基本电学量的测量一、实验简介万家灯火，一片祥和。家里电路突然断电或家用电器突然罢工，我们需要排除故障，那么第一个想到的工具就是万用表。在工作中常常需要设计一些电路，在检测电路是又怎能少得了万用表？可见，万用表的是生活和工作中必不可少的基本工具。你知道短路会造成什么后果吗？用电功率过大会引发什么事故？你知道保险丝、空气开关在电路中的作用吗？它们的原理是什么？电器的漏电保护装置的作用和原理又是什么？你知道地线和零线的区别吗？让我们学习用万用表对一些基本电学量测量开始，逐层揭开面纱。二、实验原理1.万用表的结构万用表就是集多种仪表于一体的一种电学仪表。使用万用表可以对电阻、直流电流、直流电压、交流电流、交流电压等几类电学量进行测量。万用表的种类和型号有很多，功能也各不相同，但从结构上可大致分为指针式和数字式两大类。从外观上来看，指针式万用表用一个指针表头来指示测量数据，而数字式万用表则是用液晶显示屏。它们的基本原理相同。数字式万用表的核心部件是一块模数转换器，它能把输入的直流电压直接转换成数字量输出，并驱动液晶显示器进行十进制的数字显示。测量交流电压、直流电流、交流电流和电阻则和指针式万用表一样，通过电表的改装和量程的扩展实现。本次实验中所使用的万用表为数字式万用表。图A25-1中a、b、C、d、e分别给出了直流电流(DCA)、直流电压(DCV)、交流电流(ACA)、交流电压（ACV)和电阻(Q)表的电路原理图。ORRRRRREEPRT￥E(a)DCA测量电路(b)DCV测量电路DODRRRRRisRuRuRuR661TE6+(d)ACV测量电路(c)ACA测量电路(e)电阻测量电路图A25-1
基本电学量的测量 一、实验简介 万家灯火，一片祥和。家里电路突然断电或家用电器突然罢工，我们需要排 除故障，那么第一个想到的工具就是万用表。在工作中常常需要设计一些电路， 在检测电路是又怎能少得了万用表？可见，万用表的是生活和工作中必不可少的 基本工具。你知道短路会造成什么后果吗？用电功率过大会引发什么事故？你知 道保险丝、空气开关在电路中的作用吗？它们的原理是什么？电器的漏电保护装 置的作用和原理又是什么？你知道地线和零线的区别吗？让我们学习用万用表 对一些基本电学量测量开始，逐层揭开面纱。 二、实验原理 1.万用表的结构 万用表就是集多种仪表于一体的一种电学仪表。使用万用表可以对电阻、直 流电流、直流电压、交流电流、交流电压等几类电学量进行测量。万用表的种类 和型号有很多，功能也各不相同，但从结构上可大致分为指针式和数字式两大类。 从外观上来看，指针式万用表用一个指针表头来指示测量数据，而数字式万用表 则是用液晶显示屏。它们的基本原理相同。数字式万用表的核心部件是一块模数 转换器，它能把输入的直流电压直接转换成数字量输出，并驱动液晶显示器进行 十进制的数字显示。测量交流电压、直流电流、交流电流和电阻则和指针式万用 表一样，通过电表的改装和量程的扩展实现。本次实验中所使用的万用表为数字 式万用表。 图A25-1中a、b、c、d、e分别给出了直流电流(DCA)、直流电压(DCV)、交流 电流(ACA)、交流电压(ACV)和电阻(Ω)表的电路原理图。 图A25-1
在图A25-1(a)中，表头的内阻一般为千欧量级，灵敏度一般为10uA，R1-Rs被称之为分流电阻，其作用就是减小通过表头的电流。它们的数值一般都很小，视表头的内阻而定，从零点几欧姆到几欧姆不等。因此当电流表过载后，这些精密电阻极易受损。这一点请大家务必牢记！在图A25-1(b)中，R6-R10为分压电阻，它们的作用就是减小分担在表头上的电压。在图A25-1(c)和(d)两图中D1和D2为整流二极管，它们是交流仪表所必备的电路组成部分。2.使用万用表检查电路故障万用表还常用于检测电路中的故障，判断电路中发生故障的位置。经常使用以下2种判断方式：(1)电压法：电路正常工作时，各部分的电压和相对参考点的电位都有确定值。电路发生故障时，各点电压会发生变化。