普通物理电磁学实验讲义PU TONG WU LIDIAN CI XUE SHI YAN JIAN YI汕头大学物理系电磁学实验室编20014年7月
普通物理 电磁学实验讲义 PU TONG WU LI DIAN CI XUE SHI YAN JIAN YI 汕头大学物理系电磁学实验室编 20014 年 7 月
目录电学实验操作规程电磁学实验的常用仪器和器件实验一电表的改转装和校准实验二电位差计的原理和使用14实验三示波器的原理和使用21实验四模拟静电场-31实验五交流电路的谐振现象37实验六用冲击电流计测定螺线管磁场43实验七示波器测绘铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线..49实验八RLC串联电路的稳态过程·54实验九RLC串联电路的暂态过程·58实验十交流电路功率的测量和功率因数的提高··63实验十二密立根油滴实验70实验十二磁阻效应及磁阻传感器设计实验周期函数的傅里叶分析81-
1 目录 电学实验操作规程 „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „„„„2 电磁学实验的常用仪器和器件 „ „ „ „ „ „ „ „ „ „„„„„„3 实验一 电表的改转装和校准 „ „ „ „ „ „ „ „ „ „„„„8 实验二 电位差计的原理和使用 „ „ „ „ „ „ „ „„„„„14 实验三 示波器的原理和使用 „ „ „ „ „ „ „ „„„„„„21 实验四 模拟静电场 „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „„„„31 实验五 交流电路的谐振现象 „ „ „ „ „ „ „ „ „ „„„„37 实验六 用冲击电流计测定螺线管磁场 „ „ „ „ „ „ „ „„„43 实验七 示波器测绘铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线 „ „ „ „ „49 实验八 RLC 串联电路的稳态过程 „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „54 实验九 RLC 串联电路的暂态过程 „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „58 实验十 交流电路功率的测量和功率因数的提高 „ „ „ „ „ „ „63 实验十一 密立根油滴实验 „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ 70 实验十二 磁阻效应及磁阻传感器 „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ 77 设计实验 周期函数的傅里叶分析 „ „ „ „ „ „ „ „ „ „ 81
电学实验操作规程1准备到实验室前先准备好数据表格，实验时，先要把本组实验仪器的规格弄清楚，然后根据电路图要求摆好元件（基本按电路图排列次序，但也要考虑到读数和操作的方便）。2连线要在理解电路的基础上联线。例如图一电路，应当这样理解：分压器先把电源电压分为两部分，用伏特表测出AC部分的电压，再把这部分电压送到用电的电阻R上，并由毫安计测出R上的电流。连线时的次序和思路，可从电源开始（但先不接通电源），用两根线连到开关的两个接线柱上，再由开关引出两根线，连到变压器全电阻AB上，使产生电压降。从AC两端引线到伏特计上测量分压，再从伏特计两端引出分压送到电阻R与毫安计串联的电路。RE图一连线时还应注意利用不同颜色的导线，这样可以表现出电路电位的高低。一般，用红色或浅色线接正极或高电位，用蓝色或深色接负极或低电位。最后，应特别指出，在连线过程中，所有的电源最后才连入电路，开关也要断开。3检查接好电路后，先复查电路联线是否正确，再检查其它要求是否符合，例如，开关是否打开、电表和电源正负极是否接错、量程是否正确、电阻箱数值是否正确、变阻器的滑线端（或电阻箱各档旋钮）位置是否正确等等，直到一切都做好，经指导老师检查正确后，再接上电源。4通电在通电合上开关前，要先想好通电瞬间各仪表的正常反应是怎样的（例如电表指针是指零不动或是应摆动到什么位置等）。开关合上时要密切注意仪表反应是否正常，并随时准备在不正常时打开开关。实验过程中需要暂停时，应断开必要的开关。若需要更换电路，应将电路中各个仪表拨到安全位置然后打开开关，拆去电源，再改接电路，经指导老师检查后才可接电源继续做实验。5安全不管电路有无高电压，要养成避免用手或身体接触电路中导体的习惯。6规整实验完毕，应将电路中仪器拨到安全位置，打开开关，经教师检查实验数据后再拆线。拆线时应先拆去电源，最后将所有仪器放回原处，再离开实验室。2
