性能和特点，学习检查电路故障的一般方法；3熟悉电磁学实验的操作规程和安全知识。二、【实验仪器】 毫安计，伏特计，万用电表，直流电源，滑线变阻器，电阻箱，开关，导线。三、【实验原理】 电路可以千变万化，但一个电路一般可以分为电源、控制和测量三个部分。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，以表示其负载。根据测量的

4、要求，负载的电流值和电压值在一定的范围内变化，这就要求有一个合适的电源。控制电路的任务就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。常用的是制流电路或分压电路。控制元件主要使用滑线变阻器或电阻箱。 1. 制流电路 电路如图1-1所示，图中为直流电源；为滑线变阻器；为电流表；为负载；为电源开关。它是将滑线变阻器的滑动头和任一固定端(如端)串联在电路中，作为一个可变电阻，移动滑动头的位置可以连续改变之间的电阻，从而改变整个电路的电流。图1-1 制流电路图(1)调节范围由： (1-1)当滑至点，负载处； 当滑至点，。电压调节范围： ；相应的电流变化为 ： 。(2)制流特性曲线一股情况下负载

5、中的电流为 (1-2)式中 ， 图3-2表示不同值的制流特性曲线，从曲线可以清楚地看到制流电路有以下几个特点： 越大电流调节范围越小； l时调节的线性较好： 较小时(即)，接近0时电流变化很大，细调程度较差；不论大小如何，负载上通过的电流都不可能为零。(3)细调程度 图1-2 制流电路曲线制流电路的电流是靠滑线电阻滑动端位置移动来改变的，最少位移是一圈，因此一圈电阻的大小就决定了电流的最小改变量。因为 对微分 (1-3)式中为变阻器总圈数。从上式可见，当电路中的、确定后，与成正比，故电流越大，则细调越困难，假如负载的电流在最大时能满足细调要求，而小电流时也能满足要求，这就要使变小，而不能太小，

6、否则会影响电流的调节范围， 图1-3 二级制流电路图所以只能使变大，由于大而使变阻器体积变得很大，故又不能增得太多，因此经常再串一变阻器，采用二级制流，如图3-3所示，其中阻值大，作粗调用，阻值小作细调用，一般取，但、的额定电流必须大于电路中的最大电流。2. 分压电路 (1) 调节范围分压电路如图3-4所示，滑线变阻器两个固定端、与电源相接，负载图1-4 分压电路图接滑动端和固定端(或)上，当滑动头由端滑至端，负载上电压由0变至，调节的范围与变阻器的阻值无关。(2)分压特性曲线 当滑动头在任一位置时，两端的分压值为 (1-4)式中， ， 由实验可得不同值的分压特性曲线，如图1-5所示从曲线可以

7、清楚看出分压电路有如下几个特点： 不论的大小，负载的电压调节范围均可从0 ； 越小电压调节越不均匀；越大电压调节越均匀，因此要电压在0到整个范围内均匀变化，则取比较合适，实际那条线可近似作为直线，故取即可认为电压调节已达到一般均匀的要求了。 图1-5 分压特性曲线(3)细调程度当Kl时(即)，略去式(3-4)中的近似有对上式微分得，细调最小的分压值莫过于一圈对应的分压值，所以 (1-6)从上式可知，当变阻器选定后、均为定值，故当时为一个常数，它表示在整个调节范围内调节的精细程度处处一样。从调节的均匀度考虑，越小越好，但上的功耗也将变大。因此还要考虑到功耗不能太大，则不宜取得过小。取即可兼顾两者

8、的要求。与此同时应注意流过变阻器的总电流不能超过它的额定值。若一般分压不能达到细调要求可以如图3-6将两个电阻和串联进行分压，其中大电阻用作粗调，小电阻用于细调。图1-6 二段分压电路图3制流电路与分压电路的差别与选择(1) 调节范围分压电路的电压调节范围大，可从0 ，而制流电路电压调节范围较小，只能从。 (2) 细调程度当时，在整个调节范围内调节基本均匀，但制流电路可调范围小；负载上的电压值小，能调得较精细，而电压值大时调节变得很粗。(3) 功率损耗使用同一变阻器，分压电路消耗电能比制流电路要大。基于以上的差别，当负载电阻较大，调节范围较宽时选分压电路；反之，当负载电阻较小，功耗较大，调节范