在接通电源的情况下，使用万用表检查电路中各元件上的电压值，根据电路中的电压分布情况来分析判断电路中发生故障的具体部位。(2)电阻法：在断开电源的情况下，使用万用表检查电路中各支路的电阻值，根据电路中的电阻分布情况来分析判断电路中发生故障的具体部位。注意在这一方法中，一定要先切断电源后，方可使用电阻表对各支路的电阻值进行测量！否则，在通电的情况下测量电阻，极易损坏电表！另外，在通电的情况下测量电阻，得到的结果也是不正确的。三、实验内容1.基本电学量的测量：测量电阻R1，电阻R2，灯泡的直流电阻，变压器初级线圈的直流电阻，变压器次级线圈的直流电阻的阻值；测量二极管D1和二极管D2的正向压降和反向压降：测量电容C的电容值：测量电池A和电池B的电动势。2.直流阻抗和交流阻抗的测量：测量直流电源的电动势E，灯泡的直流压降U，直流电流I以及求出相应的灯泡的直流阻抗R和电源内阻r；测量交流电源的空载电压Uo，灯泡的交流压降U，交流电流以及求出相应的灯泡的交流阻抗Z和变压器的输出阻抗z。3.作图法求电阻：通过改变可调电阻的阻值，记录未知电阻r两端的电压和通过的电流，作U-I曲线，求出电阻的阻值。四、实验仪器本实验所使用的仪器有实验线路板、干电池、万用表、直流稳压电源、电流表、电压表等。1.实验线路板实验仪器和仿真仪器：
在图A25-1(a)中，表头的内阻一般为千欧量级，灵敏度一般为10μA，R1-R5被 称之为分流电阻，其作用就是减小通过表头的电流。它们的数值一般都很小，视 表头的内阻而定，从零点几欧姆到几欧姆不等。因此当电流表过载后，这些精密 电阻极易受损。这一点请大家务必牢记！ 在图A25-1(b)中，R6-R10为分压电阻，它们的作用就是减小分担在表头上的电 压。在图A25-1(c)和(d)两图中D1和D2为整流二极管，它们是交流仪表所必备的电 路组成部分。 2.使用万用表检查电路故障 万用表还常用于检测电路中的故障，判断电路中发生故障的位置。经常使用 以下2种判断方式： (1)电压法：电路正常工作时，各部分的电压和相对参考点的电位都有确定 值。电路发生故障时，各点电压会发生变化。在接通电源的情况下，使用万用表 检查电路中各元件上的电压值，根据电路中的电压分布情况来分析判断电路中发 生故障的具体部位。 (2)电阻法：在断开电源的情况下，使用万用表检查电路中各支路的电阻值， 根据电路中的电阻分布情况来分析判断电路中发生故障的具体部位。注意在这一 方法中，一定要先切断电源后，方可使用电阻表对各支路的电阻值进行测量！否 则，在通电的情况下测量电阻，极易损坏电表！另外，在通电的情况下测量电阻， 得到的结果也是不正确的。 三、实验内容 1.基本电学量的测量：测量电阻R1，电阻R2，灯泡的直流电阻，变压器初级 线圈的直流电阻，变压器次级线圈的直流电阻的阻值；测量二极管D1和二极管D2 的正向压降和反向压降；测量电容C的电容值；测量电池A和电池B的电动势。 2.直流阻抗和交流阻抗的测量：测量直流电源的电动势，灯泡的直流压降U ，直流电流以及求出相应的灯泡的直流阻抗R和电源内阻r；测量交流电源的空 载电压Uo，灯泡的交流压降U，交流电流i以及求出相应的灯泡的交流阻抗Z和变 压器的输出阻抗z。 3.作图法求电阻：通过改变可调电阻的阻值，记录未知电阻r两端的电压和通 过的电流，作U-曲线，求出电阻的阻值。 四、实验仪器 本实验所使用的仪器有实验线路板、干电池、万用表、直流稳压电源、电流 表、电压表等。 1.实验线路板 实验仪器和仿真仪器：
真实仪器仿真仪器EJBDC-2型基本电学测量试验仪实验线路板大视图操作方法：(1)双击打开实验线路板大视图；(2)鼠标点击本实验中用到的接线柱，可以进行连线；(3)图二开关BAC和图三开关K可以通过鼠标左击和右击切换断开或者闭合状态;(4)图三中的可调电阻R可以通过鼠标的左击和右击，左旋或者右旋，来变大或者减小电阻的阻值。2.万用表实验仪器和仿真仪器：真实仪器仿真仪器