2 电学实验操作规程 1 准备 到实验室前先准备好数据表格，实验时，先要把本组实验仪器的规格弄清楚，然后根据 电路图要求摆好元件（基本按电路图排列次序，但也要考虑到读数和操作的方便）。 2 连线 要在理解电路的基础上联线。例如图一电路，应当这样理解：分压器先把电源电压分为 两部分，用伏特表测出 AC 部分的电压，再把这部分电压送到用电的电阻 R 上，并由毫安 计测出 R 上的电流。连线时的次序和思路，可从电源开始（但先不接通电源），用两根线连 到开关的两个接线柱上，再由开关引出两根线，连到变压器全电阻 AB 上，使产生电压降。 从 AC 两端引线到伏特计上测量分压，再从伏特计两端引出分压送到电阻 R 与毫安计串联 的电路。 图一 连线时还应注意利用不同颜色的导线，这样可以表现出电路电位的高低。一般，用红色 或浅色线接正极或高电位，用蓝色或深色接负极或低电位。最后，应特别指出，在连线过程 中，所有的电源最后才连入电路，开关也要断开。 3 检查 接好电路后，先复查电路联线是否正确，再检查其它要求是否符合，例如，开关是否打 开、电表和电源正负极是否接错、量程是否正确、电阻箱数值是否正确、变阻器的滑线端（或 电阻箱各档旋钮）位置是否正确等等，直到一切都做好，经指导老师检查正确后，再接上电 源。 4 通电 在通电合上开关前，要先想好通电瞬间各仪表的正常反应是怎样的（例如电表指针是指 零不动或是应摆动到什么位置等）。开关合上时要密切注意仪表反应是否正常，并随时准备 在不正常时打开开关。 实验过程中需要暂停时，应断开必要的开关。若需要更换电路，应将电路中各个仪表拨 到安全位置然后打开开关，拆去电源，再改接电路，经指导老师检查后才可接电源继续做实 验。 5 安全 不管电路有无高电压，要养成避免用手或身体接触电路中导体的习惯。 6 规整 实验完毕，应将电路中仪器拨到安全位置，打开开关，经教师检查实验数据后再拆线。拆 线时应先拆去电源，最后将所有仪器放回原处，再离开实验室。 mA E B A C V R
电磁学实验的常用仪器和器件电磁学实验离不开各种电测仪表、设备，为此，在使用之前，应先了解它的性能、规格和使用方法，这样，才能在使用时，保证仪器设备处于正常情况下工作，从而避免顺坏环，保证实验顺利进行和实验结果的准确、可靠。下面对一些常用的基本仪器设备及其接线要领、注意事项作一简单介绍。一滑线变阻器滑线变阻器是电磁学实验中常用的器件，它用于调节电压和电流，在电路中的基本接法有电位器接法和可变电阻器接法。滑线变阻器的外形和结构见图一，其主要部分为密绕在瓷管上的粗细均匀的电阻丝（如镍铬丝），然后将电阻丝两端分别与接线柱A、B相连，另一接线柱C通过铜棒与滑动接触器连接。因此，沿铜棒移动接触器的位置，即可改变AC(或BC)间的电阻值，图下方为滑线变阻器在电路中的符号。oCA℃-OB图一使用滑线变阻器时应注意下面几点：1.通过变阻器的电流，不能超过它的额定电流值。2.作固定电阻使用时，只用A与B两个接线柱。3.作可调电阻器使用时，把A与C或B与C两个接线柱接入电路，接通电源前，应先把变阻器调到电阻值最大的位置，保证电路接通电源后电流为最小，然后，逐渐减少电阻，直到需要值。4.作电位器使用时，电源接在A和B两个固定端上，而电路则接在滑动端C及任一固定端A（B）之间，接通电源前，滑动端应移在输出电压为零的位置上，然后，逐渐增加输出电压（电流），使它达到所需要的值。二旋转式电阻箱电阻箱是一种数值可调节的精密电阻组件，它由若干个数值准确的固定电阻元件（用高稳定锰铜合金丝绕制）组合而成，并借助转盘位置的变换来获得1~9999Q（ZX36型）或0.1~99999.9Q（ZX21a型）的各电阻值（图二）。现结合上述两种型号电阻箱，将有关事项说明如下：1.最大允许电流。一般电阻箱的额定功率为0.25W，可以由它计算出最大允许电流wI=JR2允许基本误差。我们实验中常采用准确度登记为0.1的电阻箱，在额定电流范围内，其允许基本误差为：△R=（0.1%R+0.002m）3