9、围不太大的情况下则选用制流电路。若一级电路不能达到细调要求，则可采用二级制流(或二段分压)的方法以满足细调要求。 四、【实验内容】 1、仔细观察电表刻度盘，记录下度盘下侧的符号及数字，说明其意义？说明所用电表的最大引用误差是什么？2、记下所用电阻箱的级别，如果该电阻箱的示值是400时，它的最大容许电流是多少？3、用万用表测一下所用滑动变阻器的全电阻是多少？检查一下滑动端C移动时，RAC的变化是否正常？4、制流电路特性的研究a. 按电路图联结电路，RZ用ZX25a电阻箱，其额定功率为1W，R0用10滑线变阻器，请计算以下数值后，确定电流表 A用 档毫安表，ERZImax 。预习时计算下表数据。K

10、值RZ大小()RZ容许电流(mA)最大总电流Imax(mA)电源电压E(V)10.1b. 取K=1，联结好电路好，取好RZ的值、把电源电压E调为0伏，RAC取最大值，复查一次电路无误后，闭合开关K，如无异常，移动C点观察电流值是否符合设计要求，然后RAC取最小值，调节电源的电压输出调节旋钮，得电流表的读数到达实验要求的电大电流。c.移动变阻器滑动头C，在电流从最大（注意最大电流不能超过电路的额定电流）到最小过程中，测量11次电流值及C在标尺上的位置l，并记下变阻器绕线部分的长度l0，以l/l0为横坐标，电流I的纵坐标作图。记录l0= K值l010203040506070809010011012

11、0130l01I(mA)0.1其次，测一下当电流值I在最小和最大时，C移动一小格时电流值的变化，记录I最小时I= ，I最大时I= l01301201101009080706050403020100取K=0.1，重复上述测量并绘图。5、分压电路特性的研究a.按图1-4联结电路，RZ用ZX25a电阻箱，其额定功率为1W，R0用10滑线变阻器，电压表 V 用档，请计算以下数值，电路中最小总电阻R总，最大总电流I总。R总，I总IZ+ I0，EI总R总，K值RZ大小()RZ容许电流(mA)RZ容许端电压Uz(V)最大总电压Umax(V)电源电压E(V)20.1b. 取K=2，联结好电路，取好RZ的值、把

12、电源电压E调为0伏，RAC取最小值，复查一次电路无误后，闭合开关K，如无异常，移动C点观察电压值是否符合设计要求，然后RAC取最大值，调节电源的电压输出调节旋钮，得电压表的读数到达实验要求的电大电压。c.移动变阻器滑动头C，在电压从最大到最小过程中，测量14次电压值及C在标尺上的位置l，并记下变阻器绕线部分的长度l0，以l/l0为横坐标，电压U的纵坐标作图。记录l0= K值l0013012011010090807060504030201002U(V)0.1其次，测一下当电压值U在最小和最大时，C移动一小格时电压值的变化，记录U最小时U= ，U最大时U= 取K=0.1，重复上述测量并绘图。6、使

13、用万用表检查电路故障，在实验结束时把拆除负载电阻RZ，变成以下电路，找一个同学帮忙设置故障，让电压表没有指示，自己用万用表检查出故障原因。实验二 伏安法测电阻（验证性实验2学时）一、 目的1.学习由测量电压、电流求电阻值的方法(伏安法)及电表的选择方法；2.学习减少伏安法中系统误差的方法及最小二乘法求系统误差的方法。二、仪器和用具伏特计，安培计，电阻箱，检流计，滑线变阻器，直流电源，待测电阻等。三、实验原理1、伏安法 如图2-1、2-2所示，用电表测出通过电阻R的电流I及其两端的电压U，按欧姆定律 (2-1) 求出被测电阻值的方法，称为伏安法。因为是用电表测量值直接代入式（5-1）求得的，故称为表观电阻值.显然，由于电压表内阻的分流(或电流表内阻的分压)作用，表观电阻值与电阻的实际值R不相等，存在一定的偏差。这个偏差是由于电表内阻对电路的影响而产生的，属于系统误差，通常又称为电表的接入误差。2、两种连线引入的误差由图5-1、5-2可知，伏安法有两种联线方式电流表内接（电流表接在电压表里侧）与电流表外接（电流表接在电压表外侧）。两种连线引入的误差如下：2.1.内接法引人的误差如图（2-2）所示，设电流表的内阻为 RA ，通过电阻R的电流为I，则电压表的测量值为： （2-2）则电阻