電磁學(xué)光學(xué)實(shí)驗(yàn)教程

PAGEPAGE70電磁學(xué)·光學(xué)實(shí)驗(yàn)教程主編田杏霞寧丹喬嵐亭

前言物理實(shí)驗(yàn)課是非常重要的課程，電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)是根據(jù)全國(guó)高等院校大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱編寫(xiě)的，它適用于物理系本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)．學(xué)生通過(guò)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)過(guò)普通物理實(shí)驗(yàn)課之后，一般來(lái)說(shuō)，掌握了基本實(shí)驗(yàn)方法和相關(guān)設(shè)備，懂得了如何處理數(shù)據(jù)，同時(shí)操作技能也一定的訓(xùn)練，還要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維．本書(shū)著重考慮了以下幾點(diǎn)：1.增強(qiáng)通用性處理數(shù)據(jù)的方法不作統(tǒng)一規(guī)定，例如研究二物理量之間的關(guān)系，既可以用圖解法，也可以用線性回歸法或其它計(jì)算方法，我們希望學(xué)生能熟悉各種處理方法．2.增進(jìn)易讀性適當(dāng)刪減字?jǐn)?shù)，減少學(xué)生的閱讀時(shí)間；在原理部分增加些小標(biāo)題，使學(xué)生閱讀時(shí)容易抓住中心問(wèn)題．3.加強(qiáng)手、腦并用的訓(xùn)練注意加強(qiáng)動(dòng)手訓(xùn)練；努力使學(xué)生在動(dòng)手操作時(shí)，增加分析的內(nèi)容，而不是給學(xué)生一套操作指令．從以上的觀點(diǎn)出發(fā)我們的教材分為五部分：一、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、基本儀器的使用等相關(guān)內(nèi)容．二、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，主要是學(xué)習(xí)應(yīng)用光學(xué)基本實(shí)驗(yàn)儀器，掌握光的的基本實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．三、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，對(duì)所已經(jīng)學(xué)習(xí)的光學(xué)知識(shí)的定理、現(xiàn)象和應(yīng)用理論進(jìn)行驗(yàn)證，使學(xué)生對(duì)知識(shí)有感性的認(rèn)識(shí)．四、綜合性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合性訓(xùn)練的同時(shí)引入一些新的知識(shí)和技術(shù)．五、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生提出設(shè)計(jì)要求的同時(shí)給出一定的提示或說(shuō)明。讀者還可以從期刊上選擇一些很有價(jià)值的選題．我們對(duì)鼓勵(lì)和支持本書(shū)修訂工作的各位同志致以衷心的感謝．由于作者的水平和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)所限，修訂本中不免有缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，請(qǐng)各位指導(dǎo)教師和同學(xué)批評(píng)指正．

第一章緒論第一節(jié)物理實(shí)驗(yàn)基本要求一、物理實(shí)驗(yàn)課的作用和任務(wù)物理學(xué)從本質(zhì)上說(shuō)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和物理理論的建立，都必須以嚴(yán)格的物理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，并受到實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)．物理實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)重要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生以確鑿的事實(shí)為依據(jù)，理論與實(shí)踐相結(jié)合的科學(xué)態(tài)度；認(rèn)真仔細(xì)、一絲不茍的工作作風(fēng)；要善于觀察，勤于思考，認(rèn)真總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中所蘊(yùn)涵的物理規(guī)律，為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．使學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、基本方法、基本技能等方面受到較系統(tǒng)的訓(xùn)練（包括基本實(shí)驗(yàn)儀器，基本物理量的測(cè)量，誤差分析和評(píng)定，數(shù)據(jù)處理）．使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)去觀察、分析、研究物理現(xiàn)象和規(guī)律，加深對(duì)物理學(xué)的基本概念和基本規(guī)律的理解和掌握．通過(guò)擴(kuò)展和加深實(shí)驗(yàn)過(guò)程、提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)難度、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性和綜合性，培養(yǎng)學(xué)生初步具有自己提出問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力．培養(yǎng)學(xué)生具有良好的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力．二、物理實(shí)驗(yàn)課的基本程序1、實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)：預(yù)習(xí)時(shí)要了解實(shí)驗(yàn)的目的、實(shí)驗(yàn)基本原理、儀器的使用方法和注意事項(xiàng)，所用實(shí)驗(yàn)方法及做好預(yù)習(xí)思考題,預(yù)習(xí)報(bào)告包括實(shí)驗(yàn)中要觀察的物理現(xiàn)象和要測(cè)量的物理量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格．2、實(shí)驗(yàn)時(shí)首先檢查使用的儀器及工具是否齊全及是否完好；其次記錄實(shí)驗(yàn)環(huán)境（濕度，溫度等）數(shù)據(jù)；再次要了解實(shí)驗(yàn)規(guī)則及注意事項(xiàng)，認(rèn)真安裝調(diào)試儀器，經(jīng)檢查儀器安裝、線路連接正確無(wú)誤后方可開(kāi)始測(cè)量；最后測(cè)量時(shí)要仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；測(cè)量完成后，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)或觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行初步分析，在肯定結(jié)果基本合理后在整理儀器和工具．3、實(shí)驗(yàn)報(bào)告完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下幾部分內(nèi)容：(1)實(shí)驗(yàn)名稱：(2)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?3)實(shí)驗(yàn)儀器：要列出主要儀器的名稱、型號(hào)、儀器精度，畫(huà)出儀器簡(jiǎn)圖．(4)實(shí)驗(yàn)原理：原理中應(yīng)包括實(shí)驗(yàn)中使用的主要公式、電路或光路圖，實(shí)驗(yàn)原理要簡(jiǎn)單明了．(5)實(shí)驗(yàn)步驟：講義中已具體給出的簡(jiǎn)單列出即可，對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)應(yīng)寫(xiě)出具體的實(shí)驗(yàn)步驟注意事項(xiàng)．(6)數(shù)據(jù)記錄：原始數(shù)據(jù)要以表格的形式記錄，要注意有效數(shù)字位數(shù)和單位．(7)數(shù)據(jù)處理：計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其誤差，給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖示等．(8)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論分析，完成作業(yè)．第二節(jié)誤差與數(shù)據(jù)處理誤差與數(shù)據(jù)處理（一）一、測(cè)量與誤差1、所謂測(cè)量：就是用計(jì)量?jī)x器對(duì)被測(cè)物理量進(jìn)行量度．2、測(cè)量值：用測(cè)量?jī)x器測(cè)定待測(cè)物理量所得的數(shù)值．3、真值：任一物理量都有它的客觀大小，這個(gè)客觀量稱為真值．最理想的測(cè)量就是能夠測(cè)得真值，但由于測(cè)量是利用儀器，在一定條件下通過(guò)人來(lái)完成的，受儀器的靈敏度和分辨能力的局限性，環(huán)境的不穩(wěn)定性和人的精神狀態(tài)等因素的影響，使得待測(cè)量的真值是不可測(cè)得的．4、誤差：測(cè)量值和真值之間總會(huì)存在或多或少的偏差，這種偏差就稱為測(cè)量值的誤差．設(shè)被測(cè)量的真值為，測(cè)量值為，則測(cè)量誤差為．們所測(cè)得的一切數(shù)據(jù)都毫無(wú)例外地包含一定的誤差，因而誤差存在于一切測(cè)量之中．5、測(cè)量的任務(wù)是：（1）設(shè)法使測(cè)量值中的誤差減到最?。?）求出在測(cè)量條件下被測(cè)量的最近真值．（3）估計(jì)最近真值的可靠程度．誤差與數(shù)據(jù)處理（二）二、誤差的分類：1、系統(tǒng)誤差：1）

系統(tǒng)誤差：在同一條件下（觀察方法、儀器、環(huán)境、觀察者不變）多次測(cè)量同一物理量時(shí)，符號(hào)和絕對(duì)值保持不變的誤差叫系統(tǒng)誤差．當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)誤差也按一定規(guī)律變化．系統(tǒng)誤差反映了多次測(cè)量總體平均值偏離真值的程度．例如：用天平測(cè)量物體質(zhì)量，當(dāng)天平不等臂時(shí)，測(cè)出物體質(zhì)量總是偏大或偏小；再例如當(dāng)我們的手表走的很慢時(shí)，測(cè)出每一天的時(shí)間總是小于24小時(shí)．2）產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因：（1）儀器誤差：由測(cè)量?jī)x器、裝置不完善而產(chǎn)生的誤差．（2）方法誤差（理論誤差）：由實(shí)驗(yàn)方法本身或理論不完善而導(dǎo)致的誤差．（3）環(huán)境誤差：由外界環(huán)境（如光照、溫度、濕度、電磁場(chǎng)等）影響而產(chǎn)生的誤差．（4）讀數(shù)誤差：由觀察者在測(cè)量過(guò)程中的不良習(xí)慣而產(chǎn)生的誤差．3）系統(tǒng)誤差的消除：由于系統(tǒng)誤差主要是由于儀器不完善，方法（或理論）不完善、環(huán)境影響而產(chǎn)生，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要不斷積累經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真分析系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因，采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)消除．例如：對(duì)不等臂天平，可以用交換被測(cè)物和砝碼的位置，分別測(cè)出被測(cè)物質(zhì)量和，則待測(cè)物的質(zhì)量．2、偶然誤差1）偶然誤差（隨機(jī)誤差）：在同一條件下，多次測(cè)量同一物理量時(shí)，測(cè)量值總是有稍許差異而變化不定，這種絕對(duì)值和符號(hào)經(jīng)常變化的誤差稱為偶然誤差．2）偶然誤差的規(guī)律性：（1）絕對(duì)值相等的正的誤差和負(fù)的誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相同．（2）絕對(duì)值小的誤差比絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多．（3）超出一定范圍的誤差基本不出現(xiàn)．3）偶然誤差的消除：在一定測(cè)量條件下，增加測(cè)量次數(shù)，可以減小測(cè)量結(jié)果的偶然誤差，使算術(shù)平均值趨于真值．因此，可以取算術(shù)平均值為直接測(cè)量的最近真值（最佳值）．3、絕對(duì)誤差：絕對(duì)誤差：測(cè)量值與被測(cè)量真值之差，同被測(cè)量有相同單位，它反映了測(cè)量值偏離真值的大?。@種有單位的誤差稱為絕對(duì)誤差．在同一測(cè)量條件下，絕對(duì)誤差可以表示一個(gè)測(cè)量結(jié)果的可靠程度；但比較不同測(cè)量結(jié)果時(shí)，問(wèn)題就出現(xiàn)了．例如：用米尺測(cè)量二個(gè)物體的長(zhǎng)度時(shí)，測(cè)量值分別是和，它們的絕對(duì)誤差分別是和，雖然后者的絕對(duì)誤差遠(yuǎn)大于前者，但是前者的絕對(duì)誤差占測(cè)量值的，而后者的絕對(duì)誤差僅占測(cè)量值的，說(shuō)明后一個(gè)測(cè)量值的可靠程度遠(yuǎn)大于前者，故絕對(duì)誤差不能正確比較不同測(cè)量值的可靠性．4、相對(duì)誤差：相對(duì)誤差：測(cè)量值的絕對(duì)誤差與測(cè)量值之比叫相對(duì)誤差．相對(duì)誤差是一個(gè)比值，沒(méi)有單位，通常用百分比表示．誤差與數(shù)據(jù)處理（三）三、直接測(cè)量結(jié)果的誤差估計(jì)1、單次測(cè)量的誤差估計(jì)由于有些物理量的測(cè)量精度要求不高，或者這一物理量的誤差對(duì)整體影響較小，因而只測(cè)量一次即可滿足測(cè)量要求，此時(shí)測(cè)量誤差的估計(jì)分兩種情況：（1）在給定儀器誤差情況下，單次測(cè)量的誤差取儀器誤差；（2）在沒(méi)有給出儀器誤差的情況下，對(duì)連續(xù)讀數(shù)的儀器，取測(cè)量?jī)x器最小分度值的一半作為單次測(cè)量的誤差．對(duì)非連續(xù)讀數(shù)的儀器，取測(cè)量?jī)x器的最小分度值作為單次測(cè)量的誤差．對(duì)于其余一些特殊情況，單次測(cè)量的儀器誤差示具體情況而定．例如：秒表和天平．2、多次測(cè)量的誤差估計(jì)1）算術(shù)平均值：在相同測(cè)量條件下，對(duì)同一物理量獨(dú)立測(cè)量次的測(cè)量值為，其算術(shù)平均值為．2)殘差：測(cè)量值與平均值之差稱為殘差．3)標(biāo)準(zhǔn)偏差：．需要注意的是：測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差并不表示測(cè)量值的誤差的實(shí)際大小，因?yàn)闇y(cè)量值的偶然誤差是隨機(jī)的，所以測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差只表示，任一測(cè)量值的誤差落在區(qū)域內(nèi)的概率為，這就是標(biāo)準(zhǔn)偏差的統(tǒng)計(jì)意義．4)多次測(cè)量的誤差：在充分考慮多次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差和儀器誤差的情況下，多次測(cè)量的誤差為5)算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差：(本教材不做要求)3、可疑數(shù)字的剔除一般測(cè)量的誤差出現(xiàn)在內(nèi)的概率為，誤差出現(xiàn)在內(nèi)的概率為，而出現(xiàn)在區(qū)間內(nèi)的概率為，而一般我們的測(cè)量次數(shù)又不是很多，故測(cè)量值誤差超出區(qū)間的可能性及小，對(duì)誤差超出的數(shù)據(jù)可以剔除，但要在原始數(shù)據(jù)記錄表格中保留，并用紅色筆做刪除標(biāo)記．4、測(cè)量次數(shù)的確定在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中，一般測(cè)量次數(shù)為4—10次．5、重復(fù)測(cè)量所得測(cè)量值相等時(shí)誤差估計(jì)重復(fù)測(cè)量的測(cè)量值相等，此時(shí)用前面所講的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差公式計(jì)算的結(jié)果為零，這并不意味著測(cè)量中不存在偶然誤差，這是由于測(cè)量?jī)x器精度較低，不足以反映測(cè)量的偶然誤差，在這種情況下，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差的方法為：設(shè)儀器的最小分辨值為,測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為誤差與數(shù)據(jù)處理（四）四、間接測(cè)量的誤差傳遞由直接測(cè)量量代入公式計(jì)算得到的結(jié)果稱為間接測(cè)量，由于直接測(cè)量存在誤

