物理電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

物理電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)第一頁，共十七頁，2022年，8月28日【目的】根據(jù)已學(xué)電路知識能夠通過所提供電路元件自行設(shè)計(jì)出各種實(shí)驗(yàn)方案，并加以實(shí)施，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而達(dá)到鞏固和靈活運(yùn)用所學(xué)知識的目的?！局攸c(diǎn)】預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫?！倦y點(diǎn)】方案設(shè)計(jì)、誤差分析?！菊n題】

物理電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（3學(xué)時(shí)）第二頁，共十七頁，2022年，8月28日【背景知識】一、測量與誤差：誤差分析的目的就是評定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確或誤差，通過誤差分析，可以認(rèn)清誤差的來源及其影響，并設(shè)法排除數(shù)據(jù)中所包含的無效成分，還可進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。在實(shí)驗(yàn)中注意哪些是影響實(shí)驗(yàn)精確度的主要方面，這對正確地組織實(shí)驗(yàn)方法、正確評判實(shí)驗(yàn)結(jié)果和設(shè)計(jì)方案，從而提高實(shí)驗(yàn)的精確性具有重要的指導(dǎo)意義。誤差：測量值與真值之間的差值，真值即物理量所具有的客觀真實(shí)值。誤差分類：（1）系統(tǒng)誤差：在同一實(shí)驗(yàn)條件（實(shí)驗(yàn)方法、儀器、環(huán)境和實(shí)驗(yàn)人員都不變），多次測量同一量時(shí)，誤差的大小和符號保持不變，或者按一定的規(guī)律變化，這種誤差第三頁，共十七頁，2022年，8月28日叫系統(tǒng)誤差。包括：儀器誤差、方法誤差、個(gè)人誤差、環(huán)境誤差。（2）偶然誤差：在同一條件下，對某一量進(jìn)行測量時(shí)，即使排除了產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因，仍然會出現(xiàn)絕對值和符號都以不可預(yù)測的方式變化的誤差。（3）過失誤差：實(shí)驗(yàn)人員人為過失造成的、完全可以避免的誤差。二、常用電表的使用查看《新編大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》§2-6電磁測量儀器第四頁，共十七頁，2022年，8月28日【實(shí)驗(yàn)提供儀器】1.直流穩(wěn)壓電源0~15V可調(diào)2.萬用表3.電流表量程5、7.5、10、15、20、30(毫安)4.電壓表量程1.5、3、5、7.5、10、20(伏)5.直流檢流計(jì)6.雙蹤示波器7.信號發(fā)生器8.秒表9.實(shí)驗(yàn)箱成套設(shè)置

其中含有第五頁，共十七頁，2022年，8月28日

固定電阻：1、10、51、100（2個(gè)）、200、1K、2K、10K（2個(gè)）、1M(歐)滑線變阻:1K、10K、100K（歐）電容：0.022F、0.1F、1F、10F、470F（2個(gè)）電感線圈：10mH二極管（4個(gè)）、穩(wěn)壓二極管（6.2V）燈泡：12V/0.5A微安表：（0～100uA）電位器短接橋和連線導(dǎo)線實(shí)驗(yàn)用9孔插件方塊第六頁，共十七頁，2022年，8月28日【可做相關(guān)實(shí)驗(yàn)】電路元件伏安特性的測繪基本電路的測量基本儀器的使用電橋電路測電阻電表的改裝穩(wěn)壓電路整流濾波電路RC、RL、RLC暫態(tài)電路的研究原件參數(shù)的測量電路混沌效應(yīng)第七頁，共十七頁，2022年，8月28日

電路元件伏安特性的測繪一、儀器的選擇

圖1-1

圖1-2第八頁，共十七頁，2022年，8月28日

級別選擇：

根據(jù)基本誤差的大小，可把電表分為不同的準(zhǔn)確度等級。準(zhǔn)確度等級一般為0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5，5.0七級。目前已有0.05級電表出現(xiàn)。0.1級和0.2級表多用來作標(biāo)準(zhǔn)表校準(zhǔn)其它電表，0.5級多用于精確度較高的測量中。電表準(zhǔn)確度越高，測量誤差越小，但儀器也越容易損壞，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)誤差要求選擇合適的級別。

量程的選擇：

電表的相對誤差公式：

E=

第九頁，共十七頁，2022年，8月28日根據(jù)誤差公式得知工作狀態(tài)中電表的實(shí)際指示值越接近量程，電表帶來的誤差越小，所以一般要求電表實(shí)際指示值要達(dá)到滿偏刻度的2/3以上以此來減少電表帶來的誤差，但要注意不要超出所選量程。二、數(shù)據(jù)表格的制作要測繪各種元件的伏安特性曲線，一定要了解元件的特性，才能選擇正確的實(shí)驗(yàn)方法，適合的監(jiān)測電路，設(shè)計(jì)出合理的數(shù)據(jù)表格，得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論．1.線性電阻器的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，如圖1-1中a所示，該直線的斜率等于該電阻器的電阻值。第十頁，共十七頁，2022年，8月28日

2.

一般的白熾燈在工作時(shí)燈絲處于高溫狀態(tài)時(shí)，其燈絲電阻隨著溫度的升高而增大，通過白熾燈的電流越大，其溫度越高，阻值也越大，一般燈泡的“冷電阻”與“熱電阻”的阻值可相差幾倍至十幾倍，所以它的伏安特性如圖1-1中b曲線所示。3.一般的半導(dǎo)體二極管是一個(gè)非線性電阻元件，其特性如圖1-1中c曲線。正向壓降很小（一般的鍺管約為0.2～0.3V，硅管約為0.5～0.7V)，正向電流隨正向壓降的升高而急驟上升，而反向電壓從零一直增加到十多至幾十伏時(shí)，其反向電流增加很小，粗略地可視為零?？梢姡O管具有單向?qū)щ娦?，但反向電壓加得過高，超過管子的極限值，則會導(dǎo)致管子擊穿損壞。

第十一頁，共十七頁，2022年，8月28日

4.穩(wěn)壓二極管是一種特殊的半導(dǎo)體二極管，其正向特性與普通二極管類似，但其反向特性較特別，如圖1-1中d曲線。在反向電壓開始增加時(shí)，其反向電流幾乎為零，但當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值時(shí)(稱為管子的穩(wěn)壓值，有各種不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管)電流將突然增加，以后它的端電壓將維持恒定，不再隨外加的反向電壓升高而增大。

第十二頁，共十七頁，2022年，8月28日圖1-3元件伏安特性曲線第十三頁，共十七頁，2022年，8月28日

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格：1.測定線性電阻器的伏安特性

2.測定非線性白熾燈泡的伏安特性3.測定半導(dǎo)體二極管的伏安特性第十四頁，共十七頁，2022年，8月28日正向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反向特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)4.測定穩(wěn)壓二極管的伏安特性正向特性實(shí)驗(yàn)：第十五頁，共十七頁，2022年，8月28日反向特性實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1.測二極管正向特性時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出應(yīng)由小至大逐漸增加，應(yīng)時(shí)刻注意電流表讀數(shù)不得超過35mA。2.如果要測定2AP9的伏安特性，則正向特性的電壓值應(yīng)取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.21，0.24，0.30（V），反向特性的電壓值取0，2，4，……，10(V)。3.進(jìn)行不同實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先估算電壓和電流值，合理選擇儀表的量程，勿使儀表超量程，儀表的極性亦不可接錯(cuò)。第十六頁，共十七頁，2022年，8月28日

實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.根據(jù)各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別在方格紙上繪制出光滑