3 电磁学实验的常用仪器和器件 电磁学实验离不开各种电测仪表、设备，为此，在使用之前，应先了解它的性能、规 格和使用方法，这样，才能在使用时，保证仪器设备处于正常情况下工作，从而避免顺坏， 保证实验顺利进行和实验结果的准确、可靠。 下面对一些常用的基本仪器设备及其接线要领、注意事项作一简单介绍。 一 滑线变阻器 滑线变阻器是电磁学实验中常用的器件，它用于调节电压和电流，在电路中的基本接法 有电位器接法和可变电阻器接法。滑线变阻器的外形和结构见图一，其主要部分为密绕在瓷 管上的粗细均匀的电阻丝（如镍铬丝），然后将电阻丝两端分别与接线柱 A、B 相连，另一 接线柱 C 通过铜棒与滑动接触器连接。因此，沿铜棒移动接触器的位置，即可改变 AC(或 BC)间的电阻值，图下方为滑线变阻器在电路中的符号。 图一 使用滑线变阻器时应注意下面几点： 1．通过变阻器的电流，不能超过它的额定电流值。 2．作固定电阻使用时，只用 A 与 B 两个接线柱。 3．作可调电阻器使用时，把 A 与 C 或 B 与 C 两个接线柱接入电路，接通电源前，应 先把变阻器调到电阻值最大的位置，保证电路接通电源后电流为最小，然后，逐渐减少电阻， 直到需要值。 4．作电位器使用时，电源接在 A 和 B 两个固定端上，而电路则接在滑动端 C 及任一 固定端 A（B）之间，接通电源前，滑动端应移在输出电压为零的位置上，然后，逐渐增加 输出电压（电流），使它达到所需要的值。 二 旋转式电阻箱 电阻箱是一种数值可调节的精密电阻组件，它由若干个数值准确的固定电阻元件（用高 稳定锰铜合金丝绕制）组合而成，并借助转盘位置的变换来获得 1~9999Ω （ZX36 型）或 0.1~99999.9Ω（ZX21a 型）的各电阻值（图二）。现结合上述两种型号电阻箱，将有关事项 说明如下： 1．最大允许电流。一般电阻箱的额定功率为 0.25W，可以由它计算出最大允许电流： I = W R 2 允许基本误差。我们实验中常采用准确度登记为 0.1 的电阻箱，在额定电流范围内， 其允许基本误差为： ∆R = （0.1%R + 0.002m）Ω A C B
其中R指经调节后的电阻箱示值，m是电阻箱的总转盘数，第二项误差是由于电阻箱转盘的接触电阻而引入的，当R较大时，第二项误差可以略去不计。如果R=395Q（设为ZX36型），那么它的允许基本误差AR=0.42.因此，在代入计算式时，R值写成359.0Q较妥，在一般情况下，可以认为电阻箱所指示的电阻值均为四位有效数字。点击放大图二3使用注意：首先，在使用电阻箱前，应先旋转一下各个转盘，使盘内弹簧触点的接触性能稳定可靠（应该定期清洗各个弹簧片，避免长期使用后接触电阻增大，而影响测量的正确度）。其次，工作电流绝不超过最大充许值。再次，使用和储存场所的温度应为+10一40℃，相对湿度不大于80%。周围空气中不含有腐蚀性气体。三 电表实验室用电表大部分是磁电式电表，它的内部结构可以简单的表示为如图三所示。永久磁铁的两个极上连着带圆筒孔腔的极掌，极掌之间装有圆柱形软铁芯，它的作用是使极掌和铁芯间的空隙中磁场很强，并且磁力线是以圆柱的轴为中心呈均匀辐射状。在圆柱形铁芯和极掌间空隙处放有长方形线圈，线圈上固定一根指针，当有电流通过时，线圈就受电磁力矩而偏转，直到跟游丝的反钮力矩平衡，线圈偏角的大小与所通入的电流成正比，电流方向不同，偏转方向也不同，这是磁电式电表的基本特征。标度盘0零点调整螺丝极掌线圈永久磁铁图三图四1.直流检流计检流计是一种测量小电流及小电压的仪表，一般常用作电路平衡的指零器，根据灵敏度的高、低（或电流常数的大小），检流计大致可分为指针式和光点式两类。实验中常使用的AC5/2，AC5/3型指针式检流计（光点式检流计另介绍）见图四。它的电流常数分别为Z2X10A/格、Z7X10A/格。指针式检流计的特点是零点位于刻度板中央。未通电时，仅指针正对零点；通电流后，随电流方向的不同可以左右偏转，检流计常处于断开状态，仅4
