电磁学实验

一、 实验课程的性质和目的

电磁学实验是高等院校理科物理专业的一门专业课。该课程可以使学生在物理实验的基本知识、基本方法和基本技能方面受到系统的训练，有效提高分析问题和解决问题的能力，加深对物理基本概念和基本规律的认识，培养学生辩证唯物主义世界观，使学生养成严肃认真、实事求是的科学态度和工作作风。通过实验，可以使学生掌握科学的实验方法，使学生受到科学研究的基本训练，提高其动手能力。通过电磁学实验使学生加深对静电场和静磁场的分布规律的认识，掌握电阻、电流、电压、电动势和磁场强度的几种测量方法；熟练使用基本电磁学仪器，特别要求学生能根据误差的要求正确选择和使用电磁学仪表，对实验结果要求进行正确的分析，找出产生误差的原因。

二、实验教学的方法和手段

为了提高实验教学效果、实验严把预习、实验、实验报告3个环节。实验在电磁学实验室完成，每2人一组，每项实验以大组为单位，16人左右，实验考勤采用签到制度。

预习：安排学生学习实验的内容，了解实验的程序和操作规程，并布置思考题和预习报告，让学生有目的地去查阅与实验相关的资料。

实验：实验开始前由指导教师讲解实验要点，提出注意事项。实验过程中，主体是学生，教师只起辅助作用，避免“扶着走”，“跟着做”的现象。

实验报告：实验结束后，强调学生及时填写实验记录表，对实验数据认真处理，对实验结果细致的分析、讨论，完成相关的思考题作业。

三、课程学时

本实验课总学时为33学时。

四、  实验成绩的考核方法

电磁学实验成绩按百分制核定。预习报告占20%，实验过程占40%，实验报告占40%。

五、  大纲的适用范围

本大纲适用理科物理学本科专业二年级学生，相关专业专科学生可根据情况选做大纲规定的内容。

六、  主要设备与器材配备

 注：因电磁学实验好多实验所用仪器为常规仪器，故表中所列试验仪器的现有数量有的仅供参考，

七、实验项目汇总表

七、    实验内容简介

实验一  制流电路与分压电路

1.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。

实验二  伏安法测二极管的特性

1.实验目的

（1）掌握分压器和限流器的使用方法

（2）熟悉伏安特性的测量方法；

（3）了解二极管的伏安特性。

实验三  静电场的描绘

1.实验目的

（1）学习用模拟法研究静电场；

（2）描绘二种场结构的等位线。

实验四  用惠斯通电桥测电阻

1.实验目的

（1）掌握惠斯通电桥测电阻的原理

（2）学会正确使用箱式电桥测量电阻的方法；

（3）了解提高电桥灵敏度的几种方法。

实验五  热敏电阻特性的研究

1.实验目的

（1）进一步掌握惠斯通电桥的原理及其使用方法；

（2）研究热敏电阻的温度特性。

实验六  用电位差计测电池电动势和内阻

1.实验目的

（1）掌握补充法测电动势的原理；

（2）测量干电池的电动势和内阻。

实验七  低电阻的测量

1.实验目的

（1）掌握用伏安法测低电阻的方法；

（2）学习双电桥测低电阻的原理和方法。

实验八  万用表的原理与使用

1.实验目的

（1）进一步掌握万用表的原理；

（2）达到能熟练使用万用表。

实验九  电位差计校准电表

1.实验目的

（1）了解箱式电位差计的结构和原理；

（2）比较熟练地掌握箱式电位差计的使用；

（3）运用箱式电位差计校准电压表或电流表。

实验十  灵敏电流计特性的研究

1.实验目的

（1）了解灵敏电流计的工作原理，并观察在过阻尼、欠阻尼及临界阻尼下线圈的三种运动状态；

（2）掌握测定电流计内阻和灵敏度的方法。

实验十一  冲击电流计特性的研究

1.实验目的

（1）了解冲击电流计的工作原理，观察在过阻尼、欠阻尼及临界阻尼下线圈的三种运动状态；

（2）测定冲击电流计常量，初步掌握冲击电流计的使用方法。

实验十二  用冲击电流计测电容及高电阻

1.实验目的

（1）     进一步掌握冲击电流计的使用方法；

（2）     学会用比较法测电容，用电容器漏电法测量高阻的阻值以及测量电容器通过高阻的放电曲线。

实验十三  用冲击电流计测螺线管内轴线上磁场的分布

1.实验目的

(1)进一步掌握冲击电流计的使用方法；

(2)学会用冲击电流计测磁感应强度的原理和方法.