真实仪器 仿真仪器 实验线路板大视图 操作方法： (1)双击打开实验线路板大视图； (2)鼠标点击本实验中用到的接线柱，可以进行连线； (3)图二开关BAC和图三开关K可以通过鼠标左击和右击切换断开或者闭合状 态； (4)图三中的可调电阻R可以通过鼠标的左击和右击，左旋或者右旋，来变大 或者减小电阻的阻值。 2.万用表 实验仪器和仿真仪器： 真实仪器 仿真仪器
万用表大视图操作方法：(1)双击打开万用表大视图；(2)在万用表大视图中，鼠标左击万用表开关，打开万用表；再次左击开关，关闭万用表；(3)在万用表大视图中，鼠标左击档位旋钮，旋钮逆时针转动；右击档位旋钮，旋钮顺时针转动；（4)在万用表大视图中，鼠标左击选中红（黑）接线柱，拖动至要插入的插孔，松开鼠标，表笔自动接入该插孔。3.干电池实验仪器和仿真仪器：图真实仪器仿真仪器操作方法：(1）在主场景中，鼠标选中正（负）接线柱，拖动鼠标到相应的接线柱，可以进行将正（负）接线柱与该接线柱相连。4.直流稳压电源实验仪器和仿真仪器：
万用表大视图 操作方法： (1)双击打开万用表大视图； (2)在万用表大视图中，鼠标左击万用表开关，打开万用表；再次左击开关 ，关闭万用表； (3)在万用表大视图中，鼠标左击档位旋钮，旋钮逆时针转动；右击档位旋 钮，旋钮顺时针转动； (4)在万用表大视图中，鼠标左击选中红（黑）接线柱，拖动至要插入的插 孔，松开鼠标，表笔自动接入该插孔。 3.干电池 实验仪器和仿真仪器： 真实仪器 仿真仪器 操作方法： (1) 在主场景中，鼠标选中正（负）接线柱，拖动鼠标到相应的接线柱，可 以进行将正（负）接线柱与该接线柱相连。 4.直流稳压电源 实验仪器和仿真仪器：
真实仪器仿真仪器REODW-302直流热压电话电源大视图操作方法：(1)双击打开电源大视图；(2)在电源大视图中，鼠标左击电源开关，打开电源；再次点击开关，关闭电源；(3)在主场景中，鼠标选中红（黑）接线柱，拖动鼠标到相应的接线柱，可以进行将红（黑）接线柱与该接线柱相连，5.电流表实验仪器和仿真仪器：mA真实仪器仿真仪器
真实仪器 仿真仪器 电源大视图 操作方法： (1)双击打开电源大视图； (2)在电源大视图中，鼠标左击电源开关，打开电源；再次点击开关，关闭 电源； (3)在主场景中，鼠标选中红（黑）接线柱，拖动鼠标到相应的接线柱，可 以进行将红（黑）接线柱与该接线柱相连。 5.电流表 实验仪器和仿真仪器： 真实仪器 仿真仪器
mA电流表大视图操作方法：(1)双击打开电流表大视图，进行读数；(2)在主场景中，鼠标点击接线柱，拖动到相应的接线柱，将该接线柱连接到相应的接线柱。6.电压表实验仪器和仿真仪器：迎迎迎真实仪器仿真仪器电压表大视图操作方法：(1)双击打开电压表大视图，进行读数；
电流表大视图 操作方法： (1)双击打开电流表大视图，进行读数； (2)在主场景中，鼠标点击接线柱，拖动到相应的接线柱，将该接线柱连接 到相应的接线柱。 6.电压表 实验仪器和仿真仪器： 真实仪器 仿真仪器 电压表大视图 操作方法： (1)双击打开电压表大视图，进行读数；
(2)在主场景中，鼠标点击接线柱，拖动到相应的接线柱，将该接线柱连接到相应的接线柱。五、实验指导实验重点1.学习使用万用表、电压表、电流表等对一些基本电学量进行测量的方法。2.了解利用万用电表检查电路故障的基本方法。实验难点1.测量不同电学参数时，万用表插孔和档位量程的选择。2.作图法求电阻实验中，正确选择电压表和电流表的量程。辅助功能介绍：界面的右上角的功能显示框当在普通做实验状态下，显示实验已经进行的用时、记录数据按钮、结束操作按钮：在考试状态下，显示考试所剩时间的倒计时、记录数据按钮、结束操作按钮、显示考卷按钮（考试状态下显示）。右上角工具箱：可以打开计算器。右上角帮助和关闭按钮：帮助按钮可以打开帮助文件，关闭按钮功能就是关闭实验。实验仪器栏：鼠标选中仪器中的仪器，可以查看仪器名称，在提示信息栏可以查看相应的仪器描述。提示信息栏：显示实验过程中的仪器信息，实验内容信息，仪器功能按钮信息等相关信息，按F1键可以获得更多帮助信息。实验内容栏：显示实验名称和实验内容信息（多个实验内容依次列出），当前实验内容显示为橘黄色，其他实验内容为蓝色；可以通过单击实验内容进行实验内容之间的切换。切换至新的实验内容后，实验桌上的仪器会重新按照当前实验内容进行初始化。实验操作方法：R.RDJ(a)n开灯泡&220V2(c)(b)图A25-2