差，因此由計(jì)算得到的間接測(cè)量量也存在誤差，這就是誤差傳遞．1、差傳遞的基本公式設(shè)：為獨(dú)立的測(cè)量量，為待測(cè)物理量，其函數(shù)關(guān)系為：對(duì)上式進(jìn)行全微分有：上式表示，當(dāng)測(cè)量值有微小改變時(shí)，間接測(cè)量量改變，通常誤差遠(yuǎn)小于測(cè)量值，把看作是誤差，上式就是誤差傳遞公式了．當(dāng)然上式表示的是絕對(duì)誤差．在某些情況下，計(jì)算間接測(cè)量量的相對(duì)誤差較為簡(jiǎn)便，其計(jì)算公式為：以上兩式就是誤差傳遞的基本公式，其中等于號(hào)“=”后面的每一項(xiàng)稱為絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差的分誤差項(xiàng)；前面的系數(shù)稱為誤差傳遞系數(shù)．可以看出，一個(gè)獨(dú)立測(cè)量量的誤差對(duì)總誤差的影響，不僅取決于本身誤差的大小，還取決于誤差傳遞系數(shù)．2、偶然誤差的傳遞和合成在一般情況下，直接測(cè)量的誤差要求計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，而以上兩式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差并不成立，根據(jù)誤差理論，在誤差傳遞過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)偏差的合成方式為：（1）絕對(duì)誤差：（1）（2）相對(duì)誤差：（2） 常用函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差傳遞公式(a、b)為常數(shù)函數(shù)關(guān)系誤差傳遞公式誤差與數(shù)據(jù)處理（五）五、測(cè)量結(jié)果的表示1.測(cè)量結(jié)果的誤差：無(wú)論是直接測(cè)量還是間接測(cè)量其結(jié)果的誤差只有一位有效數(shù)字，測(cè)量結(jié)果有效數(shù)字的最后一位與誤差位對(duì)齊．2.測(cè)量結(jié)果的表示：測(cè)量結(jié)果包括測(cè)量值、誤差、單位三部分．其表達(dá)式為：（單位）式中在單次測(cè)量中是算術(shù)平均值，在多次測(cè)量中是由函數(shù)關(guān)系計(jì)算出的間接測(cè)量值；為多次測(cè)量的誤差．3.數(shù)值舍入規(guī)則：在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中，本教材對(duì)數(shù)字的取舍一律采用四舍五入的規(guī)則．六、有效數(shù)字1、有效數(shù)字1)有效數(shù)字：反映被測(cè)量實(shí)際大小的數(shù)字稱為有效數(shù)字．一般從儀器上讀出的數(shù)字均為有效數(shù)字，它和小數(shù)點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)，有效數(shù)字的位數(shù)是由測(cè)量?jī)x器的精度確定的，它是由準(zhǔn)確數(shù)字和最后一位有誤差的數(shù)字組成．在測(cè)量時(shí)，對(duì)于連續(xù)讀數(shù)的儀器，有效數(shù)字讀到儀器最小刻度的下一位的估計(jì)值，不論估計(jì)值是否是“0”都應(yīng)記錄，不能略去．2)“0”是不是有效數(shù)字：在測(cè)量中，凡是從儀器上讀出的零都是有效數(shù)字；由單位變換得出的零均不是有效數(shù)字．3)單位變換時(shí)有效數(shù)字的位數(shù)保持不變．2、有效數(shù)字運(yùn)算規(guī)則在有些情況下，由于不做誤差計(jì)算的要求，在計(jì)算間接測(cè)量值時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到除法運(yùn)算除不盡，或者結(jié)果出現(xiàn)一串很長(zhǎng)的數(shù)字，結(jié)果保留幾位有效數(shù)字最為合理呢，有效數(shù)字運(yùn)算規(guī)則對(duì)此做了嚴(yán)格規(guī)定．1)加、減法運(yùn)算：加、減運(yùn)算結(jié)果的有效數(shù)字的末位，與參與運(yùn)算的各數(shù)字中小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少者對(duì)齊．例如：397.8+7.625-312.4198=93.02)乘、除運(yùn)算：乘、除運(yùn)算后結(jié)果的有效數(shù)字的位數(shù)，與參與運(yùn)算的各數(shù)字中有效數(shù)字位數(shù)最少者相同．例如：78.625×9.06÷11.38=62.63)乘方、開(kāi)方后有效數(shù)字的位數(shù)保持不變4)對(duì)數(shù)運(yùn)算：對(duì)數(shù)運(yùn)算后，結(jié)果的真數(shù)部分不算有效數(shù)字，結(jié)果的假數(shù)的位數(shù)與首數(shù)的位數(shù)相同．例如：誤差與數(shù)據(jù)處理（六）七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，選擇合適的數(shù)據(jù)處理方法，能夠簡(jiǎn)明、直觀地分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，易于顯示物理量之間的聯(lián)系和規(guī)律性．常用的數(shù)據(jù)處理方法有以下幾種：1、列表法使用表格處理數(shù)據(jù)時(shí)，需要注意標(biāo)明物理量的單位和符號(hào)．設(shè)計(jì)表格要簡(jiǎn)單明了，便于分析、比較物理量S的變化規(guī)律．2、作圖法常用作圖包括曲線圖、折線圖、直方圖等，所用圖紙有直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)、對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙等幾種．第三節(jié)基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用六、萬(wàn)用表萬(wàn)用表是一種能夠測(cè)量電阻、交直流電流、交直流電壓、電容器電容、二極管極性、三極管參數(shù)等多用途工具，其種類分指針式和數(shù)字式兩種，如下圖．使用萬(wàn)用表的注意事項(xiàng)：1、測(cè)量不同的物理量，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)要撥到相應(yīng)檔位上，注意量程的選擇，表筆的正、負(fù)極性要正確．2、測(cè)量電阻時(shí)，必須把電阻從電源中斷開(kāi)，不得帶電測(cè)量；測(cè)量前需對(duì)電阻檔調(diào)零，將表筆正負(fù)極短接，使電阻檔的短路電阻為零．3、測(cè)量直流電時(shí)，要確保正負(fù)極性不能接反．4、使用完畢，應(yīng)將表筆拔掉，電表檔位撥到空擋或最大交流電壓檔．七、電阻箱1、電阻箱電阻箱實(shí)際上是一種可以讀數(shù)的可變電阻，根據(jù)實(shí)際需要，可以選擇0至歐姆、0至歐姆和0至歐姆檔位，通過(guò)調(diào)整旋鈕的倍乘率選擇所需要的電阻．電阻箱的主要參數(shù)有：（1）總電阻：即電阻箱所能夠提供的最大電阻．（2）額定電流：電阻箱所允許通過(guò)的最大電流．（3）準(zhǔn)確度等級(jí)：一般分為0.02、0.05、0.1、0.2等，若電阻的測(cè)量值為，則測(cè)量的基本誤差限為測(cè)量值乘以準(zhǔn)確度等級(jí)的百分比．2、滑線變阻器滑線變阻器的構(gòu)造如上面（右圖）所示，其主要參數(shù)與電阻箱基本相同，主要使用方法有以下兩種：

（1）分壓電路：

分壓電路是將整個(gè)滑線變阻器接入電路中，由滑動(dòng)部分為負(fù)載抽出可調(diào)整的電壓．（2）制流電路：制流電路是將滑線變阻器的一端和滑動(dòng)端接入電路，和負(fù)載形成串聯(lián)回路，通過(guò)調(diào)整滑線變阻器的滑動(dòng)端，為負(fù)載提供變化的電流．九、直流電流表和電壓表直流電流表是用來(lái)測(cè)量直流電路中電流強(qiáng)度的儀器，電流表的主要參數(shù)有：（1）量程：即滿刻度電流值．（2）內(nèi)阻：通常電流表的內(nèi)阻非常小，以減小電流表上的電壓降．（3）精度等級(jí)：電流表的精度等級(jí)分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0共7個(gè)等級(jí)，等級(jí)越小反應(yīng)電流表精度越高．使用電流表的注意事項(xiàng)：（1）電流表應(yīng)串聯(lián)在電路中，電流從正極流入，從負(fù)極流出．（2）根據(jù)測(cè)量的具體要求，認(rèn)真分析是選擇電流表內(nèi)接、還是電流表外接．（3）合理選擇量程，使指針達(dá)到滿刻度2/3以上．電壓表與電流表的主要區(qū)別是：電壓表應(yīng)并聯(lián)在電路中，電壓表的內(nèi)阻很大，以避免對(duì)電路產(chǎn)生分流作用．電流表微安表電壓表電壓表和電流表的測(cè)量限值的計(jì)算；相對(duì)誤差為；為實(shí)驗(yàn)中電表的測(cè)量值．七、學(xué)生電位差計(jì)(一）一、補(bǔ)償原理