4 其中 R 指经调节后的电阻箱示值，m 是电阻箱的总转盘数，第二项误差是由于电阻箱转盘 的接触电阻而引入的，当 R 较大时，第二项误差可以略去不计。如果 R=395Ω（设为 ZX36 型），那么它的允许基本误差 ΔR=0.4Ω.因此，在代入计算式时，R 值写成 359.0Ω 较妥，在 一般情况下，可以认为电阻箱所指示的电阻值均为四位有效数字。 图二 3 使用注意：首先，在使用电阻箱前，应先旋转一下各个转盘，使盘内弹簧触点的接触 性能稳定可靠（应该定期清洗各个弹簧片，避免长期使用后接触电阻增大，而影响测量的正 确度）。其次，工作电流绝不超过最大允许值。再次，使用和储存场所的温度应为+10—40℃， 相对湿度不大于 80%。周围空气中不含有腐蚀性气体。 三 电表 实验室用电表大部分是磁电式电表，它的内部结构可以简单的表示为如图三所示。永久 磁铁的两个极上连着带圆筒孔腔的极掌，极掌之间装有圆柱形软铁芯，它的作用是使极掌和 铁芯间的空隙中磁场很强，并且磁力线是以圆柱的轴为中心呈均匀辐射状。在圆柱形铁芯和 极掌间空隙处放有长方形线圈，线圈上固定一根指针，当有电流通过时，线圈就受电磁力矩 而偏转，直到跟游丝的反钮力矩平衡，线圈偏角的大小与所通入的电流成正比，电流方向不 同，偏转方向也不同，这是磁电式电表的基本特征。 图三 图四 1.直流检流计 检流计是一种测量小电流及小电压的仪表，一般常用作电路平衡的指零器，根据灵敏度 的高、低（或电流常数的大小），检流计大致可分为指针式和光点式两类。实验中常使用的 AC5/2，AC5/3 型指针式检流计（ 光点式检流计另介绍 ）见图四 。它的电流常数分别为 ∠2×10-6 A/格、∠7×10‐7 A/格。指针式检流计的特点是零点位于刻度板中央。未通电时， 仅指针正对零点；通电流后，随电流方向的不同可以左右偏转，检流计常处于断开状态，仅 A
当按下按钮时，检流计才接入电路中。为了避免过大的电流流过检流计，在使用时，可串联一个很大的保护电阻（如几兆欧），或并联一个可变电阻（如电位器），调节其电阻的大小，即可控制流过检流计的电流。使用检流计应注意a轻拿轻放，在搬动时将活动部分用止动器锁住，对无止动器的检流计，可用一根导线将接线柱两端短路，避免震断动圈的悬丝。b不许用万用表的欧姆档去测量检流计的内阻，以避免通入过大的电流烧坏检流计。2.直流电流表用来测量直流电路中的电流强度，根据量程的不同，大致分为微安表、毫安表和安培表三类，有的电流表是多量程的，例如C31-A型直流电流表，共12个不同量程，测量范围很广，最小的为0-7.5mA，最大的为0-30A，利用插塞来转换量程，在正确选择所需量程后，只要将插塞插入该量程孔中即可使用。在测量过程中，如果要改变量程，应先切断电源，再拔出插塞，插入另一孔中，然后接通电源。该电表的等级为0.5级，内阻较小，相应于各种量程，其内阻在10"-几Q的范围内变化，量程越大吗，内阻越小。3.直流电压表用来测量直流电路中两点间电压的大小，大致可分为毫伏表、伏特表两类。电压表一般也是多量程的，例如C31-V直流电压表，可由0-45mV到0-600V几个量程所组成，量程的转换也是利用插塞。此表的等级也是0.5级，电表内阻随量程而异，量程越大，内阻越高。从0-3V开始，不同量程的内阻也与该量程之比是一个常数，即每伏的欧姆数为500Q2/V.如300V档内阻为150KQ。电表误差及准确度等级如何一个电表在测量时都有误差，是由于结构上和制作上的不完善而产生的，它是本身固有的，这种误差称为允许基本误差（△'A）。一般以最大引用误差（a%）或等级值（a）来表示，即有：'A= a%-Am其中Am为电表的量程。a值越小，电表越精密。多量程电表的级值是一定的（如C31-A型电流表的a仅为0.5)：但由上式可知，对于不同的量程，△'A是不同的。Am越小、△'A也越小；而同一量程的△'A值是相同的。因此，对一定的待测量（如某电流值I)，在使用一只多量程电表（如电流表）进行测量时，应注意以下两点：首先，勿使所选择量程（I）小于I值：其次，在满足上述要求前提下，应尽量选择小的量程，借以提高测量值的准确度：此外，对于同一个量，测量时所用电表的准确度越高（级值越小），读出数值的准确度也越高。电表使用的注意事项a使用前应观察指针是否与零刻度线重合，否则应调整表盖上的机械零位器，使指针指零。b直流电表的偏转方向与所通过的电流方向有关，所以，接线时必须注意电表上接线柱的“+”和“”，其中“+”端表示电流流入端，而“”表示电流流出端，切不可接错。否则，就要撞坏指针。C使用电表前，应根据待测量电流或电压的大小选择合适的量程（一般指针偏转不应小于标度尺全长的85%），若量程选择得太小，则通入过大的电流和电压，会使电表损坏：若量程选择得太大，指针偏转又太小，读数就不准确，因此，事先应估计待测量的大小，选择稍大于此量的量程，试测一下，如不合适，再更换更合适的量程。d电表接入电路中，要注意联接方式，安培表是用来测量电流的，必须串联在待测电路中，由于电表都有一定的内阻，当它串入电路后，对待测电路有一定的影响，故其内阻应比5
