实验一　电磁学常用仪器的识别

实验目的

1．了解电磁学实验基本仪器的性能和使用方法；

2．掌握电磁学实验的操作技能和安全知识；

3．能初步分析实验中存在的系统误差，并掌握误差处理的方法。

实验仪器

直流稳压电源，电流表，电压表，电阻箱，滑线变阻器，开关等。

实验仪器介绍

（一）直流稳压电源

大体上是由变压器、晶体管、电阻和电容等电子元件按一定的线路组装而成，它的优点是电压稳定性好，内阻较小，功率较大，而且使用方便，只要把它接到220伏的交流电源上，就能输出连续可调的直流电压。如常用的WYJ30型，最大输出电压为30伏，最大输出电流为3A。

使用电源时注意：

1．严防电源短路；

2．使用电流不得超过额定电流；

3．注意正“＋”、负“－”极，电流从正极流出，经外电路由负极流回。

（二）电表

1．电表的分类和符号

（1）按电表使用时要求通过的电流种类来分，有以下三种：直流电表（只能用于直流电路中）；交流电表（只能用于交流电路中）；交直流两用电表（可用于交流电路中，也可用于直流电路中）。

（2）按照电表所测量的电学量来分，有以下几种：

测量电流的电表，如电流计、安培计、毫安计、微安计。统称为电流表。

测量电压的电表，如伏特计、毫伏计等。统称为电压表。

测量电阻的仪表，如欧姆计、兆欧姆计等。

测量电能的电表，如千瓦时计（又称为电度表）。

测量功率的仪表，如瓦特计等。

测量频率的仪表。

（3）按照电表的工作原理来分，则有以下几种：

磁电式、电磁式、电动式和感应式等等。

对于一个电表，为了能让使用者很方便地了解其性能，在每一个电表的刻度盘上常标有一些符号，利用这些符号能说明电表的电源类别、工作原理、名称、误差和工作时如何放置等等，具体的符号和意义见表1－1和1－2所示：

 

2．

几种常见的电表的规格和使用时的注意事项

（1）直流电流表

直流电流表串联在电路中，用以测量直流电路中电流的大小。磁电型电流表采用分流的方法来实现扩大量限的，图1－1中的R_S即为在表头两端并联的一个分流电阻，分流电阻越小，电流表的量程越大。

主要规格：

量程——指针满度时的电流值。有多量程的电流表，如0～100mA，0～5mA，0～5A，－50～＋50μA。

内阻——内阻越小量程越大，一般安培计内阻在0.1Ω以下，毫安表一般为几欧姆至一二百欧姆，微安表一般为几百欧姆至一二千欧姆。

（2）直流电压表

直流电压表由小量程直流电流表串联一电阻构成，串联不同的电阻构成不同量程的电压表，如图1－2所示，它与电路两端并联，测量电路两端电压的大小。

主要规格：

量程——指针满度时的电压值。有多量程的电压表，如0～1.5～3.0～7.5V的电压表。

内阻——电压表的内阻越大，对被测对象的影响越小。电压表各量限的内阻与相应电压量程之比为一常量，这常量常在电压表标度盘上标明，它的单位为Ω/V，它是电压表的重要参量。

所以      内阻＝量程×每伏欧姆数

例如：量程为100V的电压表，其每伏欧姆数为10000Ω/V，则内阻为1000

kΩ。

（3）使用电表应注意的事项

a．量程的选择：应先估计被测量的大小，选择合适的量程，可先用大量程测试一下，再选更合适的量程。

b．电表有二个端钮，直流电表均有标明“＋”、“－”的两个端钮，“＋”表示电流流入端，“－”表示电流的流出端，不能接反，否则电表指针反向偏转。

c．电压表与电路中被测负载的两端并联，电流表与电路相串联。

d．读数时视线必须垂直于刻度盘，若电表附有镜子，则必须在指针与镜中的象重合时读数，这样可减少由于视差引入的误差。

3．电表的误差

用电表进行测量，都会产生一定的误差。产生误差的原因，主要来自两个方面。一方面是外界因素，例如：温度、磁场和导线接触不良等等。另一方面是电表本身的结构不完善而引起的误差。下面我们就电表进行测量的误差问题做一个介绍：

