大学物理设计性实验设计性实验报告

大学物理实验设计性实验

--电位差计测金属丝电阻率

姓名： **

班级：土木0944

学号： **

指导教师：**

实验地点：大学物理实验教学中心

【实验目的】

1. 了解电位差计的结构，正确使用电位差计；

2掌握电位差的工作原理—补偿原理。

3能用电位差计校准电表和电阻率的测定。

4学习简单电路的设计方法，培养独立工作的能力。

【实验原理】

利用电位差计，通过补偿原理，来测定未知电阻和已知电阻两端的电压，利用分压原理，算出未知电阻的阻值，利用螺旋测微器和刻度尺测出电阻丝的长度和横截面积的直径，通过电阻率公式即可计算出电阻率。

补偿原理

在图1的电路中，设E0是电动势可调的标准电源，Ex是待测电池的电动势（或待测电压Ux），它们的正负极相对并接，在回路串联上一只检流计G，用来检测回路中有无电流通过。设E0的内阻为r0；Ex的内阻为rx。根据欧姆定律，回路的总电流为：

电位差原理

如果我们调节E0使E0和Ex相等，由(1)式可知，此时I=0，回路无电流通过，即检流计指针不发生偏转。此时称电路的电位达到补偿。在电位补偿的情况下，若已知E0的大小，就可确定Ex的大小。这种测定电动势或电压的方法就叫做补偿法。

显然，用补偿法测定Ex，必须要求E0可调，而且E0的最大值E0max＞Ex，此外E0还要在整个测量过程中保持稳定，又能准确读数。在电位差计中，E0是用一个稳定性好的电池（E）加上精密电阻接成的分压器来代替的，如图2所示。

图2中，由电源E、限流电阻R1以及均匀电阻丝RAD构成的回路叫做工作回路。由它提供稳定的工作电流I0，并在电阻RAD上产生均匀的电压降。改变B、C之间的距离，可以从中引出大小连续变化的电压来，起到了与E0相似的作用。为了能够准确读出该电压的读数，使用一个标准电池进行校准。换接开关K倒向“1”端，接入标准电池ES，由ES、限流电阻R2、检流计G和RBC构成的回路称为校准回路。把B、C固定在适当的位置（如图中的位置），设RBC=RS，调节R1（即调节I0），总可以使校准回路的电流为零，即RS上的电压降与ES之间的电位差为零，达到补偿。

由欧姆定律可知：

（2）

这一过程叫做电位差计的校准，又称“工作电流的标准化”。

测量Ex时，把换接开关投向“2”端，接入待测电池Ex。接入待测电池Ex，由Ex、限流电阻R2、检流计G和RBC’构成了测量回路。调节BC’之间的距离，总可以找到另一位置BC’，使测量回路的电流为零，即RBC’上的电压降和Ex之间的电位差为零，测量回路达到补偿。设此时RBC’=Rx，于是有

以上这种调节补偿的方法，叫做“定流变阻”调节法。

UJ361型电位差计的工作原理如图3所示。图中Ex是待测电动势；ES是标准电池；RS是标准电阻；G是检流计。

当把开关 K 掷向 aa 端时，标准电池 ES 所在回路接通，调节工作回路中的电阻 Rp，即改变通过标准电阻RS及RAB的电流，直至检流计G的指针指零，此时

利用公式

【实验仪器】

UJ31型电位差计、检流计、滑线变阻器、直流电阻箱、标准电池、待测电池、稳压电源、单刀开关、单刀（双刀）双掷开关、待测电阻、螺旋测微器、刻度尺、导线若干等。

UJ31型电位差计

UJ31型箱式电位差计是一种测量低电势的电位差计，其测量范围为(置档)或（置档）。使用外接工作电源，标准电池和灵敏电流计均外接，其面板图如图5.8.2所示。调节工作电流（即校准）时分别调节（粗调）、（中调）和（细调）三个电阻转盘，以保证迅速准确地调节工作电流。是为了适应温度不同时标准电池电动势的变化而设置的，当温度不同引起标准电池电动势变化时，通过调节，使工作电流保持不变。被分成Ⅰ（）、Ⅱ（）和Ⅲ（）三个电阻转盘，并在转盘上标出对应的电压值，电位差计处于补偿状态时可以从这三个转盘上直接读出未知电动势或未知电压。左下方的“粗”和“细”两个按钮，其作用是：按下“粗”铵钮，保护电阻和灵敏电流计串联，此时电流计的灵敏度降低；按下“细”按钮，保护电阻被短路，此时电流计的灵敏度提高。为标准电池和未知电动势的转换开关。标准电池、灵敏电流计、工作电源和未知电动势由相应的接线柱外接。

UJ31型电位差计的使用方法：

（1）将置到“断”，置于“”档或“”档（视被测量值而定），分别接上标准电池、灵敏电流计、工作电源。被测电动势（或电压）接于“未知1”（或“未知2”）。

(2)根据温度修正公式计算标准电池的电动势的值，调节的示值与其相等。将置“标准”档，按下 “粗”按钮，调节、和，使灵敏电流计指针指零，再按下 “细”按钮，用和精确调节至灵敏电流计指针指零。此操作过程称为“校准”。