5 当按下按钮时，检流计才接入电路中。为了避免过大的电流流过检流计，在使用时，可串联 一个很大的保护电阻（如几兆欧），或并联一个可变电阻（如电位器），调节其电阻的大小， 即可控制流过检流计的电流。 使用检流计应注意 a 轻拿轻放，在搬动时将活动部分用止动器锁住，对无止动器的检流计，可用一根导线 将接线柱两端短路，避免震断动圈的悬丝。 b 不许用万用表的欧姆档去测量检流计的内阻，以避免通入过大的电流烧坏检流计。 2.直流电流表 用来测量直流电路中的电流强度，根据量程的不同，大致分为微安表、毫安表和安培表 三类，有的电流表是多量程的，例如 C31-A 型直流电流表，共 12 个不同量程，测量范围很 广，最小的为 0-7.5mA,最大的为 0-30A，利用插塞来转换量程，在正确选择所需量程后， 只要将插塞插入该量程孔中即可使用。在测量过程中，如果要改变量程，应先切断电源，再 拔出插塞，插入另一孔中，然后接通电源。该电表的等级为 0.5 级，内阻较小，相应于各种 量程，其内阻在 10-3 -几Ω 的范围内变化，量程越大吗，内阻越小。 3.直流电压表 用来测量直流电路中两点间电压的大小，大致可分为毫伏表、伏特表两类。电压表一般 也是多量程的，例如 C31-V 直流电压表，可由 0-45mV 到 0-600V 几个量程所组成，量程的 转换也是利用插塞。此表的等级也是 0.5 级，电表内阻随量程而异，量程越大，内阻越高。 从 0-3V 开始，不同量程的内阻也与该量程之比是一个常数，即每伏的欧姆数为 500Ω/V.如 300V 档内阻为 150KΩ。 电表误差及准确度等级 如何一个电表在测量时都有误差，是由于结构上和制作上的不完善而产生的，它是本身 固有的，这种误差称为允许基本误差（Δ´A）。一般以最大引用误差（a%）或等级值（a）来 表示，即有： Δ´A= a%·Am 其中 Am为电表的量程。a 值越小，电表越精密。多量程电表的级值是一定的（如 C31-A 型电流表的 a 仅为 0.5）；但由上式可知，对于不同的量程，Δ´A 是不同的。Am越小、Δ´A 也越小；而同一量程的 Δ´A 值是相同的。因此，对一定的待测量（如某电流值 I），在使用 一只多量程电表（如电流表）进行测量时，应注意以下两点：首先，勿使所选择量程（Im） 小于 I 值；其次，在满足上述要求前提下，应尽量选择小的量程，借以提高测量值的准确度； 此外，对于同一个量，测量时所用电表的准确度越高（级值越小），读出数值的准确度也越 高。 电表使用的注意事项 a 使用前应观察指针是否与零刻度线重合，否则应调整表盖上的机械零位器，使指针指 零。 b 直流电表的偏转方向与所通过的电流方向有关，所以，接线时必须注意电表上接线柱 的“+”和“‐”，其中“+”端表示电流流入端，而“‐”表示电流流出端，切不可接错。 否则，就要撞坏指针。 c 使用电表前，应根据待测量电流或电压的大小选择合适的量程（一般指针偏转不应小 于标度尺全长的 85%），若量程选择得太小，则通入过大的电流和电压，会使电表损坏；若 量程选择得太大，指针偏转又太小，读数就不准确，因此，事先应估计待测量的大小，选择 稍大于此量的量程，试测一下，如不合适，再更换更合适的量程。 d 电表接入电路中，要注意联接方式，安培表是用来测量电流的，必须串联在待测电路 中，由于电表都有一定的内阻，当它串入电路后，对待测电路有一定的影响，故其内阻应比