電壓表和萬(wàn)用表無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)，一旦將電壓表并聯(lián)到電源兩端，就有電流通過(guò)電源內(nèi)部，電源內(nèi)阻上就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)壓降，因而測(cè)量出來(lái)的是電源的端電壓，只有回路中的電流為零時(shí)，測(cè)量出來(lái)的才是電源的端電壓．為實(shí)現(xiàn)回路中電流為零這一目的，只要將一電壓可調(diào)并可以讀數(shù)的電源與待測(cè)電源同極性相連，并在回路中串入檢流計(jì)，在調(diào)整已知電源電壓時(shí)，一旦檢流計(jì)指針為零，就表明已知電源的電壓與待測(cè)電源的電壓達(dá)到補(bǔ)償，即已知電源的電壓讀數(shù)就是待測(cè)電源的電壓．二、電位差計(jì)的工作原理實(shí)際上，電位差計(jì)的可調(diào)電壓部分是通過(guò)流有準(zhǔn)確電流的可調(diào)電阻實(shí)現(xiàn)的，就象伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)中的分壓電路可以輸出可調(diào)電壓一樣，本實(shí)驗(yàn)是用10歐姆的標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)而成，而刻度所標(biāo)數(shù)值是電壓值，這是相對(duì)輔助回路中的電流為0.010安培的標(biāo)準(zhǔn)電流所設(shè)定的，所以在使用電位差計(jì)之前，必須對(duì)電位差計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)，使輔助回路中的電流為標(biāo)準(zhǔn)電流0.010安培．三、電位差計(jì)的校準(zhǔn)首先，將開(kāi)關(guān)撥到標(biāo)準(zhǔn)電池一端，使標(biāo)準(zhǔn)電池接入補(bǔ)償回路，將調(diào)節(jié)旋鈕的讀數(shù)調(diào)到標(biāo)準(zhǔn)電池的讀數(shù)，調(diào)節(jié)滑線變阻器，使檢流計(jì)的指針為零，表明電位差計(jì)的輸出電壓與刻度盤(pán)的標(biāo)稱值相符，即輔助回路中的電流為0.010安培的標(biāo)準(zhǔn)電流．注意：校準(zhǔn)電位差計(jì)后就不能再調(diào)節(jié)滑線變阻器了，否則，輔助回路中的電流發(fā)生變化，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)10歐姆電阻的電壓降就不是0.1伏特了．四、測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)校準(zhǔn)電位差計(jì)后，將開(kāi)關(guān)撥到待測(cè)電池一端，使待測(cè)電池接入補(bǔ)償回路，調(diào)整電位差計(jì)旋鈕，使檢流計(jì)指針為零，此時(shí)電位差計(jì)的讀數(shù)就是待測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)．第四節(jié)電磁實(shí)驗(yàn)考核要點(diǎn)一、制流電路分壓電路1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)畫(huà)出電路圖．2.根據(jù)電路圖連線．3.經(jīng)老師的檢查許可可通實(shí)驗(yàn)．4.畫(huà)出測(cè)試內(nèi)容的表格;將測(cè)內(nèi)容填入表格,為寫(xiě)報(bào)告做好實(shí)驗(yàn)記錄．5.清點(diǎn)物品,搞好衛(wèi)生,經(jīng)老師許可才能撤離．二、伏按法測(cè)電阻1.畫(huà)好實(shí)測(cè)電路和數(shù)據(jù)表格．2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路連好線，做好測(cè)試準(zhǔn)備．3.經(jīng)老師允許才可通電實(shí)驗(yàn)．4.講結(jié)果填入表格．5.經(jīng)老師允許才能撤離本室．三．伏安法測(cè)電阻1.預(yù)習(xí)要認(rèn)真,準(zhǔn)備要充足．2.畫(huà)好電路圖,并寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告．3.根據(jù)電路圖連接好．4.根據(jù)老師的認(rèn)可才可通電實(shí)驗(yàn)．5.將數(shù)據(jù)填入表格．6.收拾物品經(jīng)許可好才可離去．四．靜電場(chǎng)描繪1.寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告,做好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備．2.連好線．3.經(jīng)允許才可以實(shí)驗(yàn)．4.將數(shù)據(jù)填表格內(nèi)．5.收拾清理物品，經(jīng)允許才可以離去．五．麥斯通電橋測(cè)電阻1.寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告．2.根據(jù)電路連接好線．3.經(jīng)老師檢查后,通電實(shí)驗(yàn)．4.將數(shù)據(jù)填入表格．5.清理物品．6.經(jīng)允許才可離去．六．用版式電位差計(jì)測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻1.寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告．2.按報(bào)告要求連好線．3.經(jīng)檢查允許后可通電實(shí)驗(yàn)．4.將數(shù)據(jù)填好表格．5.經(jīng)老師檢查數(shù)后,書(shū)寫(xiě)報(bào)告．6.清理物品經(jīng)許可才可以離去．七．用版式電位差計(jì)校正電表１.做實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告．2.根據(jù)電路圖連接好．3.經(jīng)檢驗(yàn)后經(jīng)允許通電實(shí)驗(yàn)．4.將數(shù)據(jù)填入表格．5.經(jīng)老師檢查合格后清理物品．6.經(jīng)老師允許后才可離去．八．萬(wàn)用電表的制作與定標(biāo)1.聽(tīng)實(shí)驗(yàn)前的老師講解，寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告．2.按要求組裝．3.校正定標(biāo)實(shí)驗(yàn),定標(biāo)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)要求．4.將數(shù)據(jù)填到表格里,做好寫(xiě)報(bào)告的準(zhǔn)備．5.經(jīng)老師檢查數(shù)據(jù)．九．靈敏電流計(jì)的研究1.寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告(操作方案)．2.據(jù)報(bào)告內(nèi)容要求接好電路．3.看好老師的示范,經(jīng)允許可通電實(shí)驗(yàn)．4.將數(shù)據(jù)交給老師檢查,合格后填表格．5.清理物品．十．沖擊電流計(jì)的研究1.寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告．2.按預(yù)習(xí)報(bào)告接好線．3.經(jīng)老師示范,經(jīng)檢查無(wú)誤后可通電實(shí)驗(yàn)．4.將數(shù)據(jù)交給老師檢查．5.檢查合格才可填入表格．十一．磁場(chǎng)描繪1.寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告．2.經(jīng)老師示范,按預(yù)習(xí)報(bào)告接好線．3.經(jīng)老師檢查無(wú)誤后可通電實(shí)驗(yàn)．4.數(shù)據(jù)必須經(jīng)檢查,填入表格,寫(xiě)報(bào)告時(shí)再利用．十二．霍爾效應(yīng)1.寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告．2.按預(yù)習(xí)報(bào)告接線．3.經(jīng)老師檢查無(wú)誤可通電實(shí)驗(yàn)．4.將測(cè)得數(shù)據(jù)交給老師檢查．十三．電子示波器的使用1.看好實(shí)驗(yàn)的示范．2.在老師的幫助下通電預(yù)熱．3.經(jīng)預(yù)熱穩(wěn)定后實(shí)驗(yàn)．4.將粗繪波形和有關(guān)數(shù)據(jù)交給老師檢查．十四．電子束線的偏轉(zhuǎn),聚焦1.寫(xiě)出操作方案．2.在老師的幫助下通電實(shí)驗(yàn)．3.測(cè)得數(shù)據(jù)必須經(jīng)老師檢查．十五．交流電橋1.寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告．2.按預(yù)習(xí)報(bào)告組裝連接．3.經(jīng)檢查無(wú)誤后通電實(shí)驗(yàn)．4.將數(shù)據(jù)交給老師檢查,無(wú)誤后可填入表格．第二章實(shí)驗(yàn)過(guò)程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一制流電路與分壓電路實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解基本儀器的性能和使用方法；2．掌握制流與分壓兩種電路的聯(lián)結(jié)方法、性能和特點(diǎn)．3．學(xué)習(xí)檢查電路故障的一般方法；4．熟悉電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作規(guī)程和安全知識(shí)儀器和用具毫安計(jì)，伏特計(jì)，萬(wàn)用電表，直流穩(wěn)壓電源，滑線變阻器，電阻箱，開(kāi)關(guān)，導(dǎo)線實(shí)驗(yàn)原理AACBR0EKAACBR0EK圖A.1.1制流電路圖1．制流電路為直流電源；為滑線變阻器，為電流表；為負(fù)載，本實(shí)驗(yàn)采用電阻箱；為電源開(kāi)關(guān)．它是將滑線變阻器的滑動(dòng)頭和任一固定端串聯(lián)在電路中作為一個(gè)可變電阻，移動(dòng)滑動(dòng)頭的位置可以改變之間的電阻，從而改變整個(gè)電路的電流．當(dāng)滑至點(diǎn)，，負(fù)載處；當(dāng)滑至點(diǎn)，，負(fù)載處；電壓調(diào)節(jié)范圍；相應(yīng)的電流變化為；一般情況下負(fù)載中的電流為圖A.1.2制流特性曲線其中，．圖A.1.2制流特性曲線表示不同值的制流特性曲線，從曲線可以清楚地看到制流電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）越大電流調(diào)節(jié)范圍越小；（2）時(shí)調(diào)節(jié)的線性較好；（3）較小時(shí)（即），接近0時(shí)電流變化很大，細(xì)調(diào)程度較差；（4）不論大小如何，負(fù)載上通過(guò)的電流都不可能為零．細(xì)調(diào)范圍的確定：制流電路的電流是靠滑線電阻滑動(dòng)端位置移動(dòng)來(lái)改變的，最少位移是一圈，因此一圈電阻的大小就決定了電流的最小改變量由于，對(duì)微分．最小改變量為VRZCBR0EK圖A.1.4分壓電路圖_+KR20R10RZA圖Ａ.1.3二級(jí)制流電路圖為變阻器總?cè)?shù)，由上式知，當(dāng)電路中的、、確定后，與成正比，因此電流越大，則細(xì)調(diào)越困難，假如負(fù)載的電流在最大時(shí)能滿足細(xì)調(diào)要求，而小電流時(shí)也能滿足要求，這就要使變小，而不能太小，否則會(huì)影響電流的調(diào)節(jié)范圍，所以只能使變大，由于大而使變阻器體積變得很大，故阻值大，作粗調(diào)用，VRZCBR0EK圖A.1.4分壓電路圖_+KR20R10RZA圖Ａ.1.3二級(jí)制流電路圖2．分壓電路分壓電路如圖A.1.4所示，沿線變阻器兩個(gè)固定端、與電源相接，負(fù)載接滑動(dòng)端和固定端（或）上，當(dāng)滑動(dòng)頭由端滑至端，負(fù)載上電壓由0變至，調(diào)節(jié)的范圍與變阻器的阻值無(wú)關(guān)．當(dāng)滑動(dòng)頭在任一位置時(shí)兩端的分壓值為其中，，圖A.1.5分壓特性曲線由實(shí)驗(yàn)可得不同圖A.1.5分壓特性曲線（1）不論的大小，負(fù)載的電壓調(diào)節(jié)范圍均可從；（2）越小電壓調(diào)節(jié)越不均勻；（3）越大電壓調(diào)節(jié)越均勻，因此要電壓在0到整個(gè)范圍內(nèi)均勻變化，則取比較合適，實(shí)際那條線可近似作為直線，故取即可認(rèn)為電壓調(diào)節(jié)已達(dá)到一般均勻的要求了.當(dāng)時(shí)（即，近似有經(jīng)微分可得:最小的分壓量即滑動(dòng)頭改變一圈位置所改變的電壓量，所以式中為變阻器總?cè)?shù)，越小調(diào)節(jié)越不均勻當(dāng)時(shí)（即近似有對(duì)上式微分得細(xì)調(diào)最小的分壓值莫過(guò)于一圈對(duì)應(yīng)的分壓值，所以R3R10R20K圖A.1.6二段分壓電路圖從上式可知，當(dāng)變阻器選定后、、均為定值，故當(dāng)時(shí)為一個(gè)常數(shù)，它表示在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的精細(xì)程度處處一樣從調(diào)節(jié)的均勻度考慮，越小越好，但上的功耗也將變大，因此還要考慮到功耗不能太大，則不宜取得過(guò)小，取和串聯(lián)進(jìn)行分壓，其中大電阻用作粗R3R10R20K圖A.1.6二段分壓電路圖調(diào)，小電阻用于細(xì)調(diào)．3．制流電路與分壓電路的差別與選擇（1）調(diào)節(jié)范圍分壓電路的電壓調(diào)節(jié)范圍大，可從；而制流電路電壓調(diào)節(jié)范圍較小，只能從．（2）細(xì)調(diào)程度當(dāng)時(shí)，在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)基本均勻，但制流電路可調(diào)范圍??；負(fù)載上的電壓值小，能調(diào)得較精細(xì)，而電壓值大時(shí)調(diào)節(jié)變得很粗．（3）功率損耗使用同一變阻器，分壓電路消耗電能比制流電路要大．基于以上的差別，當(dāng)負(fù)載電阻較大，調(diào)節(jié)范圍較寬時(shí)選分壓電路；反之，當(dāng)負(fù)載電阻較小，功耗較大，調(diào)節(jié)范圍不太大的情況下則選用制流電路．若一級(jí)電路不能達(dá)到細(xì)調(diào)要求，則可采用二級(jí)制流（或二段分壓）的方法以滿足細(xì)調(diào)要求．實(shí)驗(yàn)過(guò)程1．仔細(xì)觀察電表和萬(wàn)用表的度盤(pán)，記錄下度盤(pán)下側(cè)的符號(hào)及數(shù)字，說(shuō)明其意義？說(shuō)明所用電表的最大引用誤差是多少？2．記下所用電阻箱的級(jí)別，如果該電阻箱的示值是時(shí)，它的最大容許電流是多少？3．用萬(wàn)用電表測(cè)一下所用滑線變阻器的全電阻是多少？檢查一下滑動(dòng)端移動(dòng)時(shí)，的變化是否正常？4．制流電路特性的研究，?。矗?，確定根據(jù)所用的毫安計(jì)的量限和的最大容許電流，確定實(shí)驗(yàn)時(shí)的最大電流及電源電壓值注意，值應(yīng)小于最大容許電流．聯(lián)結(jié)電路（注意電源電壓及取值，取最大值），復(fù)查一次電路無(wú)誤后，閉合電源開(kāi)關(guān)（如發(fā)現(xiàn)電流過(guò)大要立即切斷電源！），移動(dòng)點(diǎn)觀察電流值的變化是否符合設(shè)計(jì)要求．移動(dòng)變阻器滑動(dòng)頭，在電流從最小到最大過(guò)程中，測(cè)量8～10次電流值及相應(yīng)在標(biāo)尺上的位置，并記下變阻器繞線部分的長(zhǎng)度，以（即）為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)作圖.注意，電流最大時(shí)的標(biāo)尺讀數(shù)為測(cè)量的零點(diǎn)．其次，測(cè)一下在最小和最大時(shí)移動(dòng)一小格時(shí)電流值的變化．取，重復(fù)上述測(cè)量并繪圖．5．分壓電路特性的研究，取確定值，參照變阻器的額定電流和的容許電流，確定電源電壓之值．移動(dòng)變阻器滑動(dòng)頭，使加到負(fù)載上的電壓從最小變到最大，在此過(guò)程中，測(cè)量8～10次電壓．及點(diǎn)在標(biāo)尺上的位置，用以為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)作圖．其次，測(cè)一下當(dāng)電壓值最小和最大時(shí)移動(dòng)一小格時(shí)電壓值的變化面．取，重復(fù)上述測(cè)量并繪圖．移動(dòng)一小格時(shí)的和．思考題1．實(shí)驗(yàn)所用電阻箱的示值為，試計(jì)算它的允許基本誤差，它的額定電流值，若示值改為，試計(jì)算它的允許基本誤差？2．以下電路正確嗎？若有錯(cuò)誤說(shuō)明原因，并改正.圖A.1.9圖A.1.9AEKR0（d）