实验十四  用冲击电流计测铁磁物质的磁化曲线

1.实验目的

(1)进一步掌握冲击电流计的使用方法；

(2)学会用冲击电流计测磁感应强度的原理和方法.

(3) 掌握测铁磁物质的磁化曲线的方法.

实验十五  磁场的描绘

1.实验目的

（1）了解感应法测量磁场的原理；

（2）研究载流圆线圈轴向磁场的分布；

（3）描绘亥姆霍兹线圈中的磁场分布。

实验十六  磁致伸缩系数的测定

1.实验目的

(1)掌握非平衡电桥的原理；

(2)研究磁致伸缩系数与磁场强度的关系；

(3)学习一种非电量的电测方法。

实验十七  霍尔效应

1.实验目的

(1)观察霍尔现象；

(2) 学习应用霍尔效应测量磁场的方法。

实验十八  电子示波器使用

1.实验目的

（1）了解通用示波器的结构和工作原理；

（2）初步掌握示波器各个旋钮的作用和使用方法

（3）学会音频信号发生器的使用

（4）学会利用示波器测量电压、频率和位相差的方法。

实验十九  铁磁物质磁滞回线的测试

1.实验目的

(1) 测定铁磁物质的磁滞回线；

(2)了解磁性材料的特性。

实验二十  交流电路功率的测量

1.实验目的

(1)学习交流电路中功率及功率因数的测定方法；

(2)学习一种提高交流电路功率因数的方法。

实验二十一  交流电桥

1.实验目的

（1）用交流电桥测量电感和电容极其损耗；

（2）了解电桥平衡的原理，掌握调节平衡的方法。

实验二十二  LRC电路的暂态过程研究

1.实验目的

（1）研究LRC电路的暂态特性；

（2）加深对L、R、C各元件在电路中的作用的了解；

（3）进一步熟悉示波器的使用。

实验二十三  LRC电路的稳态特性

2.实验目的

(1)研究交流信号在LRC串联电路中的相频和幅频特性；

(2)学习使用双踪示波器,掌握相位差的测量方法.

实验二十四  LRC电路谐振特性研究

1.实验目的

(1)研究和测量LRC串、并联电路的幅频特性；

(2)掌握幅频特性的测量方法；

（3）进一步理解回路值的物理意义.

实验二十五  万用表的制作与定标

1.实验目的

（1）掌握万用电表的基本原理和设计方法；

（2）培养学生具有初步设计和制作万用电表的能力；

（3）学会万用表的定标。

2.预习要求

（1）预习课本相关章节，做好理论准备；

（2）预习实验指导书附录部分内容；

（3）初步拟定实验方法及内容。

注:本实验为设计性实验。教师向学生提出实验要求和目标， 学生在实验教师的指导下，进行仪表的选择、电路的设计、实验等工作，完成实验.实验室向学生开放。

实验二十六  伏安法测电阻

1.实验目的

(1)学习由测量电压、电流求电阻值的方法及仪表的选择(电路的设计)；

(2)学习减小伏安法中系统误差的方法.

2.预习要求

（1）预习课本相关章节，做好理论准备；

（2）预习实验指导书附录部分内容；

(3)初步拟定实验方法及内容。

注:本实验为设计性实验。教师向学生提出实验要求和目标， 学生在实验教师的指导下，进行仪表的选择、电路的设计、实验等工作，完成实验.实验室向学生开放。

实验二十七  温差电偶的定标

1.实验目的

(1)加深对温差电现象的理解；

(2)了解温差电偶测温的基本原理和方法;

(3)进一步学习温度计定标的方法;

(4)进一步掌握用电势差计测量电势差的方法

注:本实验为综合性实验(热学、电学).