待测电路的总电阻小得多；伏特表是用来测量电压的，必须与待测电压两端并联，而电压表内阻应远大于待测元件的电阻。e在测量时，必须注意正确读数，也就是说，在读取电表的指示值时，应使我们的视线与电表标尺的平面垂直，如果电表标尺上带有镜子的话，在读数时就应使指针与镜子中的指针影子重合。常用电表的符号及意义每一电气测量指示仪表的表面上都有多种符号的表面标记，它显示了仪表的基本技术特性，只有在识别它们之后，才能正确选择和使用，常用符号和标记如下表一表一，常用电气仪表表面板上的标记符号符号意义一或DC直流电或AC交流电D交直流两用☆电表绝缘强度试验电压500V1电表垂直放置1电表水平放置A磁电式金静电式亨电动式1. 5等级为1.5，最大引用误差为1.5%IIⅡ级防外磁场四开关在电学实验中，我们常用开关来接通，切断电源，还常利用开关来换接部分电路或电路中的元件。常用的开关有单刀单向、单刀双向、双刀双向、双刀换向和阻尼等几种。下面仅以双刀换向开关为例来说明它的作用，双刀换向开关是在双刀双向开关（图五）的基础上加两根对角连线而构成（图六）。当这两把能一起转动的刀（键）打向左方时，A与B相通，A'与B'相通；而当双刀打向右方时，A与C相通，A与C相通。若一个直流电源接于A、A两端，而B、B之间接有电阻，那么B、B两端的正，负极就可随着双刀的不同位置而改变，从而达到了电流换向目的。如果考虑开关上两根对角连接线电阻的影响而造成的不对称性，是否有其它连接方式？AAM。cAB！BFBdoCBCA'A'图五图六五直流电源目前实验室普遍采用石家庄产的HT系列电源，该系列电源是采用运算放大器。硅晶体管的直流稳压电源，该电源精度高，纹路小，抗干扰能力强，有良好的负载适应性，该系列电源输出电压均为0~30V，输出路数一般为二路，使用时注意如下：1开启电源开关，指示灯亮表示电源接通应预热30分钟。6
6 待测电路的总电阻小得多；伏特表是用来测量电压的，必须与待测电压两端并联，而电压表 内阻应远大于待测元件的电阻。 e 在测量时，必须注意正确读数，也就是说，在读取电表的指示值时，应使我们的视线 与电表标尺的平面垂直，如果电表标尺上带有镜子的话，在读数时就应使指针与镜子中的指 针影子重合。 常用电表的符号及意义 每一电气测量指示仪表的表面上都有多种符号的表面标记，它显示了仪表的基本技术特 性，只有在识别它们之后，才能正确选择和使用，常用符号和标记如下表一 表一，常用电气仪表表面板上的标记 符号 符号意义 — 或 DC 直流电 ≈或 AC 交流电 ≌ 交直流两用 电表绝缘强度试验电压 500V ⊥ 电表垂直放置 电表水平放置 磁电式 静电式 电动式 1.5 等级为 1.5，最大引用误差为 1.5% Ⅱ Ⅱ级防外磁场 四 开关 在电学实验中，我们常用开关来接通，切断电源，还常利用开关来换接部分电路或电路 中的元件。常用的开关有单刀单向、单刀双向、双刀双向、双刀换向和阻尼等几种。下面仅 以双刀换向开关为例来说明它的作用，双刀换向开关是在双刀双向开关（图五）的基础上加 两根对角连线而构成（图六）。当这两把能一起转动的刀（键）打向左方时，A 与 B 相通， A´与 B´相通；而当双刀打向右方时，A 与 C 相通，A´与 C´相通。若一个直流电源接于 A、 A´两端，而 B、B´之间接有电阻，那么 B、B´两端的正，负极就可随着双刀的不同位置而改 变，从而达到了电流换向目的。如果考虑开关上两根对角连接线电阻的影响而造成的不对称 性，是否有其它连接方式？ 图五 图六 五 直流电源 目前实验室普遍采用石家庄产的 HT 系列电源，该系列电源是采用运算放大器。硅晶 体管的直流稳压电源，该电源精度高，纹路小，抗干扰能力强，有良好的负载适应性，该系 列电源输出电压均为 0~30V，输出路数一般为二路，使用时注意如下： 1 开启电源开关，指示灯亮表示电源接通应预热 30 分钟。 B B´ A A´ C C´ B B´ A A´ C C´
2电源输出两路公用一块电压表和一块电流表，“电压监视”，“电流监视”开关起转换第I，IⅡ路电压，路电流的作用。3若需监视第I路电压电流时，把电压监视，电流监视开关放在I位置，调节“电压粗调”“电压细调”即可得到所需电压值。4若过载或短路，电路保护无输出，应排除过载或短路故障，按“启动”按钮，电源即可输出。5输出电压由接线柱“+”、“_”供给，地接线柱仅与机壳相连。六低频信号发生器实验里常用的交流信号源如DF1028B型（如图七），能产生20Hz-10KHz电压输出，和1Hz-100KHz的功率输出（最大输出达到20W），具有正弦波输出和脉宽可调节的方波输出.使用时应注意：1将电源接入220V,50Hz交流电源，预热一段时间.2根据使用的需要，按下或弹出波形选择按钮，选择正弦波和方波输出，3根据所使用的频率范围，合理地选择频率开关和倍乘，尽可能多的设置有效位数，以获得最佳频率精度.当电压输出阻抗负载不等于50Q时，负载上的电压值为：4.R,×(0.1) 4dB/ 20V, =Vo°R, +50式中Vi为负载上的电压，Vo为输出开路电压即电表指示值，RL为负载电阻值，A为衰减值.频率调节HzX1X0.1X0.01波形选择口脉宽调节衰减幅度功率输出电源电压输出ODF1028B型信号发生器面板图7