KRZVE（a）

RZVEK（b）

VR0EK（c）

3．從制流和分壓特性曲線求出電流值（或電壓值）近似為線性變化時(shí)，滑線電阻的阻值.參考文獻(xiàn)[1]賈玉潤(rùn)、王公治、凌佩玲主編，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》，復(fù)旦大學(xué)出版社，1987；[2]孟爾熹主編，《普通物理實(shí)驗(yàn)》，山東大學(xué)出版社，1988；[3]梁燦彬主編，主編《電磁學(xué)》，高等教育出版社，1980.實(shí)驗(yàn)二靜電場(chǎng)的描繪實(shí)驗(yàn)?zāi)康模保畬W(xué)習(xí)用模擬法研究靜電場(chǎng)；2．描繪二種場(chǎng)結(jié)構(gòu)的等勢(shì)線.儀器和用具直流穩(wěn)壓電源、電壓表、檢流計(jì)（或微安計(jì)）、滑線變阻器、記錄裝置、導(dǎo)電紙、電極、米尺和游標(biāo)尺、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線.實(shí)驗(yàn)原理１.靜電場(chǎng)與穩(wěn)恒電流場(chǎng)帶電體在它周?chē)目臻g產(chǎn)生電場(chǎng)，可以用電場(chǎng)強(qiáng)度或電勢(shì)的空間分布來(lái)描述，現(xiàn)在討論的靜電場(chǎng)的描繪是探索其電勢(shì)的空間分布，因?yàn)殡妱?shì)是標(biāo)量，在測(cè)量上要簡(jiǎn)便些．但是直接測(cè)量靜電場(chǎng)中各點(diǎn)的電勢(shì)是很困難的，這是因?yàn)殪o電場(chǎng)中不會(huì)有電流，不能用直流電表直接測(cè)量，除非用靜電式儀表測(cè)量，但用靜電式儀表測(cè)量就要用到金屬制的探頭，而伸人靜電場(chǎng)中的金屬探頭將使靜電場(chǎng)發(fā)生顯著的變化．用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使靜電場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)研究比較容易進(jìn)行靜電場(chǎng)和電流場(chǎng)本是不同的場(chǎng)，但是可以看到它們的相似性，例如它們都引人電勢(shì)，而電場(chǎng)強(qiáng)度；它們都遵守高斯定理；對(duì)一靜電場(chǎng)有（閉合曲面S內(nèi)無(wú)電荷）對(duì)一穩(wěn)恒電流場(chǎng)，則有（閉合曲面S內(nèi)無(wú)電源）圖A.2.1靜電場(chǎng)與穩(wěn)恒電流場(chǎng)對(duì)比（）由幾個(gè)電勢(shì)為、、的帶電體激發(fā)的靜電場(chǎng)中點(diǎn)的電勢(shì)為時(shí)；那么，將形狀與帶電體相同的良導(dǎo)體置于導(dǎo)電介質(zhì)中的相同位置，加上直流電壓，使它們的電勢(shì)也是、、）］，則在導(dǎo)電介質(zhì)中點(diǎn)位置的電勢(shì)與相應(yīng)導(dǎo)體中的點(diǎn)的電勢(shì)相同．反過(guò)來(lái)如果測(cè)量出穩(wěn)恒電流場(chǎng)中點(diǎn)的電勢(shì)為，則相應(yīng)靜電場(chǎng)中點(diǎn)的電勢(shì)將和相同．這表示通過(guò)測(cè)量穩(wěn)恒電流場(chǎng)的電勢(shì)分布可以了解相應(yīng)靜電場(chǎng)的電勢(shì)分布，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示這樣模擬是恰當(dāng)?shù)模畧DA.2.1靜電場(chǎng)與穩(wěn)恒電流場(chǎng)對(duì)比圖A.2.2帶電圓柱體這種利用規(guī)律形式上的相似，由一種測(cè)量代替另一種測(cè)量的方法就是模擬法．圖A.2.2帶電圓柱體２．二共軸無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電圓柱體間的靜電場(chǎng)如圖A.2.2，設(shè)內(nèi)圓柱半徑為電勢(shì)為；外環(huán)內(nèi)半徑為，電勢(shì)為，則靜電場(chǎng)中距離軸心為處的電勢(shì)可表示為：又根據(jù)高斯定理，電荷均勻分布的無(wú)限長(zhǎng)圓柱體的場(chǎng)強(qiáng)大小為（當(dāng)式中由圓柱體上線電荷密度決定．由以上二式可得由于處，即則將式（4.4）代人式（4.3），并取，，整理后得或圖A.2.3圖A.2.3補(bǔ)償法電路圖3．穩(wěn)恒電流場(chǎng)及其等電勢(shì)線的探測(cè)用導(dǎo)電紙（或表面導(dǎo)電玻璃）為導(dǎo)電介質(zhì)，在其上用特定形狀的電極壓緊（或用導(dǎo)電膠涂成電極），在電極上加穩(wěn)定直流電壓，則電極間的導(dǎo)電介質(zhì)中就形成穩(wěn)恒電流場(chǎng)．對(duì)導(dǎo)電介質(zhì)要求薄和均勻，電極和導(dǎo)電介質(zhì)的接觸電阻遠(yuǎn)小于導(dǎo)電介質(zhì)的導(dǎo)電電阻．圖中為檢流計(jì)，為電壓計(jì)，為探針，為接收電極，為補(bǔ)償電源，為分壓器．當(dāng)探索電勢(shì)為的等勢(shì)線時(shí)，懸空端，調(diào)分壓器使電壓計(jì)示值等于．先用萬(wàn)用表找到電勢(shì)線的大概位置，再用探針去找，當(dāng)?shù)闹羔槻粍?dòng)時(shí)，則該點(diǎn)電勢(shì)為，移動(dòng)繼續(xù)尋找．這種補(bǔ)償電路使用電壓計(jì)顯示被測(cè)點(diǎn)的電壓，而電壓計(jì)中的電流又不需要由導(dǎo)電紙供給，因而減少了誤差．調(diào)可以改變檢流計(jì)的靈敏度（開(kāi)始取大值，細(xì)調(diào)時(shí)變?。?．記錄裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)要用一專門(mén)設(shè)備記錄每一條等勢(shì)線上探測(cè)點(diǎn)的位置，記錄裝置有多種，在此介紹幾種．（1）復(fù)印法圖A.2.4等臂記錄法描繪電場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置在導(dǎo)電紙下面墊上復(fù)寫(xiě)紙，記錄時(shí)只要將表棒在測(cè)量點(diǎn)的位置向下重按一下，于是，測(cè)量點(diǎn)就被印到它下面的記錄坐標(biāo)紙上，同時(shí)由于復(fù)寫(xiě)紙能雙面復(fù)印，因此在導(dǎo)電紙呈灰白色的反面也留下了該點(diǎn)的痕跡．圖A.2.4等臂記錄法描繪電場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)裝置（2）等臂記錄法圖A.2.5火花記錄法原理圖是與橫臂絕緣的探測(cè)棒，是記錄棒，它們的橫臂是一塊較薄的彈簧片，各有一端與支架相連，另一端可以上下扳動(dòng)，當(dāng)下壓探棒時(shí)，探棒即與導(dǎo)電紙接觸可測(cè)量電勢(shì)．當(dāng)找到等勢(shì)點(diǎn)后，按下記錄棒進(jìn)行記錄．圖A.2.5火花記錄法原理圖（3）火花記錄法和是按鈕開(kāi)關(guān)里的常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)，按鈕未下按時(shí)，電壓表接在測(cè)量回路里，下按時(shí)，斷，接通，變壓器輸出的交流電壓全部加在導(dǎo)電紙的、之間．如果探棒垂直于導(dǎo)電紙面上提時(shí)，那么在剛斷之際，交流電壓全部集中到點(diǎn)接觸電阻上，于是，在探棒尖端和導(dǎo)電紙之間非常小的空氣間隙發(fā)生跳火，結(jié)果在導(dǎo)電紙上留下焦斑．它在導(dǎo)電紙的灰白面顯得很清楚，可作為測(cè)量的記錄點(diǎn)．使用火花記錄法，記錄點(diǎn)不能太多，分布盡可能均勻些．圖A.2.6放大尺記錄法（4）放大尺記錄法圖A.2.6放大尺記錄法放大尺，將點(diǎn)位置平移到點(diǎn)去記錄，在針的下側(cè)是復(fù)寫(xiě)紙和記錄紙．實(shí)驗(yàn)過(guò)程1．圓柱形電容器中等勢(shì)線分布的模擬測(cè)繪、端接到導(dǎo)電紙中心的圓柱形電極和外側(cè)的圓環(huán)形電極上．用實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備的記錄裝置記錄等電勢(shì)（）點(diǎn)．要求描繪七條不同電勢(shì)的等勢(shì)線，每條等勢(shì)線應(yīng)有五個(gè)以上的等電勢(shì)點(diǎn)連接而成，連成的等勢(shì)線不要忘記標(biāo)明它的電勢(shì)值．圓柱形電容器中的等勢(shì)線，在理想情況下是以軸線為中心的同心圓，但由于電極與導(dǎo)電紙間存在接觸電阻，使圓心和半徑都有可能偏離真正值．因此只能找出實(shí)驗(yàn)得到的圓心和半徑．方法如下：首先根據(jù)等勢(shì)線的分布利用目測(cè)定出一個(gè)“最佳”（即主觀認(rèn)為合適）的圓心位置．然后求出各圓的半徑平均值，即將該圓的測(cè)量點(diǎn)與目測(cè)圓心連起來(lái)，量測(cè)長(zhǎng)度求得平均值．以為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)作圖，如果得到的是一條直線，就驗(yàn)證了柱形電容器中的關(guān)系式，并根據(jù)直線的截距和斜率分別算出和的半徑，試將其結(jié)果與用游標(biāo)尺直接測(cè)量的數(shù)值進(jìn)行比較，以判斷本實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確程度．2．兩根無(wú)限長(zhǎng)平行直導(dǎo)線周?chē)葎?shì)線分布的模擬測(cè)繪選用相應(yīng)的電極，運(yùn)用上述相同的方法作七條等勢(shì)線，不要求對(duì)測(cè)量結(jié)果作定量的計(jì)算和驗(yàn)證．但要注意等勢(shì)線分布的規(guī)律，試解釋其物理意義．思考題1．金屬圓環(huán)和圓柱為何要與導(dǎo)電紙良好接觸？2．記錄測(cè)量點(diǎn)有幾種常用方法？試比較一下．3．火花記錄點(diǎn)是否可非常多？為什么？4．怎樣求等勢(shì)線的平均半徑值？5根據(jù)直線的截距和斜率，怎樣算出和的半徑？6.在圓柱電容器中，和是直線關(guān)系為什么驗(yàn)證了的成立？7.圓柱形電容器和球形電容器中場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)的分布是否相同？能否用導(dǎo)電紙來(lái)模擬球形電容器中的電勢(shì)分布？8.如果在描繪圓柱形電容器的等勢(shì)線時(shí)，所用的電壓表為1.5級(jí)（即，為量程電壓值），若和很小，可以略去，求：各種電勢(shì)等勢(shì)線的半徑相對(duì)不確定度．參考文獻(xiàn)[1]曾貽偉、龔德純、王書(shū)穎、汪順義普通物理實(shí)驗(yàn)教程北京師范大學(xué)出版社，1989；[2]賈玉潤(rùn)、王公治、凌佩玲主編，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》，復(fù)旦大學(xué)出版社，1987；[3]孟爾熹主編，《普通物理實(shí)驗(yàn)》，山東大學(xué)出版社，1988；[4]梁燦彬主編，主編《電磁學(xué)》，高等教育出版社，1980.實(shí)驗(yàn)三用板式電勢(shì)差計(jì)測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握用電勢(shì)差計(jì)測(cè)量電動(dòng)勢(shì)的原理；2．測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻．儀器和用具板式電勢(shì)差計(jì)、檢流計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)電阻、電阻箱、滑線變阻器、標(biāo)準(zhǔn)電池、直流電源、待測(cè)干電池．實(shí)驗(yàn)原理01012圖A.3.1電勢(shì)差計(jì)原理圖量，因此電勢(shì)差計(jì)除了電勢(shì)測(cè)量之外還可測(cè)量電流、電阻等其他量．本實(shí)驗(yàn)討論板式電勢(shì)差計(jì)測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的原理和方法．為一根粗細(xì)非常均勻的電阻絲，它與可變限流電阻以及工作電池、電源開(kāi)關(guān)互相串聯(lián)．為標(biāo)準(zhǔn)電池.為待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)．為檢流計(jì)．當(dāng)接通，既不與接通又不與相連時(shí)，則流過(guò)的電流和的兩端的電壓分別為式中為電源的內(nèi)阻．當(dāng)電鍵倒向1時(shí)，則兩點(diǎn)間接有和．若時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電池充電，檢流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；若時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)電池放電，檢流計(jì)指針?lè)聪蚱D(zhuǎn)；若時(shí)，檢流計(jì)指零，標(biāo)準(zhǔn)電池?zé)o電流流過(guò)，則就是標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)稱電勢(shì)差計(jì)達(dá)到了平衡．令間的長(zhǎng)度為，則電阻絲單位長(zhǎng)度的電壓降為，如果，，，那么．當(dāng)電鍵倒向2時(shí)，則兩點(diǎn)間的換接了．由于一般情況下，因此檢流計(jì)指針將左偏或右偏，電勢(shì)差計(jì)失去了平衡．如果合理地移動(dòng)和點(diǎn)以改變值，當(dāng)時(shí)，電勢(shì)差計(jì)又重新達(dá)到平衡，令間的距離為，則待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)為如果在數(shù)值上足夠準(zhǔn)確地為的倍，的有效數(shù)字與完全相同．因此當(dāng)接在兩端時(shí),值應(yīng)該與的有效數(shù)字相同，但此時(shí)不一定等于0，這可借助于的調(diào)節(jié)使電勢(shì)差計(jì)處于平衡狀態(tài)．這種滿足的調(diào)節(jié)過(guò)程稱為電勢(shì)差計(jì)工作電流標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程．上述取就是使電勢(shì)差計(jì)的工作電流成為標(biāo)準(zhǔn)化電流．按照所以調(diào)節(jié)平衡后，只要量度值就很容易得到待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)．下面討論怎樣用電勢(shì)差計(jì)測(cè)量電池的內(nèi)阻．02圖A.3.2測(cè)量電池內(nèi)阻根據(jù)全電路歐姆定律可知，為了測(cè)定電池內(nèi)阻，必須要電池放出一定的電流，通常情況下為常數(shù)，為了控制回路中的大小，要設(shè)置限流器，電流的測(cè)量采用電流..電壓變換法，即測(cè)量阻值足夠準(zhǔn)確的電阻器兩端電壓，根據(jù)電壓除以電阻算出電流值，因此測(cè)量電池內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)線路所示．02圖A.3.2測(cè)量電池內(nèi)阻由于待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)為常量，,因此化簡(jiǎn)為式中與為變量，如果取為自變量，并與待測(cè)量分開(kāi)，變換上式，可以得到顯然與成線性關(guān)系，其中斜率，則；而截距為，則本實(shí)驗(yàn)中所用的板式電勢(shì)差計(jì)又稱為十一線電勢(shì)差計(jì)，它的構(gòu)造所示．它實(shí)際上是一根長(zhǎng)、截面非常均勻的電阻絲，折成十一段都是一米長(zhǎng)的導(dǎo)線，固定在平板上，其中端通過(guò)導(dǎo)線和插頭可與1、2、…、10等十個(gè)插座中任何一個(gè)相連接．端是滑動(dòng)塊與鋼片接觸點(diǎn)的引出端，其活動(dòng)范圍為，在電勢(shì)差計(jì)調(diào)平衡時(shí)起微調(diào)的作用．滑塊與電阻絲接觸的點(diǎn)電勢(shì)，由頂端接線柱引出．滑塊的箭頭指示滑塊的位置，由米尺讀出，如果電勢(shì)差計(jì)的靈敏度足夠高，則可讀到位．