(2)在主场景中，鼠标点击接线柱，拖动到相应的接线柱，将该接线柱连接 到相应的接线柱。 五、实验指导 实验重点 1.学习使用万用表、电压表、电流表等对一些基本电学量进行测量的方法。 2.了解利用万用电表检查电路故障的基本方法。 实验难点 1.测量不同电学参数时，万用表插孔和档位量程的选择。 2.作图法求电阻实验中，正确选择电压表和电流表的量程。 辅助功能介绍: 界面的右上角的功能显示框:当在普通做实验状态下，显示实验已经进行的 用时、记录数据按钮、结束操作按钮；在考试状态下，显示考试所剩时间的倒计 时、记录数据按钮、结束操作按钮、显示考卷按钮（考试状态下显示）。 右上角工具箱：可以打开计算器。 右上角帮助和关闭按钮：帮助按钮可以打开帮助文件，关闭按钮功能就是关 闭实验。 实验仪器栏：鼠标选中仪器中的仪器，可以查看仪器名称，在提示信息栏可 以查看相应的仪器描述。 提示信息栏：显示实验过程中的仪器信息，实验内容信息，仪器功能按钮信 息等相关信息，按F1键可以获得更多帮助信息。 实验内容栏:显示实验名称和实验内容信息(多个实验内容依次列出)，当前实 验内容显示为橘黄色，其他实验内容为蓝色；可以通过单击实验内容进行实验内 容之间的切换。切换至新的实验内容后，实验桌上的仪器会重新按照当前实验内 容进行初始化。 实验操作方法: 图A25-2
1.基本电学参数的测量(1)元件直流电阻的测量将万用表的黑色表笔插入“cOM”孔，红色表笔插入“V/Q”孔，将万用表的功能转换旋钮转到适当的档位和量程，测量图A25-2(a)中R1、R2的阻值、图A25-2(b)中小灯泡的直流电阻、变压器初级线圈的直流电阻及次级线圈的直流电阻。注意：A、B间断开时，电源插头两端的阻值为变压器初级线圈的直流电阻，B、D间的阻值为次级线圈的直流电阻。(2)二极管性能和电容值测量将万用表的黑色笔插入“cOM”孔，红色表笔插入“V/Q”孔，将万用表的功能转换旋钮转到适当的档位，用红色表笔连接图A25-2(a)中二极管的阳极，黑色表笔连接二极管的阴极，此时万用表显示的是二极管的正向压降。将两表笔对调，此时万用表显示的是二极管的反向压降。将万用表的功能转换旋钮转到适当的档位和量程，测量图A25-2(a)中电容值C。(3)干电池电动势的测量将万用表的黑色表笔插入“cOM”孔，红色表笔插入“V/Q”孔，将万用表的功能转换旋钮转到适当的档位和量程，测量两个不同干电池的电动势。2.直流阻抗和交流阻抗的测量(1)直流阻抗的测量在图A25-2(b)中，将6V的直流电源接入电路，在A、C间断开的情况下，用万用表测量直流电源两端的电压值，用它近似代表电源的电动势E，将A、C接通，再重复上述测量，即可得到灯泡上直流压降U。将万用表的红色插头插入“mA”孔，将万用表的功能转换旋钮转到适当的档位和量程，再将A、C断开，用万用表测量A、C处的直流电流值I。最后用伏安法计算出灯泡的直流阻抗R及电源的内阻r。(2)交流阻抗的测量图A25-2(b)中，将220V的交流电源接入电路，将万用表的红色插头插入“mA”孔，将万用表的功能转换旋钮转到适当的档位和量程，将A、B断开，用万用表测量A、B处的交流电流值i。将万用表的黑色表笔插入“cOM”孔，红色表笔插入“V/Q”孔，将万用表的功能转换旋钮转到适当的档位和量程，在A、B间断开的情况下，用万用表测量交流电源两端的空载电压值Uo，将A、B接通，再重复上述测量，即可得到灯泡的交流压降U。最后用伏安法计算出灯泡的交流阻抗Z及变压器的输出阻抗z。3.作图法求电阻将6V直流电源、毫安表、电压表接入图A25-2(c)电路中，调整电位器R，使电压表中的读数分别为1,2,3,4,5V，记录相应的电流值。在坐标纸上以电流值为横坐标，电压值为纵坐标，画出U-I曲线（应为一条直线），通过两点式求其斜率，根