（1）绝对误差

我们把多次测量的算术平均值N近似地当成被测量的真值（实际值），则算术平均值与各次测量值的绝对误差用ΔN表示。

叫做第一次测量的绝对误差，其中是第一次测量值（即电表的读数）。

叫做第二次测量的绝对误差。

叫做第k次测量的绝对误差。

（2）相对误差

绝对误差与被测量的真值的比值叫做相对误差，通常用百分数来表示

E是第k次测量的相对误差。

（3）引用误差和电表的标称误差

引用误差是一个简便而实用的相对误差。它是绝对误差与电表的量程的比值，一般用百分数来表示。

其中是电表的量程，是引用误差，如果在n次测量中某次测量的绝对误差最大，则该次的引用误差叫做最大引用误差；即

最大引用误差又叫做标称误差，电表的等级就是由最大引用误差来决定的。按准确度分，一般的电表可分为七个等级，分别是

0.1、  0.2、  0.5、  1.0、  1.5、  2.5、  和5.0等。各等级的电表与其最大引用误差的对应关系如表1.3所示

表1.3电表的等级与最大引用误差的关系

很显然电表的级数越小，电表的最大引用误差也越小，即电表的准确度越高；反之越低。如果在测量中得到电表在某量程的最大引用误差是1.2%，由于

1.0＜1.2＜1.5说明电表达不到1.0级，故该电表属于1.5级。

（三）电阻器

1．滑线变阻器

在电磁测量中经常借助于滑线变阻器来调节电路的电压与电流，它的结构如图1－3（a）所示。

它由电阻丝均匀绕在绝缘瓷管上制成，电阻丝的表面涂有一层绝缘膜，使丝间彼此绝缘，电阻丝的两头分别固结在瓷管两端的A、B接线柱上，滑动头D可沿着金属杆滑动，杆的两端支撑在金属架上，并与其绝缘，杆的一端连有接线柱C；滑动头和电阻丝相接触处绝缘膜已被刮掉，因此改变滑动头的位置就可以改变AC（或BC）之间电阻的大小，变阻器的符号如图1－3（b）所示。变阻器的规格有：

额定电流：允许通过变阻器的最大电流。

全电阻：A、B间电阻丝的电阻值。

以上数据均在铭牌上标明。

小型的变阻器又称为电位器，它在电子线路等电路中有着广泛的应用，其规格型号有许多种。电位器如图1－4所示，其中A、B、C头与滑线变阻器A、B、C点相对应。功率从零点几瓦至数瓦。使用时勿超过它的额定功率，否则容易烧坏。

2．电阻箱

目前实验室较多用的旋转式电阻箱，是由许多锰铜丝绕成的电阻按十进位分别通过波段形开关连接而成的。

如图1－5（a）所示的电阻箱，每个开关上连接10个相同阻值的电阻（例如：0.1、1、10、…、1000）串联而成，而如图1.5（b）所示的每档电阻是由两种规格共5个电阻（一只R和四只2R）所组成，R为各档的倍率值（如0.1、1、10、100、1000、10000），如常用的ZX21型电阻箱就是这种结构，电阻箱有六个旋钮，电阻箱可变范围为

0→9×（0.1＋1＋10＋100＋1000＋10000）Ω，外形如图1－6所示

电阻箱读数为各档示值与倍率乘积之和。该型电阻箱在室温20°C的准确度见表1.4（表中的a为准确度等级）：

表1.4    电阻箱在室温20°C的准确度

上述电阻箱如果用在交流电路中，只有在低频（不超过1kHz下才能当作“纯电阻”，所以也称为直流电阻箱。它的额定功率为0.25W，故各档以1为首位的电阻额定功率为0.25W，以2为首位的电阻其额定功率为（0.25×2）W，当几档联用时，额定电流按最大档计算，根据

可算出电阻箱所能承受的最大电流值。各档最大允许电流如表1.5所示

表1.5  ZX21型旋转式电阻箱各档最大允许电流

例如：6539Ω电阻最大允许通过的电流，应以×1000档来计算：

电阻箱的误差主要包括电阻箱的基本误差和零电阻误差两个部分。零电阻值包括电阻箱本身的接线、焊接、接触等产生的电阻值。为了减少零电阻引起的误差，ZX21型电阻箱增加了低电阻B接线柱，它与R×0.1盘相连，AB端的最大电阻值为0.9Ω，同理，在R×1盘抽头设置了C接线柱，AC端的最大电阻值为9.9Ω；D端钮就是六个电阻档相互串联起来后的输出端，AD端的最大电阻值为99999.9Ω。

电阻箱的准确度a％各档不同，均标在铭牌上，其允许基本误差ΔR为

ΔR＝R×a％

R为电阻箱读数。

实验内容

1．详细阅读实验讲义，并把讲义中讲到的仪器与实验台上的实物相对照，熟悉各种仪器的性能、规格、表上符号的含义、使用方法和注意事项。

2．实验报告要求

（1）对照实物，总结出实验室所用的直流稳压电源的规格，使用方法，使用过程中的注意事项。

（2）根据实验台上所放的电压表和电流表，写出表盘上所标符号代表的含义。直流电流表、直流电压表的使用方法和注意事项。试讨论电表的误差和等级。

（3）根据你对电阻箱的观察和了解，说明使用电阻箱几档联用时它的额定电流、允许基本误差ΔR的计算方法，举例说明。

 

第二篇：电磁学实验

1.