若要取時(shí)，可將插人“10”插座，移動(dòng)到“”的位置，其中最后一位數(shù)字“6”已屬于估計(jì)位．如果測(cè)時(shí)，電勢(shì)差計(jì)已調(diào)到平衡，其中的位置是5，為的位置指示著，那么待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)由以上介紹不難理解：1.調(diào)節(jié)電勢(shì)差計(jì)平衡的必要條件是、和的極性不能接錯(cuò)，并且需滿足，諸條件．2．如果，為了測(cè)量待測(cè)電池的，必須采取如圖A.3.2所示的分壓方法，但仍要滿足的必要條件．3．為了使電流標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)節(jié)方便和精細(xì)，應(yīng)采用大、中、小、三種阻值可變的電阻器串聯(lián)起來(lái)使用．一旦電流標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)節(jié)完畢，在測(cè)量或時(shí)不能再更動(dòng)，更不能調(diào)換工作電池，否則讀數(shù)不準(zhǔn)確，測(cè)量結(jié)果中存有系統(tǒng)誤差或錯(cuò)誤．圖A.3.3圖A.3.3012圖A.3.4測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻4．鑒于板式電勢(shì)差計(jì)的十一根電阻絲長(zhǎng)度不可能完全相等，因此長(zhǎng)度測(cè)量存在著系統(tǒng)誤差（）．只有待測(cè)量在左右的電動(dòng)勢(shì)才比較準(zhǔn)確，差值越大結(jié)果越不準(zhǔn)確．012圖A.3.4測(cè)量電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)過(guò)程1．按接線，圖中由兩只阻值相差甚大的滑線變阻器串聯(lián)而成，為電阻箱，為標(biāo)準(zhǔn)電阻器．和分別為標(biāo)準(zhǔn)電池和待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)．虛線框內(nèi)就是十一線電阻絲，為粗調(diào)接線柱，為細(xì)調(diào)滑動(dòng)塊．2．電流標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)節(jié)通過(guò)下式可以計(jì)算出室溫時(shí)標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)．其中中表示溫度為時(shí)的電動(dòng)勢(shì)（標(biāo)準(zhǔn)電池上已注明其值），表示以為單位時(shí)的數(shù)值表示以℃為單位時(shí)的數(shù)值．置、間的長(zhǎng)度為，如，則、間的長(zhǎng)度為．接通，將與1端相連，精細(xì)調(diào)節(jié)，使，即電勢(shì)差計(jì)達(dá)到平衡，完成了電流標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)節(jié)程序．3．測(cè)量值已知待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)左右，放電電流要大于才穩(wěn)定（當(dāng)然不宜過(guò)大），因此取，使從0到變化，測(cè)量值．4．取為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，將上述測(cè)到的數(shù)據(jù)作圖，根據(jù)圖線求得截距和斜率的值，再算出待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)及其內(nèi)阻．5．根據(jù)截距和斜率的不確定度及不確定度傳遞公式，估算出待測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的不確定度．思考題1．為什么要進(jìn)行電流標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)節(jié)？2．為什么電勢(shì)差計(jì)能測(cè)量待測(cè)電池的電動(dòng)勢(shì)？而不是端電壓？3．怎樣用電勢(shì)差計(jì)測(cè)量待測(cè)電池的內(nèi)阻？4．為什么板式電勢(shì)差計(jì)采用十一線而不用九線方式？5．調(diào)節(jié)電勢(shì)差計(jì)平衡的必要條件是什么？為什么？６．在電勢(shì)差計(jì)調(diào)平衡時(shí)發(fā)現(xiàn)檢流計(jì)指針始終朝一個(gè)方向偏，這可能是什么原因？７．為什么說(shuō)電勢(shì)差計(jì)采用了電勢(shì)比較法？提高電勢(shì)差計(jì)的準(zhǔn)確度應(yīng)注意哪些方面？８．板式電勢(shì)差計(jì)能否“擴(kuò)大量程”，要擴(kuò)大量程應(yīng)采取什么措施？９、經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和使用，你認(rèn)為板式十一線電勢(shì)差計(jì)應(yīng)怎樣改進(jìn)？說(shuō)出改進(jìn)的方法及其原理．參考文獻(xiàn)[1]曾貽偉、龔德純、王書(shū)穎、汪順義普通物理實(shí)驗(yàn)教程北京師范大學(xué)出版社，1989年；[2]賈玉潤(rùn)、王公治、凌佩玲主編，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》，復(fù)旦大學(xué)出版社，1987；[3]孟爾熹主編，《普通物理實(shí)驗(yàn)》，山東大學(xué)出版社，1988；[4]梁燦彬主編，主編《電磁學(xué)》，高等教育出版社，1980.實(shí)驗(yàn)四低電阻的測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握用伏安法測(cè)量低電阻的方法.2．學(xué)習(xí)雙電橋測(cè)量低電阻的原理和方法．３.學(xué)習(xí)減小伏安法中系統(tǒng)誤差的方法.儀器和用具電阻箱、安培計(jì)、毫伏計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)電阻、檢流計(jì)、螺旋測(cè)微計(jì)、待測(cè)低電阻、滑線變阻器、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線．實(shí)驗(yàn)原理1．伏安法測(cè)低電阻的困難與處理安法測(cè)中等阻值的電阻是很容易的，但在測(cè)低電阻是伏安法的一般電路圖，是將兩側(cè)的接觸電阻、導(dǎo)線電阻以等效電阻、、、表示的電路圖．由于電壓表的內(nèi)阻較大，串接小電阻、對(duì)其測(cè)量影響不大，而、串接到被測(cè)低電阻后，使被測(cè)電阻成為其中和和相比是不可不計(jì)的，有時(shí)甚至超過(guò).圖A.4.1伏安法測(cè)電阻一般電路圖圖A.4.1伏安法測(cè)電阻一般電路圖解決上述測(cè)量的困難，在于消除、兩側(cè)的接點(diǎn)分為兩個(gè)電流接點(diǎn)（）和兩個(gè)電壓接點(diǎn)（），這樣電壓表測(cè)量的是長(zhǎng)的一段低電阻（其中不包括和）兩端的電壓．這樣的四接點(diǎn)測(cè)量電路使低電阻測(cè)量成為可能．（1）電壓的測(cè)量設(shè)，則當(dāng)電流時(shí)，，即3mV，因此測(cè)低電阻時(shí)，要用毫伏表測(cè)電壓．為了減少毫伏表內(nèi)阻不夠大的影響，可改用數(shù)字電壓表或電勢(shì)差計(jì)去測(cè)量．（2）電流的測(cè)量圖A.4.圖A.4.2伏安法測(cè)電阻（a）AV（b）兩端的電壓，由去求值，圖A.4.3改進(jìn)安培計(jì)測(cè)量電流由于可以設(shè)法測(cè)得很精確，所以可提高電流的精確度．圖A.4.3改進(jìn)安培計(jì)測(cè)量電流圖A.4.4開(kāi)爾文雙電橋測(cè)低電阻2．測(cè)低電阻的開(kāi)爾文（Kelvin）雙電橋的原理圖A.4.4開(kāi)爾文雙電橋測(cè)低電阻雙電橋測(cè)低電阻，就是將未知低電阻和已知的標(biāo)準(zhǔn)低電阻、、表示接觸電阻和導(dǎo)線電阻，比較和兩端的電壓時(shí)，用通過(guò)兩個(gè)分壓電路和去比較、二點(diǎn)的電勢(shì)，由于、、、．的電阻值較大，其兩端的接觸電阻和導(dǎo)線電阻可以不計(jì)．當(dāng)、、和取某一值時(shí)可使，即由于由于或,上二式中取得整理上式改寫(xiě)成為從上式可以看出，當(dāng)時(shí)，式中右側(cè)括號(hào)中的值等于零，因而不好處理的接觸電阻及導(dǎo)線電阻的影響被消除，結(jié)果即在滿足和的條件下，可用上式算出未知低電阻值．實(shí)驗(yàn)過(guò)程圖A.4.5雙電橋測(cè)電阻1．用伏安法測(cè)粗銅線上長(zhǎng)為值進(jìn)行測(cè)量．圖A.4.5雙電橋測(cè)電阻2．用組裝雙電橋測(cè)上述金屬線的電阻，待測(cè)低電阻和檢流計(jì)等儀器組成一開(kāi)爾文雙電橋，、均用四接點(diǎn)聯(lián)線．聯(lián)接電路最好用三種顏色的導(dǎo)線，這對(duì)聯(lián)線、檢查都方便．開(kāi)始測(cè)量時(shí)和都取大一些的阻值，這容易調(diào)節(jié)電橋的平衡，、、、可取同一值（例如）．操作時(shí)根據(jù)檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)，改變之值并保持，逐漸使電橋平衡．每次調(diào)節(jié)時(shí)，要先斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)后并確認(rèn)無(wú)誤時(shí)，再閉合（為什么？）當(dāng)粗調(diào)平衡后，減小和再細(xì)調(diào)平衡．改變幾次值.進(jìn)行反復(fù)測(cè)量．3．用伏安法測(cè)同一銅線的電阻．4．測(cè)量金屬線直徑，用電阻率求各組的值，再求及．比較用伏安法、雙電橋法測(cè)量的結(jié)果．5．用伏安法測(cè)量導(dǎo)線與接線柱間的接觸電阻．測(cè)量安排由自己設(shè)計(jì)．思考題1．被測(cè)低電阻為何要有4個(gè)端鈕？2．雙電橋測(cè)電阻值的基本原理是什么？3雙電橋平衡的條件是什么？為何和或者和要同軸調(diào)節(jié)？4．為什么要測(cè)量雙電橋的靈敏度？怎樣調(diào)節(jié)它？5.怎樣檢驗(yàn)測(cè)量到的值有否因電阻箱不準(zhǔn)而造成的系統(tǒng)誤差？怎樣消除它的影響？圖A.4.6安培計(jì)中的分流器6．調(diào)節(jié)用電阻箱組裝的雙電橋平衡時(shí)應(yīng)注意什么？圖A.4.6安培計(jì)中的分流器有什么作用？能否改變低值電阻？8．怎樣測(cè)量?jī)筛鶎?dǎo)線連接點(diǎn)的接觸電阻？9．如果低電阻的電勢(shì)端鈕與電流端鈕搞錯(cuò)會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？為什么？10．電阻箱組裝的雙電橋與箱式雙電橋有什么區(qū)別？怎樣調(diào)節(jié)它們的平衡？11．在雙電橋線路中如果待測(cè)電阻的與相互交換而錯(cuò)接，問(wèn)電橋能否平衡？會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？參考文獻(xiàn)[1]賈玉潤(rùn)、王公治、凌佩玲主編，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》，復(fù)旦大學(xué)出版社，1987；[2]孟爾熹主編，《普通物理實(shí)驗(yàn)》，山東大學(xué)出版社，1988；[3]梁燦彬主編，主編《電磁學(xué)》，高等教育出版社，1980.實(shí)驗(yàn)五萬(wàn)用電表的制作與定標(biāo)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握萬(wàn)用電表的基本原理和設(shè)計(jì)方法；2．學(xué)習(xí)萬(wàn)用電表的組裝與定標(biāo)．儀器和用具表頭(或100)，直流電壓表，直流電流表，電阻箱，直流電源，交流電源，交流電壓表，插件板，可變電阻器，萬(wàn)用表，導(dǎo)線等．實(shí)驗(yàn)原理1．萬(wàn)用電表的構(gòu)成萬(wàn)用電表是一種多功能、多量程的電學(xué)儀表，它可在幾個(gè)不同量程測(cè)量直流電流、直流和交流電壓、電阻，有的萬(wàn)用表還增加檢測(cè)晶體管特性等功能，由于它的功能較多，在實(shí)驗(yàn)調(diào)試、故障檢查工作中使用非常方便．常用的萬(wàn)用表是以一塊磁電型電流計(jì)（微安計(jì)）為核心組裝而成的；此外數(shù)字顯示的數(shù)字式萬(wàn)用表現(xiàn)在也逐漸增多．在此實(shí)驗(yàn)中是練習(xí)以微安計(jì)為顯示器的萬(wàn)用表的設(shè)計(jì)與組裝，并且只限于直流電流、直流電壓、電阻和交流電壓4種功能．之值；直流電壓計(jì)就是計(jì)算串聯(lián)電阻之值；歐姆計(jì)就是直流電壓計(jì)加一直流電源，當(dāng)在此歐姆計(jì)兩端、接入一電阻時(shí)，表頭指針將偏轉(zhuǎn)，而且偏轉(zhuǎn)大小和圖A.5.l萬(wàn)用表的幾種功能圖A.5.l萬(wàn)用表的幾種功能-+-+(a)電流計(jì)+--+(c)歐姆表+--+(b)電壓計(jì)有關(guān)，即從表頭指針偏轉(zhuǎn)的大小可以測(cè)量值．交流電壓計(jì)是直流電壓計(jì)加入整流電路構(gòu)成．圖A.5.2MF-30型萬(wàn)用表電路圖和串聯(lián)電阻之和為3k,并用表示，即圖A.5.2MF-30型萬(wàn)用表電路圖k又設(shè)定、、、之和為3k，用表示，即k2．直流電流擋的設(shè)計(jì)--+505-圖A.5.3-50圖A.5.4(或100，則另一支路，即通過(guò)的電流為0．05A.，于是即505-+-圖A.5.6-5圖A.5.5505-+-圖A.5.6-5圖A.5.53直流電壓擋的設(shè)計(jì)、已設(shè)定，因而在此是計(jì)算和時(shí)，另一分支的電流也應(yīng)為（因?yàn)椋?，即總電流?，因?yàn)橐言O(shè)定，兩端電壓為5V，所以可算出唯一的未知量之值，同時(shí)可求出伏特計(jì)的每伏歐姆數(shù)R（內(nèi)阻／伏特計(jì)量限）．-50圖A.5.7設(shè)計(jì)直流電壓擋是計(jì)算，可利用已知的和求出．-50圖A.5.74．歐姆擋的設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)稍許復(fù)雜，以下分幾步討論:1）歐姆表的不均勻分度與中心阻值時(shí)，調(diào)使表頭指針在滿刻度，此時(shí)內(nèi)阻設(shè)為，如果這時(shí)加人電阻值為的電阻，則電流設(shè)，則，這時(shí)與的關(guān)系可按上式算出為表歐姆表刻度盤(pán)的分度表2701207045302012.97.53.3005101520253035404550-+圖A.5.8表顯示歐姆表刻度盤(pán)的分度將是非常不均勻的，在接近零時(shí)，的變化對(duì)的影響較小，度盤(pán)上刻線比較密，分度值也較大．當(dāng)時(shí),可知由于此時(shí)指針剛好位于度盤(pán)中心，因而將此阻值稱為中心阻值（或歐姆中心），即歐姆表的中心阻值等于歐姆表的內(nèi)阻．顯然中心阻值越小，歐姆表度盤(pán)右半部分度值就越小，由于使用歐姆表測(cè)量電阻時(shí)主要用度盤(pán)的右半部和中心附近，因而中心阻值對(duì)于歐姆表就類似于電流表的量限．-+圖A.5.8（2）調(diào)零電阻與中心阻值k檔）歐姆表中的電源為一節(jié)干電池，其電動(dòng)勢(shì)在1.5V附近，新的可能接近1.65V，舊的要低一些，在此設(shè)計(jì)中取電壓最低值為1.2V．為了適應(yīng)電池電壓變化時(shí)，均能在（、短接）時(shí)表頭指針指向滿刻度，設(shè)置了分壓電阻，稱為調(diào)零電阻．顯然電池電動(dòng)勢(shì)低時(shí)，的滑動(dòng)端應(yīng)向圖的右側(cè)移動(dòng)，電池電動(dòng)勢(shì)高時(shí)則向左側(cè)移動(dòng)．為了計(jì)算中心阻值方便，電池電壓取最小值1.2V，的滑動(dòng)端移到最右側(cè)，由于，所以二支路的電流相等，時(shí)回路電流為2，因此可求出中心阻值又與并聯(lián)阻值為l.5k，所以（3）調(diào)零電阻及阻值的計(jì)算取電池電壓最高值為1.65V，時(shí)，回路電流等于--+圖A.5.9-+圖A.5.10則因而又因?yàn)椤橐阎?，所以從k可以求出之值．