7 2 电源输出两路公用一块电压表和一块电流表，“电压监视”，“电流监视”开关起转 换第Ⅰ，Ⅱ路电压，路电流的作用。 3 若需监视第Ⅰ路电压电流时，把电压监视，电流监视开关放在Ⅰ位置，调节“电 压粗调”“电压细调”即可得到所需电压值。 4 若过载或短路，电路保护无输出，应排除过载或短路故障，按“启动”按钮，电 源即可输出。 5 输出电压由接线柱“+”、“-”供给，地接线柱仅与机壳相连。 六 低频信号发生器 实验里常用的交流信号源如 DF1028B 型(如图七),能产生 20Hz-10KHz 电压输出,和 1Hz-100KHz 的功率输出(最大输出达到 20W),具有正弦波输出和脉宽可调节的方波输出. 使用时应注意: 1 将电源接入 220V, 50Hz 交流电源,预热一段时间. 2 根据使用的需要,按下或弹出波形选择按钮,选择正弦波和方波输出. 3 根据所使用的频率范围,合理地选择频率开关和倍乘,尽可能多的设置有效位数， 以获得最佳频率精度. 4 当电压输出阻抗负载不等于 50Ω 时,负载上的电压值为: 20 0 (0.1) 50 AdB L L L R R V V 式中VL为负载上的电压,V0为输出开路电压即电表指示值,RL为负载电阻值,A为 衰减值. DF1028B 型信号发生器面板图 频率调节 Hz ×1 ×0.1 ×0.01 波形选择 脉宽调节 衰减 幅度 电源 电压输出 功率输出
实验一电表的改装和校准【实验目的]1.掌握将微安表改装成较大量程的电流表和电压表的原理和方法：2.学会校准电流表和电压表的方法：3.利用已经改装过的电流表和电压表测量未知电阻的阻值：[仪器用具]直流毫安表，直流电压表，直流微安表表头，电阻箱，滑线变阻器，开关，电源等。[实验原理]1.将电流计改装为安培表用于改装的电流计（微安表）习惯上称为“表头”。由于表头满刻度时，所允许通过的电流很小，只适用于测量微安级或毫安级的电流，而待测电流往往较大，若要测量较大的电流，需要扩大电表的电流量程。根据电阻并联规律可知，如果在电流计两端并联上一个阻值适当小的电阻Rs（如图1-1所示）。可使电流计不能承受的那部分电流从Rs上通过，这种电流计和并联电阻Rs组成的整体（图中用虚线框住部分），就是所改装的安培表，并联电阻Rs就叫分流电阻，当选用不同大小的Rs。就可以得到不同量程的安培表。IR.ABCTRsIRs1R,I13I2图 1-1图1-2由图1-1可知，当电流计满刻度时通过安培表的总电流I，通过电流计的电流为Ig，所以通过分流电阻Rs的电流为(1-1)I,=I-Ig,由欧姆定律知，这时电流计两端的电压为(1-2)V=I.Rg"Rs两端的电压等于电流计两端的电压，即(1-3)V, =I,R, =(I-I.)R, =V整理后得到分流电阻8
8 实验一 电表的改装和校准 [实验目的] 1. 掌握将微安表改装成较大量程的电流表和电压表的原理和方法; 2. 学会校准电流表和电压表的方法; 3. 利用已经改装过的电流表和电压表测量未知电阻的阻值; [仪器用具] 直流毫安表，直流电压表，直流微安表表头，电阻箱，滑线变阻器，开关，电源等。 [实验原理] 1.将电流计改装为安培表 用于改装的电流计(微安表)习惯上称为 “表头”。由于表头满刻度时，所允许通过的 电流很小，只适用于测量微安级或毫安级的电流，而待测电流往往较大，若要测量较大的电 流，需要扩大电表的电流量程。 根据电阻并联规律可知，如果在电流计两端并联上一个阻值适当小的电阻 RS (如图 1-1 所示)。可使电流计不能承受的那部分电流从 RS 上通过，这种电流计和并联电阻 RS 组 成的整体(图中用虚线框住部分)，就是所改装的安培表，并联电阻 RS 就叫分流电阻，当选 用不同大小的 RS。就可以得到不同量程的安培表。 图 1-1 图 1-2 由图 1-1 可知,当电流计满刻度时通过安培表的总电流 I,通过电流计的电流为 Ig ,所 以通过分流电阻 RS的电流为 s g I I I ， (1-1) 由欧姆定律知,这时电流计两端的电压为 g gRg V I ， (1-2) RS两端的电压等于电流计两端的电压,即 s s s g Rs Vg V I R (I I ) (1-3) 整理后得到分流电阻 G I IS Ig Rg RS I A Ig Rg B G C D E RS R1 R2 R3 I1 I2 I3