伴随霍耳效应产生的几种副效应

在研究磁场中导体或半导体的通电过程时，发现会产生一些不可避免的副效应，由于这些副效应产生的附加电势差叠加在霍耳电压上，形成了测量中的系统误差，这些副效应有：

（1）爱廷豪森效应 由于电子的速度服从统计规律，各电子的速度不相同，它们所受的洛仑兹力不同，因此偏转程度不同。由于不同速度的电子有不同的能量，故会在方向形成温度梯度，而且在电压引线处，电极材料与霍耳元件材料不同，从而在方向产生电势差，。

（2）能斯特效应 由于两个电流引线3、4焊点处的电阻不同，通电后在两电极处发热程度不同，因而在3、4间形成温度差，从而产生热扩散电流，这个电流在磁场作用下，也会在方向产生电势差。

（3）里纪——勒杜克效应 与能斯特效应类似，在1、2电极两端直接产生一温差电动势。

（4）不等势电势差 如图3—8—2所示，当霍耳传感器通电时，在内部形成等势面，在电极1、2间往往存在一定电势差，此电势差称为不等势电势差。

这些副效应带来了附加电势差，形成了测量中的系统误差，以至霍耳电压测量误差较大，为了减小和消除这些附加电势差，常利用这些电势差与电流I、磁场B方向的关系，通过改变I、B方向，将所测结果求和并取平均值，这样，基本上可消除（2）、（3）、（4）效应带来的误差，（1）效应带来的附加电势差虽不能消除，但由于其影响很小，可以忽略。由于不等势电势差的影响较大，本实验将着重考虑如何消除的影响。

为了消除不等势电压，实验中常用换测法（异号法），即取电流和磁场的四种工作状态，测出结果，求其平均值。在图3—8—1中，设所示的电流I和磁场的方向为正方向，则此时不等势电压也为正，下面的讨论，凡与图示方向相反的均为负方向。四种工作状态测量的情况表示如下：

， 测得1、2端电压为

（3—8—8—a）

， 测得1、2端电压为

（3—8—8—b）

， 测得1、2端电压为

（3—8—8—c）

， 测得1、2端电压为

（3—8—8—d）

由上面四个式子，可得霍耳电压为

（3—8—9）

可见，通过四种工作状态的换测，不等势电压被消除了，同时温差引起的附加电压也可以消除。式（3—8—9）中的、、、分别为每一工作状态时所测得的电压值，其中和本身就是负电压。因此式（3—8—9）可改写为

（3—8—10）

3．误差分析及改进措施

以上叙述了几种副效应带来的附加电势差，实验中通过多次改变B、I的方向来测量，这样做，电路较繁琐，操作起来也很麻烦。由于系统误差中影响最大的是不等势电势差，下面介绍一种方法可直接消除不等势电势差的影响，不用多次改变B、I方向。如图3—8—3所示，将图3—8—2中电极2引线处焊上两个电极引

线5、6，并在5、6间连接一可变电阻，其滑动端作为另一引出线2，将线路完全接通后，可以调节滑动触头2，使数字电压表所测电压为零，这样就消除了1、2两引线间的不等势电势差，而且还可以测出不等势电势差的大小。本霍尔效应测磁仪的霍尔电压测量部分就采用了这种电路，使得整个实验过程变得较为容易操作，不过实验前要首先进行霍尔输出电压的调零，以消除霍尔器件的“不等位电势”。

2.

从第一题找。。。。

3.

组成一个电流表一个电压表， 电路图自己画

4.

1.图中，，——转换开关式比率臂电阻箱

，——转换开关式测定臂电阻箱

——检流计保护电阻

——检流计

（粗），（细），（短路）——按钮开关

——电源开关

把QJ19型单双臂电桥当作单臂电桥使用时，未知电阻接到5、6两端，且将3、4两端短路，7、8两端开路，电源接9、10端扭，检流计接1，2两端，接法如图3—3—2所示。

当电桥平衡时，由B、D两点间无电流得出：

，

由B、D两点间电位相等得：

由以上四式得出：

这样待测电阻可以由、的比率与的乘积决定，因此通常称、所在的桥臂为比率臂，称所在的桥臂为测定臂。

2.电桥的精度等级，电桥的灵敏度，测量时间或电阻温度

3. 实验和理论计算都表明，影响电桥灵敏度的因素是多种多样的。电源电压越高（当然在允许范围内），检流计本身灵敏度越高，检流计内阻越小，桥臂电阻越小，则电桥灵敏度越高。

4.随便写点就行，什么电源要跃接啊，要合作好什么的。。。。

5.

分别用内接和外接法测量5欧和1k欧的电阻，然后套误差公式计算，自己写写。。

6.

测量幅频特性与相频特性要保持放大器输入的电压，也就是信号发生器输出电压有效值不变，这样放大器输出电压的高低就代表着放大器的放大量，这样就可以测出增益-频率特性，也就是幅频特性，这是控制变量。

7.

周期不够长

8.

L=1/(常数C*（f^2）*电容C)    0.1L=1/(…((根号10)f^2)…)     10L=1/(……((f/根号10)^2)…)