（4）擋電路的中心阻值及阻值的計(jì)算~50~10圖A.5.11擋的中心阻值取為阻值．由于與的并聯(lián)電阻為1500，已求出，電池內(nèi)阻取1，同時(shí)電路的總電阻也已確定，唯一未知的是，很容易從這些已知值計(jì)算出電阻的阻值．~50~10圖A.5.11為串聯(lián)于表頭的二極管，是為保護(hù)在電壓反向時(shí)不被擊穿而設(shè)置的．當(dāng)端接人交流電壓，則在為高電勢(shì)時(shí)，電流從流入，經(jīng)過(guò)、表頭到；在為高電勢(shì)時(shí)，電流由流入，經(jīng)過(guò)到，即不經(jīng)過(guò)表頭，因而是半波整流．計(jì)算時(shí)要將輸入端的交流電流值按總效率換算成輸出端輸出的直流電流值，即式中為整流總效率，的組成為

其中是整流因數(shù)（全波為1，半波為0.5），為波紋系數(shù)，是交流有效值與平均值的轉(zhuǎn)換系數(shù)，其值為0.9003，為整流元件的整流效率，因元件而異，在此暫取98％，則

半波整流效率由于表頭量限為，二支路電阻又相等（），所以回路的直流部分電因而輸人端的交流電流，則內(nèi)阻為

為設(shè)計(jì)交流電壓表的量限，而由與的并聯(lián)電阻、二極管的順向電阻（?。┖停ɑ颍┙M成，即（對(duì)10擋）因而可算出（對(duì)10同樣也可算出50擋要增加的的阻值．

實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1．要求將一微安表頭（量限為，；直流電壓.，；交流電壓.，；歐姆.，～及的阻值，為此要先了解實(shí)驗(yàn)室提供的表頭的量限？

（2）參照測(cè)量表頭內(nèi)阻的方法，設(shè)計(jì)將表頭和電阻的串聯(lián)電阻調(diào)成．

3．選擇、調(diào)節(jié)符合上述計(jì)算值的電阻．如果找不到適用的固定電阻，可用可變電阻（電位器）調(diào)成所需的阻值．與外電阻（已知）的關(guān)系值，作（，）圖線，檢查中心歐姆是否符合設(shè)計(jì)要求．

9．評(píng)價(jià)你的工作．思考題

1.歐姆表中心阻值如何確定？要減小或增大中心阻值應(yīng)如何解決？

2.為何歐姆表要設(shè)調(diào)零電阻，如何去計(jì)算它的阻值？

3.表頭內(nèi)阻如何去測(cè)？

4．交流電流擋的電路中，能否將二極管省去？5.用萬(wàn)用表50mA擋去測(cè)直流50V電壓將會(huì)產(chǎn)生什么后果？為什么？

6.用歐姆表能否測(cè)量電源的內(nèi)阻或靈敏電流計(jì)的內(nèi)阻？為什么？7．能否用直流電壓擋去測(cè)量電容器充電后兩極間的電壓？為什么？