(3) 将置“未知1”(或“未知2”)位置，按下“粗”按钮，调节读数转盘Ⅰ、Ⅱ使灵敏电流计指零，再按下 “细”按钮，精确调节读数转盘Ⅲ使灵敏电流计指零。读数转盘Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的示值乘以相应的倍率后相加，再乘以所用的倍率，即为被测电动势（或电压）。此操作过程称作“测量”。

【注意事项】

1.实验前熟悉UJ31型直流电位差计各旋钮、开关和接线端钮的作用。接线路时注意各电源及未知电压的极性。

2．检查并调整电表和电流计的零点，开始时电流计应置于其敏度最低档（×0.01档），以后逐步提高灵敏度档次。

3.检流计不能通过较大电流，因此，在C、D接入时，电键D按下的时间应尽量短。

4.接线时，所有电池的正、负极不能接错，否则补偿回路不可能调到补偿状态。

　5．标准电池应防止震动、倾斜等，通过的电流不允许大于５，严禁用电压表直接测量它的端电压，实验时接通时间不宜过长；更不能短路。

【实验内容与步骤】

（1）取待测电阻丝，按照电路图连接电路。

（2）电位差计的调零：将K2打到标准，按下粗调旋钮，调节Ra1,Ra2,使电位差示数为零，然后弹起粗调旋钮，按下细调旋钮，调节Ra3, 使电位差示数重新调为零。

（3）将K2打到未知1，读出此时已知电阻R1=5.1欧姆的电压示数Ur1,然后将K2打到未知2，读出此时未知电阻Rx两端的电压示数Urx，

（4）重复步骤（2）（3）连续5次，总共测出6组数据，记录下来填入表格中。

（5）用螺旋测微器测出电阻丝的直径D，并且连续测6次，记录下来填入表格中。

（6）用20分度的游标卡尺测量电阻丝的长度记为L，测量六次，记录下来填入表格中。

【数据处理】

【误差分析】

1、读数时产生的误差: 由于细铁丝的直径很小在测量中会因为视觉产生读数误差，改善的方法一般是多次测量求平均值的方法。

2、仪器本身带来的误差：在实验中应考虑电表千分尺等仪器本身具有的误差；改善的方法是在实验过程中尽量采用准确度等级高的仪器。

3、外界环境影响带来的误差:主要指的是在正常条件下①外磁场的干扰②表指针机械回零③工作其在规定的频率范围内等都会出现一些误差。

4、实验方法带来的误差: 在测量的过程中会出现因为测量的方法不当而产生方法误差。

【设计性试验总结】

通过本次的设计性实验，我获益匪浅，首先独立设计实验增强了独自动手的能力；其次我学到了许多我以前所不知道的一些实验方法和实验中应注意的问题和细节；这次实验是通过分组来完成的，有些问题自己不能解决但我们通过团体的讨论与努力解决了，这无意间也增强了我们的团队意识。总之，我在这次设计性实验中，各方面都有了长足的进步。

第二篇：大学物理设计性实验报告

组装迈克耳逊干涉仪

一．摘要：

　组装迈克耳逊干涉仪中最常见的一种，其发明者是美国物理学家阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克耳孙。迈克耳孙干涉仪的原理是一束入射光分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，这两束光从而能够发生干涉。干涉中两束光的不同光程可以通过调节干涉臂长度以及改变介质的折射率来实现，从而能够形成不同的干涉图样。

二．关键词：

迈克尔干涉仪干涉条纹激光

三．正文：

1．实验目的：

(1) .了解迈克耳逊干涉仪的结构、原理。

(2).学习按一定原理自行组装仪器的技能，通过自行组装迈克耳逊干涉仪学习光路的调整。

(3).学习在组装的迈克耳逊干涉仪上开拓应用的技能。

(4).在组装的迈克耳逊干涉仪上进行压电晶片电致伸缩效应的观测。粗略测出压电晶片的压电系数。

2．实验原理：

（1）迈克耳逊干涉仪：迈克耳干涉仪是用分振幅的方法，获得双干涉的仪器。其结构如图所示：

图实验室组装式迈克耳逊干涉仪

M1、M2（在以下各图当中可动反射镜为M2，固定反射镜为M1）为互相垂直的平面反射镜，每个反射镜的背面各有3个用来调节反射镜平面方位的调节螺钉.M2的下方有两个互相垂直的拉簧螺钉，可用来更细微地调节反射镜M2的平面方位。分束板内侧镀有反射膜，反射膜与M1、M2成45度角。补偿板可使两光束在玻璃中经过的光程完全相同。转动粗动手轮和微动手轮可使平面镜M1沿导轨方向前后移动，移动的距离可从标尺、读数窗和微动手轮读出

（2）干涉条纹的产生：

迈克尔逊干涉仪的原理见图1。光源S发出的光束射到分光板G1上,G1的后面镀有半透膜，光束在半透膜上反射和透射，被分成光强接近相等、并相互垂直的两束光。这两束光分别射向两平面镜M1和M2经它们反射后又汇聚于分光板，再射到光屏E处，从而得到清晰的干涉条纹。