1.基本电学参数的测量 (1)元件直流电阻的测量 将万用表的黑色表笔插入“COM”孔，红色表笔插入“V/Ω”孔，将万用表 的功能转换旋钮转到适当的档位和量程，测量图A25-2(a)中R1、R2的阻值、图 A25-2(b)中小灯泡的直流电阻、变压器初级线圈的直流电阻及次级线圈的直流电 阻。注意：A、B间断开时，电源插头两端的阻值为变压器初级线圈的直流电阻， B、D间的阻值为次级线圈的直流电阻。 (2)二极管性能和电容值测量 将万用表的黑色笔插入“COM”孔，红色表笔插入“V/Ω”孔，将万用表的 功能转换旋钮转到适当的档位，用红色表笔连接图A25-2(a)中二极管的阳极，黑 色表笔连接二极管的阴极，此时万用表显示的是二极管的正向压降。将两表笔对 调，此时万用表显示的是二极管的反向压降。将万用表的功能转换旋钮转到适当 的档位和量程，测量图A25-2(a)中电容值C。 (3)干电池电动势的测量 将万用表的黑色表笔插入“COM”孔，红色表笔插入“V/Ω”孔，将万用表 的功能转换旋钮转到适当的档位和量程，测量两个不同干电池的电动势。 2.直流阻抗和交流阻抗的测量 (1)直流阻抗的测量 在图A25-2(b)中，将6V的直流电源接入电路，在A、C间断开的情况下，用万 用表测量直流电源两端的电压值，用它近似代表电源的电动势E，将A、C接通， 再重复上述测量，即可得到灯泡上直流压降U。 将万用表的红色插头插入“mA”孔，将万用表的功能转换旋钮转到适当的 档位和量程，再将A、C断开，用万用表测量A、C处的直流电流值。 最后用伏安法计算出灯泡的直流阻抗R及电源的内阻r。 (2)交流阻抗的测量 图A25-2(b)中，将220V的交流电源接入电路，将万用表的红色插头插入“mA” 孔，将万用表的功能转换旋钮转到适当的档位和量程，将A、B断开，用万用表 测量A、B处的交流电流值i。 将万用表的黑色表笔插入“COM”孔，红色表笔插入“V/Ω”孔，将万用表 的功能转换旋钮转到适当的档位和量程，在A、B间断开的情况下，用万用表测 量交流电源两端的空载电压值Uo，将A、B接通，再重复上述测量，即可得到灯 泡的交流压降U。 最后用伏安法计算出灯泡的交流阻抗Z及变压器的输出阻抗z。 3.作图法求电阻 将6V直流电源、毫安表、电压表接入图A25-2(c)电路中，调整电位器R，使电 压表中的读数分别为1,2,3,4,5V，记录相应的电流值。在坐标纸上以电流值为横坐 标，电压值为纵坐标，画出U-曲线（应为一条直线），通过两点式求其斜率，根
据欧姆定律，从而求得电阻r值。六、思考题1.万用表的内阻在什么功能处最小、在什么功能处最大？实验结束后功能旋钮应该旋到哪一档位？2.用万用表要注意哪些问题？试举一例说明误用万用表的严重事故。3.元件上通有一定的电流，此时可否用电阻表来测量其阻值？为什么？4．比较本次实验中通过不同方法测量得到灯泡的不同阻值，试解释之。5.如何使用万用表来检查电路故障？七、参考资料1.何志巍、朱世秋、徐艳月，大学物理实验教程，第4版，机械工业出版社，2017年9月
据欧姆定律，从而求得电阻r值。 六、思考题 1．万用表的内阻在什么功能处最小、在什么功能处最大？实验结束后功能 旋钮应该旋到哪一档位？ 2．用万用表要注意哪些问题？试举一例说明误用万用表的严重事故。 3．元件上通有一定的电流，此时可否用电阻表来测量其阻值？为什么？ 4．比较本次实验中通过不同方法测量得到灯泡的不同阻值，试解释之。 5．如何使用万用表来检查电路故障？ 七、参考资料 1.何志巍、朱世秋、徐艳月，大学物理实验教程，第4版，机械工业出版社， 2017年9月