8．能否用萬(wàn)用表檢查一回路中電阻值？怎樣做？9.能否用萬(wàn)用表檢查一回路中電流值？怎樣做？

10．要用一微安表頭改裝成每伏歐姆數(shù)為、量程為100V的電壓表，對(duì)表頭有否要求？試說(shuō)明之

11．為什么用歐姆擋測(cè)電阻時(shí)，黑表棒的電位高于紅表棒的電位？參考文獻(xiàn)[1]曾貽偉、龔德純、王書(shū)穎、汪順義普通物理實(shí)驗(yàn)教程北京師范大學(xué)出版社，1989；[2]賈玉潤(rùn)、王公治、凌佩玲主編，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》，復(fù)旦大學(xué)出版社，1987；[3]孟爾熹主編，《普通物理實(shí)驗(yàn)》，山東大學(xué)出版社，1988；[3]梁燦彬主編，主編《電磁學(xué)》，高等教育出版社，1980.實(shí)驗(yàn)六沖擊電流計(jì)特性的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解沖擊電流計(jì)的工作原理.2．觀察沖擊電流計(jì)在過(guò)阻尼、臨界阻尼和欠阻尼情況下的三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài).3．測(cè)定沖擊電流計(jì)常量，初步掌握沖擊電流計(jì)的使用方法．儀器和用具墻式?jīng)_擊電流計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)互感器、直流安培表，變阻器、電阻箱．直流電源等．實(shí)驗(yàn)原理1．沖擊電流計(jì)的工作原理沖擊電流計(jì)是電磁測(cè)量中的基本精密儀表之一．它不僅可以直接測(cè)量短時(shí)間內(nèi)脈沖電流所遷移的電荷量，而且還可以間接測(cè)量與電荷量有關(guān)的物理量，如磁感應(yīng)強(qiáng)度，電容等．時(shí)，從望遠(yuǎn)鏡中可讀出標(biāo)尺偏移的弧距．它的結(jié)構(gòu)與靈敏電流計(jì)相似，唯一不同的是沖擊電流計(jì)的線框比靈敏電流計(jì)的線框要扁而寬，也有不少?zèng)_擊電流計(jì)其線框和靈敏電流計(jì)的一樣，而在小反射鏡與線圈之間再連接一圓盤(pán)，這兩種結(jié)構(gòu)都是為了增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使動(dòng)因自由振蕩周期增長(zhǎng)，達(dá)到左右，而靈敏電流計(jì)的自由振蕩周期幾只有2～4S．沖擊電流計(jì)所測(cè)量的脈沖電荷量，實(shí)質(zhì)上是測(cè)量短暫時(shí)間，內(nèi)脈沖電流所遷移的電荷量()．當(dāng)脈沖電流通過(guò)沖擊電流計(jì)時(shí)，由于電流計(jì)線框的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J較大，線圈雖然有一角加速度，但還來(lái)不及偏轉(zhuǎn)，仍然處于靜止?fàn)顟B(tài)，只是在沖擊電流計(jì)的線圈受圖A.6.l沖擊電流計(jì)結(jié)構(gòu)圖圖A.6.l沖擊電流計(jì)結(jié)構(gòu)圖到脈沖電流的沖量矩作用之后才發(fā)生偏轉(zhuǎn)的，而靈敏電流計(jì)中的線圈是在受到恒定不變的磁力矩作用下而發(fā)生偏轉(zhuǎn)的，兩者雖然都是由電流驅(qū)動(dòng)，但前者屬脈沖型電流計(jì)，后者屬穩(wěn)定型電流計(jì)，因而它們的用途不同，用法也不一樣，用靈敏電流計(jì)時(shí)讀的是它的穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)角，而用沖擊電流計(jì)時(shí)讀的是第一次最大的偏轉(zhuǎn)角，稱為沖擲角．根據(jù)作用在線圈上的力矩，可以寫(xiě)出動(dòng)圈在時(shí)間內(nèi)的動(dòng)力學(xué)方程：上式第一項(xiàng)是磁偏轉(zhuǎn)力矩,為線圈的匝數(shù),是通人線圈的電流,是線圈的面積,是線圈兩豎直邊所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度．第二項(xiàng)是彈性扭力矩,是懸絲的扭轉(zhuǎn)常數(shù),是偏轉(zhuǎn)角，式中負(fù)號(hào)表示彈與的方向相反．第三項(xiàng)是電磁阻尼力矩，為線圈本身電阻和外電路電阻之和，式中負(fù)號(hào)表示的大小與成反比，角速度越大，線圈所受的電磁阻尼力矩也越大；線圈靜止時(shí)，就沒(méi)有電磁阻尼力矩，令（A.6.2）于是，式中稱為電磁阻尼系數(shù)，它除了與電流計(jì)本身的常量（，，，）有關(guān)外，還與外電路的電阻外有關(guān)．由以上三個(gè)力矩的作用，決定了線圈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：將上式對(duì)時(shí)間積分，得到式中．因?yàn)闆_擊電流計(jì)在期間內(nèi)，當(dāng)時(shí)，；時(shí)因此上式表明，線圈在時(shí)刻的角速度正比于遷移的電荷量，沖上電流計(jì)的線圈在受到脈沖電流通過(guò)的時(shí)間內(nèi)，雖有一角加速度，但還來(lái)不及偏轉(zhuǎn)，仍然處在準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，但當(dāng)線圈開(kāi)始偏轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖電流已通過(guò)完畢，所以線圈便在和兩個(gè)力矩作用下減速下來(lái)，在此期間電流計(jì)線圈運(yùn)動(dòng)方程為這是典型的振動(dòng)方程．上式的初始條件為，其特征方程為根據(jù)沖擊電流計(jì)回路總電阻的不同，式（）在以下三種情況下的解對(duì)應(yīng)于三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：（1）當(dāng)時(shí)，即．式中，稱為自由振蕩角頻率（自由振蕩周期即為），，令，，故，令圖11-2偏轉(zhuǎn)角與時(shí)間的關(guān)系曲線式中，為沖擊電流計(jì)的回路外阻，只要改變就有不同的，即有不同的阻尼運(yùn)動(dòng)，故稱時(shí)，對(duì)應(yīng)求極值（）即可．我們先求得線圈達(dá)到第一次最大偏轉(zhuǎn)角的時(shí)間，然后將：圖11-2偏轉(zhuǎn)角與時(shí)間的關(guān)系曲線(2)當(dāng)時(shí)，即．（3）當(dāng)時(shí)，即,．此式表明線圈作非周期性衰減運(yùn)動(dòng)，實(shí)際它是周期振蕩的阻尼向非周期阻尼過(guò)渡的狀態(tài)，稱為臨界阻尼狀態(tài)，這時(shí)的稱臨界阻尼電阻，對(duì)應(yīng)的根據(jù)以上分析，我們可得到如下一些結(jié)論：（1）沖擊電流計(jì)的第一次最大偏轉(zhuǎn)角與電荷量成正比．由于沖擊電流計(jì)在測(cè)量時(shí)不是直接測(cè)量，而是測(cè)出偏移的弧距式中是標(biāo)尺到小鏡之間的距離，由此也可說(shuō)偏移距離與電荷量成正比，即，式中比例系數(shù)稱為沖擊電流計(jì)電量靈敏度，它表示通過(guò)單位電荷量時(shí)所能引起的最大偏轉(zhuǎn)距離，單位通常為毫米每庫(kù)侖，其倒數(shù)稱為沖擊電流計(jì)電量常量，它表示引起單位最大偏轉(zhuǎn)距離所需通過(guò)的電荷量，單位通常為庫(kù)侖每毫米．在測(cè)量電量時(shí)，如已知沖擊電流計(jì)電量常數(shù)，若測(cè)出其最大偏轉(zhuǎn)距離，則電量．（2）沖擊電流計(jì)電量靈敏度（或）不僅與它的結(jié)構(gòu)常量有關(guān)，還與電流計(jì)所在回路中的總電阻有關(guān)，因此在用沖擊電流計(jì)測(cè)量電荷量時(shí)必須在阻尼狀態(tài)不變的條件下，也即總電阻不變的條件下，測(cè)出對(duì)應(yīng)的（或），才能算出脈沖電荷量值．（3）當(dāng)研究沖擊電流計(jì)的三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在保持電荷量不變的條件下，改變其回路中的總電阻，就可觀察到線圈產(chǎn)生最大偏轉(zhuǎn)后，按阻尼不同而采取不同的運(yùn)動(dòng)方式回到零平衡位置．當(dāng)時(shí)，線圈處于欠阻尼運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；時(shí)，線圈處于過(guò)阻尼狀態(tài)；時(shí)，線圈處于臨界阻尼狀態(tài)，此時(shí)線圈回到零于衡位置所需時(shí)間最短．.直流電源；.直流電源；、..變阻器，用來(lái)粗調(diào)、細(xì)調(diào)初級(jí)回路電流；..標(biāo)準(zhǔn)互感器用于產(chǎn)生脈沖電荷量；..電阻箱，用來(lái)改變沖擊電流計(jì)的工作狀態(tài)；－一沖擊電流計(jì)，其內(nèi)阻力；..電源開(kāi)關(guān)；..換向開(kāi)關(guān)，使互感器次級(jí)回路電流換向；..單刀開(kāi)關(guān)．控制沖擊電流計(jì)回路的通與斷；..阻尼開(kāi)關(guān)；..電流表．測(cè)量初級(jí)回路電流用．-+圖A.6.3沖擊常量測(cè)試電路圖2．電量靈敏度的測(cè)量在電磁測(cè)量中，電量靈敏度先將開(kāi)關(guān)接通，使沖擊電流計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)互感器次級(jí)線圈接通．然后利用換向開(kāi)關(guān)換向，使電流由變?yōu)?，即使電流變化為，與此相應(yīng)在互感器次級(jí)線圈中磁通變化為，次級(jí)線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為由此在沖擊電流計(jì)回路中產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流，則電路方程式中和為回路中的電阻和電感．將上式兩邊對(duì)時(shí)間積分式中為磁通發(fā)生變化的持續(xù)時(shí)間，也就是在互感器電流發(fā)生變化的持續(xù)時(shí)間．由于在時(shí)，在次級(jí)回路，時(shí)，，故上式右邊第二項(xiàng)積分為零．于是由前可知，沖擊電流計(jì)的最大偏轉(zhuǎn)距離和電荷量成正比，即代人上式得而互感器次級(jí)線圈的磁通變化和初級(jí)線圈的電流變化成正比，即式中為標(biāo)準(zhǔn)互感器的互感系數(shù)，將此式代人上式即得由上式可知，知道互感系數(shù)，初級(jí)線圈電流的變化，以及沖擊電流計(jì)的最大偏轉(zhuǎn)距離和整個(gè)回路的總電阻，即可求得電量靈敏度或電量常量（）．3．磁通靈敏度的測(cè)定由上討論可知，利用互感器測(cè)得的沖擊電流計(jì)的電量靈敏度，實(shí)質(zhì)上是利用磁通的變化來(lái)求得電量靈敏度，即因此我們可引用磁通靈敏度面的概念來(lái)描述，磁通靈敏度定義為它表示單位磁通的變化所能引起的最大偏轉(zhuǎn)距離，單位常為毫米每韋伯，其倒數(shù)稱為磁通沖擊常量．和磁通靈敏度的關(guān)系為在測(cè)量中，如果知道互感系數(shù)、初級(jí)線圈電流變化，就可知道磁通變化（），測(cè)出沖擊電流計(jì)的最大偏轉(zhuǎn)距離；，就可求得磁通靈敏度．這樣，只需將乘上回路的總電阻即可求得電量靈敏度．磁通靈敏度和電量靈敏度一樣，不僅與沖擊電流計(jì)的結(jié)構(gòu)常量有關(guān)，而且還與阻尼度圖A.6.4當(dāng)恒定時(shí)，在不同下的三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（為電流計(jì)偏轉(zhuǎn)角度的分辨值）當(dāng)恒定時(shí)隨恒定時(shí)恒定時(shí)，沖擊電流計(jì)第一次最大偏轉(zhuǎn)角隨阻尼度的增大而增大，即越大磁通靈敏度越大，因此，在磁通測(cè)量過(guò)程中不宜選得太?。床灰诉^(guò)大），否則很小，總之阻尼度可以通過(guò)改變的阻值而選取，以獲得所需要的磁通靈敏度．圖A.6.4當(dāng)恒定時(shí)，在不同下的三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（為電流計(jì)偏轉(zhuǎn)角度的分辨值）為了減少?zèng)_擊電流汁中因標(biāo)尺零點(diǎn)不準(zhǔn)，懸絲左右扭力矩不等，系統(tǒng)安裝不夠正確等原因引起的系統(tǒng)誤差，用換向即得到標(biāo)尺另一邊的讀數(shù)，然后取兩次讀數(shù)的平均作為的讀數(shù)、即．若，則，即在測(cè)量和校準(zhǔn)過(guò)程中要保持不變，這也就是為什么一旦沖擊常量測(cè)定后，便不能隨意改變總電阻的原因．實(shí)驗(yàn)過(guò)程1．測(cè)定沖擊電流計(jì)的自由振動(dòng)周期、，使沖擊電流計(jì)有較大的偏轉(zhuǎn)，然后將換向開(kāi)關(guān)和依次斷開(kāi)，用停表測(cè)10個(gè)周期的時(shí)間，，測(cè)三次取平均，試與靈敏電流計(jì)自由振動(dòng)周期加以比較．2．