11R.R.R(1-4)II-1-11g式中总电流1就是改装后电表的量程，R。为电流计内阻实际上改装多量程的安培表，用得较多的是串联接法，即采用中间抽头转换式分流电路，如图1-2所示，计算这种分流电阻的步骤：首先按公式（1-4)求出各分流电阻串联后的总电阻Rs，然后分别求出各个分流电阻的阻值如B挡，对于A、B端按(1-4)式IR,=R.1-1现将(1-4)展成为：(1-5)IR, =I.R, +I.R, =I.(R,+R,)对于C挡，A、C端电压为：(I-I.)R =I(R+R,-R)整理后得(1-6)I,R, =I,R,+I,R,-I,R +I,R, =Ig(R,+R,),由(1-5)和(1-6)可知IR,=I,R =I(R,+R),从而1(1-7)R RI11(1-8)R, =R-R12I R, -(R + R,)(1-9)R, =13RI、R2、R3为各分流器的阻值，电流最大处的分流电阻为Rt，依次为R2R3、I2、I3为所须扩大的电流数，其中最大的电流为I，依次为I2，13.必须注意，在图1-2的电路中用（1-4）式计算Rs的电流L和用（1-7)-（1-9)式计算Ri,R2,R3的电流I均是相同。而且是指几种扩大的电流量程中最小的电流数值。2.将电流计改装为伏特表电流计满刻度时电压很小，不能用来测量较大的电压，为要测量较大的电压，可以在电流计上串联一个阻值适当的大电阻R（如图1-3)所示，使电流计不能承受的那部分电压降落在R，上，这种由电流计和串联电阻R组成的整体（图中用虚线框住的部分），就是所改装的伏特表，串联电阻R叫扩程电阻。选取不同大小的R㎡就可以得到不同量程的伏特表。9
9 g g g g g s R I I R I I I R 1 1 (1-4) 式中总电流 I 就是改装后电表的量程，Rg 为电流计内阻. 实际上改装多量程的安培表，用得较多的是串联接法，即采用中间抽头转换式分流电路， 如图 1-2 所示，计算这种分流电阻的步骤：首先按公式(1-4)求出各分流电阻串联后的总电 阻 RS，然后分别求出各个分流电阻的阻值. 如 B 挡，对于 A、B 端按(1-4)式 g g g s R I I I R ， 现将(1-4)展成为: ( ) s g g g s g Rg Rs IR I R I R I . (1-5) 对于 C 挡，A、C 端电压为: ( ) ( ) 1 1 R R R1 I I R I g g g s , 整理后得 ( ) 1 1 g g g s g 1 g 1 g Rg Rs I R I R I R I R I R I , (1-6) 由(1-5)和(1-6)可知 ( ) s 1 1 g Rg Rs IR I R I , 从而 Rs I I R 1 1 , (1-7) 1 2 2 R R I I R s , (1-8) ( ) 1 2 3 3 R R R I I R s （1-9） R1、R2、R3为各分流器的阻值，电流最大处的分流电阻为 R1，依次为 R2 、R3 、I1 、 I2 、I3为所须扩大的电流数，其中最大的电流为 I1 ,依次为 I2，I3. 必须注意,在图 1-2 的电路中用(1-4)式计算 RS 的电流 I 和用(1-7)-(1-9)式计算 R1 ,R2 ,R3 的电流 I 均是相同。而且是指几种扩大的电流量程中最小的电流数值。 2.将电流计改装为伏特表 电流计满刻度时电压很小，不能用来测量较大的电压，为要测量较大的电压，可以 在电流计上串联一个阻值适当的大电阻 Rm (如图 1-3)所示，使电流计不能承受的那部分电 压降落在 Rm 上，这种由电流计和串联电阻 Rm 组成的整体(图中用虚线框住的部分)，就是 所改装的伏特表，串联电阻 Rm 叫扩程电阻。选取不同大小的 Rm 就可以得到不同量程的伏 特表