实验二十八  地磁场水平分量的测量

1.实验目的

(1)    学习地磁场水平分量的测量方法;

 (2)了解正切电流计原理;

 

第二篇：电磁学实验复习题

电磁学实验复习题

一、误差理论

1．测量就是以确定被测对象的（ ）为目的的全部操作。
答案：量值。
2．测量可分为（ ）测量和（ ）测量两类。
答案：直接；间接。
3．直接测量是指无需测量与被测量有（ ）关系的其它量，而能直接得到被测量（ ）的测量。
答案：函数；量值。
4．测量（ ）与被测量（ ）之差称为测量误差。
答案：结果；真值。
5．相对误差是测量的（ ）与测量的（ ）之比，一般用（ ）表示。
答案：绝对误差；真值；百分数。
6．测量误差按其出现的特点可分为（ ）误差、（ ）误差和粗大误差。
答案：系统；随机。
7．系统误差是在对同一被测量的多次测量过程中，保持（ ）或以（ ）的方式变化的测量误差分量。
答案：恒定；可预知。
8．一个被测量的测量结果一般应包括测量所得的（ ）、（ ）和单位三部分。
答案：被测量值；测量误差。
9．把测量数据中几位（ ）的数和最后一位有（ ）的数或可疑的数统称为有效数字。
答案：可靠；误差。
10．电流表（电压表）的主要参数有（ ）、（ ）和（ ）。
答案：量程；内阻；精度等级。
11．电表的基本误差用它的（ ）和（ ）之比来表示。
答案：绝对误差；量程。
12．电流表的内阻（ ），以减小测量时电流表上的（ ）。
答案：很小；电压降。

二、填空题

1． 在计算标准偏差时，S表示多次测量中任一次测量值的标准偏差，表示算术平均值对真值的偏差。

 2． 计算公式L=2лR，其中R=0.02640m，则式中R为  4  位有效数字，2为 无穷

  位有效数字，л为 无穷 位有效数字。

3． 示波器的最基本组成部分是示波管，电源，电压放大器，同步扫描系统。

4．用一只准确度级别为1.0级，量程为30mA，最小分度为1mA的电流表测电流。如果电表指针正好指在21mA上，应读作  21.0 mA。

5．作图连线时，一般应连接为平滑 直线或曲线，不一定通过每个测量数据点。而校正图线应该连接为 折 线，  一定要通过每个测量数据点。

6．偶然误差的分布具有三个性质，即单峰 性，有界性，  对称 性。

7．对于不连续读数的仪器，如数字秒表、分光计等，就以   最小分度 作为仪器误差。

8．在伏安法测非线性电阻的实验中，由于电流表内接或外接产生的误差为 系统 误差。

9．在示波器的水平和垂直偏转板上分别加上两个正弦信号，当二电压信号的频率比为  整数之比  时荧光屏上出现稳定封闭 的图形，称为 李沙如 图形。

10、LRC串联电路的品质因数Q值可以采用电压谐振法、频带宽度法两种方法测量。 

12、一只微安表的量程为100微安，其内阻为2000欧，要把它改装成1V的电压表，则需

  串 联   8000欧 的电阻。

13、量程为100mA、准确度为0.5级的直流电流表，测量的最大绝对误差是  0.5 mA  。

14、RC串联电路幅频特性的特点是： 低频时总电压主要降落在电容两端，高频时总电压主要降落在电阻两端，利用幅频特性课把各种频率分开，组成各种滤波电路。

15、在低电阻的测量实验中，金属线的电阻率公式，那么相对误差=

 2⊿d/d+⊿L/L+⊿R_X/R_X 。

16、右图中的正弦波信号的电压有效值U=2.84V，频率f=  250 Hz。

17、将表头改装成电压表后，如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏低，校正的方法是：与表头串联的电阻阻值增加直到符合要求。