觀察在不同外電阻時(shí)線圈的三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在保持電荷量不變的條件下觀察欠阻尼、過(guò)阻尼和臨界阻尼三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并測(cè)出線圈第一次最大偏轉(zhuǎn)時(shí)的值，記下偏轉(zhuǎn)距離和從零開(kāi)始到最大偏轉(zhuǎn)距離再回到平衡位置零點(diǎn)所需的時(shí)間，并加以比較，以判斷在什么值時(shí)動(dòng)圈回到平衡位置零點(diǎn)的時(shí)間最短、觀察時(shí)可以改變并參考下表所示的值，以保持電荷量不變，當(dāng)換向開(kāi)關(guān)換向時(shí)，觀察沖擊電流計(jì)的偏轉(zhuǎn)，記下偏轉(zhuǎn)距離值，再將換向開(kāi)關(guān)換向，記下所需的時(shí)間．電流取合適的．值在勿超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)互感器的額定電流值的條件下，盡量取得大些，若（和值均由實(shí)驗(yàn)室給出），則根據(jù)、和可得脈沖電荷量．觀察線圈的三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)表如下：振動(dòng)次數(shù)分析上述測(cè)量數(shù)據(jù)，你可得出哪些規(guī)律和結(jié)論．3．觀察沖擊電流計(jì)偏轉(zhuǎn)值和脈沖電荷量的關(guān)系保持不變，依次改變電流，對(duì)于每種值需要正反向測(cè)量值，然后求平均并估計(jì)誤差．注意：電流勿超出標(biāo)準(zhǔn)互感器的額定電流值．4．在磁通變化恒定的條件（保持電流值不變）下，按沖擊電流計(jì)三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)出十種不同的值所對(duì)應(yīng)的與值，依次改變，測(cè)出換向開(kāi)關(guān)換向時(shí)沖擊電流計(jì)兩側(cè)的讀數(shù)，并取平均值，以為橫坐標(biāo)分別以和為縱坐標(biāo)作－曲線和－曲線，并從曲線中分析其規(guī)律．思考題1．沖擊電流計(jì)與靈敏電流計(jì)的主要區(qū)別是什么？能否用靈敏電流計(jì)代替沖擊電流計(jì)？作用如何？實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如何使用？、的作用又如何？3為什么要測(cè)量沖擊電流計(jì)的電量（或磁通）靈敏度？4．為什么測(cè)偏轉(zhuǎn)距離采用左、右讀數(shù)取平均的方法？5．沖擊電流計(jì)有哪三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？６.三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的是否相同？哪一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的磁通靈敏度最高？為什么？7.沖擊電流計(jì)的磁通靈敏度與阻尼電阻有什么關(guān)系？它對(duì)選擇沖擊電流計(jì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有什么指導(dǎo)意義？8.沖擊電流計(jì)的磁通靈敏度、電量靈敏度與其外回路電阻有什么關(guān)系？試問(wèn)沖擊電流計(jì)處于何種狀態(tài)下其磁通靈敏度最大？沖擊電流計(jì)又處在何種狀態(tài)下其電量靈敏度為最大？9.如果實(shí)驗(yàn)中遇到過(guò)阻尼或欠阻尼的情況，而測(cè)量時(shí)回路總電阻又不能改變，如何使返回零點(diǎn)的時(shí)間盡可能縮短一些？10．沖擊電流計(jì)為什么能測(cè)脈沖電荷量？用靈敏電流計(jì)能否測(cè)量？11.的主要誤差來(lái)源.12．用秒表測(cè)定的沖擊電流計(jì)的自由振蕩周期約為左右，為了達(dá)到的要求，可采用什么辦法？參考文獻(xiàn)[1]曾貽偉、龔德純、王書(shū)穎、汪順義普通物理實(shí)驗(yàn)教程北京師范大學(xué)出版社，1989；[2]賈玉潤(rùn)、王公治、凌佩玲主編，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》，復(fù)旦大學(xué)出版社，1987；[3]孟爾熹主編，《普通物理實(shí)驗(yàn)》，山東大學(xué)出版社，1988；[4]梁燦彬主編，主編《電磁學(xué)》，高等教育出版社，1980.實(shí)驗(yàn)七磁場(chǎng)的描繪實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．研究載流圓線圈軸線上磁場(chǎng)的分布，加深對(duì)畢奧一薩伐爾定律的理解．2．掌握感應(yīng)法測(cè)磁場(chǎng)的原理和方法．3．考查亥姆霍茲線圈的磁場(chǎng)的均勻區(qū)．儀器和用具音頻信號(hào)發(fā)生器（具有功率輸出）、晶體管萬(wàn)用表（MF.20型）、亥姆霍茲線圈實(shí)驗(yàn)裝置、探測(cè)線圈等．實(shí)驗(yàn)原理1．載流圓線圈軸線上的磁場(chǎng)分布設(shè)圓線圈的半徑為，匝數(shù)為，在通以電流時(shí)，則線圈軸線上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于圖A.7.1曲線圖式中為真空磁導(dǎo)率，為點(diǎn)坐標(biāo)，原點(diǎn)在線圈中心．線圈軸線上磁場(chǎng)與圖A.7.1曲線圖2.亥姆霍茲線圈軸線上的磁場(chǎng)分布蘭姆霍茲線圈是由一對(duì)半徑，匝數(shù)為均相同的圓線圈組成，二多圈彼此平行而且共軸，線圈間距離正好等于半徑．圖A.7.2圖A.7.2-2-1102圖A.7.3給二線圈通以同方向、同大小的電流，它們對(duì)軸上任一點(diǎn)產(chǎn)生防磁場(chǎng)的方向?qū)⒁恢拢€圈對(duì)點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于線圖對(duì)點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于在點(diǎn)處、的合場(chǎng)強(qiáng)等于是的函數(shù)，公共軸線中點(diǎn)處值為很容易算出在處和處兩點(diǎn)值的相對(duì)差異約為，在理論上可以證明，當(dāng)二線圈的距離等于半徑時(shí)，在原點(diǎn)曲線．3．磁場(chǎng)的測(cè)量圖A.7.4磁場(chǎng)描繪測(cè)試圖磁感應(yīng)強(qiáng)度是一個(gè)矢量，對(duì)它的測(cè)量既要測(cè)大小，又要測(cè)方向．測(cè)磁場(chǎng)的方法很多，在此實(shí)驗(yàn)中是用試探線圈去測(cè)交變磁場(chǎng)．圖A.7.4磁場(chǎng)描繪測(cè)試圖，則電流為，如將峰值改用電流表測(cè)得的有效值，由于，因而電流可寫(xiě)成為記，則圓線圈軸線上任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度設(shè)為的峰值，即則的夾角為，則通過(guò)試探線圈的磁通量為式中為試探線圈的面積，為它的匝數(shù)．感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于而用交流毫伏表測(cè)量此時(shí)，顯示值為的有效值，即，所以當(dāng)試探線圈法線與圓線圈軸線方向一致時(shí)，，則軸線上任一點(diǎn)測(cè)得的值與圓線圈中心（）測(cè)得值之比為圖A.7.5探測(cè)線圈結(jié)構(gòu)圖如果測(cè)得的和從而可間接加深對(duì)畢奧一薩伐爾定律的認(rèn)識(shí)．圖A.7.5探測(cè)線圈結(jié)構(gòu)圖磁場(chǎng)的方向如何來(lái)確定呢？磁場(chǎng)的方向本來(lái)可用毫伏表讀數(shù)最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的試探線圈法線方向來(lái)表示，但是磁通量中的變化率小，因此測(cè)量方向的誤差較大，當(dāng)試探線圈轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，磁場(chǎng)方向與試探線圈法線方向相垂直，的變化率最大，故誤差較小．所以我們利用毫伏表讀數(shù)的最小值來(lái)確定磁場(chǎng)的方向．探測(cè)線圈探測(cè)線圈如圖所示．探測(cè)線圈的中心底座上有一個(gè)小銅釘，它用來(lái)確定磁場(chǎng)中待測(cè)點(diǎn)的位置．探測(cè)線圈的底座設(shè)有刻度盤(pán)．刻度盤(pán)上的零點(diǎn)與待測(cè)點(diǎn)的連線垂直于試探線圈的軸線．當(dāng)毫伏表的讀數(shù)為最小值時(shí)該連線就表示了磁場(chǎng)的方向．由刻度盤(pán)可讀得磁場(chǎng)和軸線方向的夾角，如圖所示．一般的探測(cè)線圈測(cè)得的是平均磁場(chǎng)，為了測(cè)量各點(diǎn)磁場(chǎng)的真實(shí)值，探測(cè)線圈體積越小越好，但體積小線圈面積就小，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就很微弱，不易測(cè)量．理論上可以證明，只要探測(cè)線圈按以下條件設(shè)計(jì)：并且體積適當(dāng)小，探測(cè)線圈測(cè)得的平均磁場(chǎng)就與探測(cè)線圈中心處一點(diǎn)的磁場(chǎng)相等效，它的等效面積為為探測(cè)線圈的外徑．代人（）式就可以算出探測(cè)線圈幾何中心處磁感應(yīng)強(qiáng)度的絕對(duì)值．式中．為交變磁場(chǎng)的頻率,為探測(cè)線圈的匝數(shù)．4．利用亥姆霍茲線圈驗(yàn)證磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量疊加原理圖A.7.6磁感應(yīng)矢量跌價(jià)原理圖根據(jù)矢量疊加原理，空間某一點(diǎn)的合磁場(chǎng)應(yīng)為各分磁場(chǎng)的矢量和．如圖圖A.7.6磁感應(yīng)矢量跌價(jià)原理圖設(shè)空間的任一點(diǎn)，由線圈單獨(dú)產(chǎn)生的磁場(chǎng)為，其與軸夾角為，由線圈單獨(dú)產(chǎn)生的磁場(chǎng)為，其與軸夾角為，則二線圈同時(shí)作用下的磁場(chǎng)為，其與軸夾角為，根據(jù)矢量疊加原理，圖磁感應(yīng)矢量疊加原理圖當(dāng)然在這三種情況，線圈中的電流應(yīng)保持不變．則合矢量的大小等于根據(jù)式（l6.9）可知，探測(cè)線圈測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)與成正比，即上式中的各值可用測(cè)量值代替，即(A.7.14)如果測(cè)得的、、、和、之間滿足上二式的關(guān)系，則可認(rèn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度為矢量．實(shí)驗(yàn)過(guò)程1．測(cè)量載流圓線圈的磁場(chǎng)沿軸線的分布將坐標(biāo)紙平鋪在亥姆霍茲線圈裝置平臺(tái)上．在坐標(biāo)紙上標(biāo)定出、及點(diǎn)的位置，再標(biāo)出軸線的方向．按圖接線，將音頻信號(hào)發(fā)生器（使用功率輸出端）、線圈A和晶體管萬(wàn)用表（使用毫安擋）組成一串聯(lián)電路．信號(hào)頻率取，電流適當(dāng)取值（例如，取）．將探測(cè)線圈接到晶體管萬(wàn)用表的交流毫伏擋．從開(kāi)始，沿軸線方向每隔用探測(cè)線圈測(cè)一下（轉(zhuǎn)動(dòng)探測(cè)線圈，表指示值最大時(shí)）及磁場(chǎng)方向（轉(zhuǎn)動(dòng)探測(cè)線圈，在表指示值最小時(shí)，記下探測(cè)線圈與軸線方向的夾角值）．在軸線方向取12～15個(gè)測(cè)量點(diǎn)．要注意圓線圈中電流保持恒定：使用晶體管萬(wàn)用表測(cè)交流及電壓時(shí)，要先用較大量限，使用后要離開(kāi)交流擋．作曲線和曲線并進(jìn)行比較．2．圓電流周?chē)帕€的描繪將探測(cè)線圈的小鋼釘放在待測(cè)點(diǎn)的位置，用手按探測(cè)線圈，小銅釘就在坐標(biāo)紙上記下一個(gè)小圓點(diǎn)，表示待測(cè)點(diǎn)的位置，轉(zhuǎn)動(dòng)探測(cè)線圈使毫伏表達(dá)到最小值，用細(xì)鉛筆在坐標(biāo)紙上記下刻度盤(pán)零刻度的位置，拿走探測(cè)線圈，用鉛筆連結(jié)這兩個(gè)小圓點(diǎn)，小箭頭的方向就表示待測(cè)點(diǎn)磁場(chǎng)的方向，第二、第三……、諸點(diǎn)磁場(chǎng)的方向按上述方法進(jìn)行測(cè)量．實(shí)驗(yàn)要求在的象限內(nèi)測(cè)畫(huà)三條磁力線，線間分布盡量均勻并能覆蓋圖紙平面．3．驗(yàn)證磁場(chǎng)的疊加原理選擇亥姆霍茲線圈的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，在軸上、軸上和、平面上，分別任取一至二個(gè)考察點(diǎn)，先分別測(cè)出、線圈磁場(chǎng)的大小、