18、静电场的描绘实验中，你认为产生误差的最主要原因是：接触电阻的存在、工作电压调节不到要求的幅度。

19、将表头改装成电流表后，如果发现改装表的读数相对于标准表的读数都偏高，校正的方法是：将与表头并联的电阻阻值减小直到符合要求。

20、在低电阻的测量实验中，为了消除接触电阻、导线电阻的影响，金属丝采用  四端接线

法。                                      

21、RC串联电路中，总电压落后于电流的相位φ的变化特点是：  相位随的增加逐渐趋于零，随减小而逐渐趋于

22、使用示波器观察正弦波时，如果荧光屏出现下图所示现象，为了便于观察，应调节的旋钮依次是  扫描时间因数、X轴和Y轴的位移、衰减开关（垂直偏转因数开关）。

23、改变示波器屏上的亮度，是调节示波管内的 栅极和阴极间的 电压，改变其清晰度是调节示波管内的 第一阳极 电压，观象波形时一般要使用示波群的扫描_系统，如果观察被形时显示屏幕上只看到一条水平线条，这时一定是与输入 信号有关的部分有问题。

24、有两只准确度级别分别为0.5级和1.0级的毫安表，量限均为100mA，若用它测量80mA的电流，则一般认为两只表的读数最大可能相差_1.5mA

三、选择题

1． 下列测量结果正确的表达式是：（ C）

A．L=23.68＋9m                     B．I=4.09＋0.112mA

C．T=12.56＋0.01s                           D．Y=(1.67＋0.5)×10¹¹P_a

2．在示波器实验中，时间轴Ｘ轴上加的信号为（D）

Ａ．正弦波　　Ｂ．方波　　Ｃ．三角波　　Ｄ．锯齿波

3．下列不确定度的传递公式中，正确的是：(C)

Ａ．      

Ｂ．   

Ｃ．        (a为常数)

Ｄ．       

4．用示波器观察波形，如果看到了波形，但不稳定，为使其稳定，可调节：(D)

Ａ．＂扫描频率＂调节　　　　　Ｂ．＂扫描频率＂与＂聚焦＂配合调节

Ｃ．＂触发电平＂调节　　　　　Ｄ．＂扫描频率＂与＂触发电平＂配合调节

5．下列正确的说法是:(A)

Ａ．多次测量可以减小偶然误差　Ｂ．多次测量可以消除系统误差

Ｃ．多次测量可以减小系统误差　Ｄ．多次测量可以消除偶然误差

6．在静电场模拟实验中，若画出的等势线不对称，可能的原因是：(D)

Ａ．电压表的分流作用　　　　　　Ｂ．电极与导电基质接触不良或不均匀

Ｃ．导电基质不均匀　　　　　　　Ｄ．以上全部

7． 用组装电桥测电阻，当连接好后进行测量调节，无论如何调，检流计指针都始终偏向一边，可能的原因是:(3)

    (1)  有一个电阻箱不通                      

    (2)  有两个电阻箱不通                      

    (3)  有一个电阻箱或一根导线不通          

8．伏安法测量电阻实验中，可以采用下列措施保护电表（2）

   （1）选择合适的电阻

   （2）控制电源的输出电压和注意滑线变阻器的安全位置

   （3）选择合适的电压表和电流表量程。

9．在模拟法描绘静电场实验中，（3）

（1） 电极间水深不一致，导致电力线为椭圆

（2） 若两不同电势值的等势线不同心，则电源电压有较大波动

（3）实验发现描绘的等势线误差较大，可能原因是水的导电率不均匀。

10．用示波器观察信号波形的操作步骤，（2）

 （1）打开电源找光点、同步稳定波形、调信号幅度、调扫描信号频率（周期）

（2）打开电源找光点、输入信号调幅度、调扫描信号频率（周期）、同步稳定波形

  （3）打开电源找光点、调扫描信号频率（周期）、同步稳定波形。

11、测量一约为1.5伏的电压时要求其结果的相对误差不大于1.5%，则应选用下列哪种规格的电压表（ D）

A．0.5级，量程为5伏             B．1.0级，量程为2伏

C．2.5级，量程为1.5伏           D．0.5级，量程为3伏

四、简答题

1、什么是扫描？为什么扫描发生器输出的波形是锯齿波形？

答：将加到Y偏转板上的电压信号，在屏上展开成为函数曲线图形的过程称为扫描。扫描发生器产生的锯齿波电压，使电子束在它控制下，能够周而复始地从左到右沿 X 轴等速移动，从而达到匀速扫描的要求。

2、说出用磁电式（指针式）万用表检测二极管正负极的方法。

答：设二极管的两端为A、B端，用指针式万用表（万用表置于“×1K”欧姆档）的红表笔接二极管的A端，黑表笔接二极管的B端，若二极管为导通状态（阻值较低，约为几千欧），则B端为二极管的正极，A端为负极。若二极管为截止状态（阻值较高，约为100千欧），则A端为二极管的正极，B端为负极。

3、在惠斯通电桥测电阻实验中，检流计的电流灵敏度过大或过小，对桥路平衡调节有何影响？

答：电桥的灵敏度与检流计的电流灵敏度S_i成正比。但值过大，电桥就不易稳定，平衡调节就比较困难；值小，测量精确度就低，因此要先择适当灵敏度的检流计对于调节平衡和测量精确度是非常重要的。

4、下图是某一电路的支路，G为灵敏电流计，R₂、R₃的作用是什么？为什么取？                

答：R₂、R₃构成一个分压器。图中U_ab是加在灵敏电流计和R₁两端的电压，因为灵敏电流计允许通过的电流非常小，所以U_ab的值是非常小的。如果U_ab=10^-5V，根据，U_ac可达1V，可见R₂、R₃构成的分压器使a、b间有微小的但可变化的电压，同时又不至于烧毁灵敏电流计。

5、LRC串联电路的品质因数Q值与哪些量有关？如果选择的Q值过大，将对电路有何影响？

答：（1）由公式可知，值与电路中的电感L、电阻R、电容C以及电感线圈的内阻R`有关。

（2）电路谐振时，，如果选择的Q值过大，电感线圈和电容器两端的电压过高，可能会击穿线圈和电容器的绝缘。Q值过高，电路的通频带宽度比较窄，谐振曲线比较尖锐，稍有偏离谐振频率的信号，就大大减弱，电路的频率选择性强。

6、（1）列表计算出ΔI

（2）计算该改装表的准确度等级

答：设该毫安表的准确度等级为a，最大绝对误差为，最大量程为由，得

（3）、作图

7、用惠斯通电桥测未知电阻时，按下式 测出，式中R为己知，是一根沿线电阻用触头分为的两部分，问触头应如何放，才能使的相对误差极小（只考虑产生的误差）。

答：、只考虑 L₁和L₂带来的相对误差是：

               

令，有：

                             

得                     

故时， E有极小值，即当触头放在中间位置

8、示波器状态如下：Y₁：1V/div，Y₂：5V/div，时基灵敏度：1ms/div，测得两信号的波形如图所示（Y₁实线，Y₂虚线）求：（1）2个信号电压的有效值；（2）信号的频率；（3）相位差。

答：（1）2个信号电压的有效值

U₁=0.71U_P-P/2=0.71╳1╳4/2=1.42V

U₂=0.71U_P-P/2=0.71╳5╳2/2=1.42V

（2）信号的频率f₁=1/T₁=1/1╳4=250H_Z

f₂=1/T₂=1/1╳4=250 H_Z

（3）相位差

Δφ=2π╳n(Δt)/n(T)= π/2

五、设计题

1、利用下列仪器设计一个电路来测量待测电池的内阻r。提供的仪器如下：（1）直流可调稳压电源一台；（2）待测电池一只；（3）板式电阻丝ab一条；（4）电阻箱一只；（5）检流计一只；（6）滑动变阻器一只；（7）单刀单掷开关两个。

注明：板式均匀电阻丝长度可读。

要求：（1）画出电路图，并说明测量方法；

（2）根据测量方法，推导出待测电池内阻r的计算公式。

答：（1）按电路图连线，闭合K₁，断开K₂，调节工作电源E=15V，滑动变阻器触头处于中间位置。移动触头b直到检流计指示为零，记下些时ab间的电阻丝长度为L₁；

闭合K₂，保持电源E及滑动变阻器位置不变。移动触头b直到检流计指示为零，记下些时ab间的电阻丝长度为L₂。

（2）根据测量方法，推导出待测电池内阻r的计算公式。

因为电源E及滑动变阻器位置保持不变，因此工作回路的电流I不变

断开K₂时，有（1）

闭合K₂时，有（2）

在R与E_X构成的回路中，有（3），联解式（1）、（2）、（3），

得：