大學物理實驗講義

1、【精品文檔】如有侵權，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學習與交流大學物理實驗講義.精品文檔.實驗1 冷卻法測量金屬的比熱容根據(jù)牛頓冷卻定律用冷卻法測定金屬或液體的比熱容是量熱學中常用的方法之一。若已知標準樣品在不同溫度的比熱容，通過作冷卻曲線可測得各種金屬在不同溫度時的比熱容。本實驗以銅樣品為標準樣品，而測定鐵、鋁樣品在100時的比熱容。通過實驗了解金屬的冷卻速率和它與環(huán)境之間溫差的關系，以及進行測量的實驗條件。熱電偶數(shù)字顯示測溫技術是當前生產(chǎn)實際中常用的測試方法，它比一般的溫度計測溫方法有著測量范圍廣，計值精度高，可以自動補償熱電偶的非線性因素等優(yōu)點；其次，它的電量數(shù)字化還可以對工業(yè)生產(chǎn)自動化中的溫度量

2、直接起著監(jiān)控作用?！緦嶒災康摹?、用冷卻法測定金屬的比熱容；2、學習用熱電偶測量溫度的原理及方法。【實驗儀器】冷卻法金屬比熱容測量儀，銅康銅熱電偶，停表，冰塊等?！緦嶒炘怼繂挝毁|(zhì)量的物質(zhì)，其溫度升高1K(或1)所需的熱量稱為該物質(zhì)的比熱容，其值隨溫度而變化。將質(zhì)量為M1的金屬樣品加熱后，放到較低溫度的介質(zhì)（例如室溫的空氣）中，樣品將會逐漸冷卻。其單位時間的熱量損失（）與溫度下降的速率成正比，于是得到下述關系式： (2.1-1)(2.1-1)式中為該金屬樣品在溫度時的比熱容， 為金屬樣品在的溫度下降速率，根據(jù)冷卻定律有： (2.1-2)(2.1-2)式中為熱交換系數(shù)，S1為該樣品外表面的面積，

3、m為常數(shù)，為金屬樣品的溫度，為周圍介質(zhì)的溫度。由式(2.1-1)和(2.1-2)，可得 (2.1-3)同理，對質(zhì)量為M2，比熱容為的另一種金屬樣品，可有同樣的表達式： (2.1-4)由式(2.1-3)和(2.1-4)，可得：所以假設兩樣品的形狀尺寸都相同(例如細小的圓柱體)，即S1=S2；兩樣品的表面狀況也相同(如涂層、色澤等)，而周圍介質(zhì)(空氣)的性質(zhì)當然也不變，則有。于是當周圍介質(zhì)溫度不變(即室溫0恒定)，兩樣品又處于相同溫度時，上式可以簡化為： (2.1-5)如果已知標準金屬樣品的比熱容、質(zhì)量M1；待測樣品的質(zhì)量M2及兩樣品在溫度時冷卻速率之比，就可以求出待測的金屬材料的比熱容。幾種金屬

4、材料的比熱容見表1：表 1比熱容溫度CFe(cal/g)CA1(cal/g)Ccu(cal/g)）1000.1100.2300.0940【實驗儀器】 圖2.1-1 DH4603型冷卻法金屬比熱容測量儀本實驗裝置由加熱儀和測試儀組成。加熱儀的加熱裝置可通過調(diào)節(jié)手輪自由升降。被測樣品安放在有較大容量的防風圓筒即樣品室內(nèi)的底座上，測溫熱電偶放置于被測樣品內(nèi)的小孔中。當加熱裝置向下移動到底后，對被測樣品進行加熱；樣品需要降溫時則將加熱裝置移上。儀器內(nèi)設有自動控制限溫裝置，防止因長期不切斷加熱電源而引起溫度不斷升高。測量試樣溫度采用常用的銅康銅做成的熱電偶(其熱電勢約為)，測量扁叉接到測試儀的“輸入”端

5、。熱電勢差的二次儀表由高靈敏、高精度、低漂移的放大器放大加上滿量程為20mV的三位半數(shù)字電壓表組成。實驗儀內(nèi)部裝有冰點補償電器，數(shù)字電壓表顯示的mV數(shù)可直接查表換算成對應待測溫度值?！緦嶒瀮?nèi)容】開機前先連接好加熱儀和測試儀，共有加熱四芯線和熱電偶線兩組線。1、選取長度、直徑、表面光潔度盡可能相同的三種金屬樣品（銅、鐵、鋁）用物理天平或電子天平秤出它們的質(zhì)量M0。再根據(jù)MCuMFeMA1這一特點，把它們區(qū)別開來。2、使熱電偶端的銅導線(即紅色接插片)與數(shù)字表的正端相連；康銅導線（即黑色接插片）與數(shù)字表的負端相連。當樣品加熱到150(此時熱電勢顯示約為6.7mV)時，切斷電源移去加熱源，樣品繼續(xù)安

6、放在與外界基本隔絕的有機玻璃圓筒內(nèi)自然冷卻(筒口須蓋上蓋子)，記錄樣品的冷卻速率。具體做法是記錄數(shù)字電壓表上示值約從降到所需的時間(因為數(shù)字電壓表上的值顯示數(shù)字是跳躍性的，所以只能取附近的值)，從而計算。按鐵、銅、鋁的次序，分別測量其溫度下降速度，每一樣品應重復測量6次。因為熱電偶的熱電動勢與溫度的關系在同一小溫差范圍內(nèi)可以看成線性關系，即，式(2.1-5)可以簡化為：3、儀器的加熱指示燈亮，表示正在加熱；如果連接線未連好或加熱溫度過高(超過200)導致自動保護時，指示燈不亮。升到指定溫度后，應切斷加熱電源。4、注意：測量降溫時間時，按“計時”或“暫?！卑粹o應迅速、準確，以減小人為計時誤差。5

7、、加熱裝置向下移動時，動作要慢，應注意要使被測樣品垂直放置，以使加熱裝置能完全套入被測樣品?！緮?shù)據(jù)處理與分析】樣品質(zhì)量：Mcu= g； MFe= g； MA1= g。熱電偶冷端溫度： 樣品由4.36mV下降到4.20mV所需時間（單位為S）表 1 次數(shù)樣品123456平均值tFeCuA1以銅為標準：C1=Ccu=0.0940 cal/（g K）鐵： Cal/（g K）鋁： Cal/（g K）下面是一組實測的數(shù)據(jù)，來舉例數(shù)據(jù)的處理和分析。 樣品質(zhì)量：Mcu=9.549g； MFe=8.53g； MA1=3.03g。樣品由4.36mV下降到4.20mV所需時間（單位為S）表 2 次數(shù)樣品12345

8、平均值tCu(S)17.3317.7017.4217.7617.5717.56Fe(S)19.4019.5419.5219.3519.4419.45A1(S)13.8913.8213.8213.8313.8013.83以銅為標準：C1=Ccu=0.0940 cal/（gK）鐵： 鋁： * 以上數(shù)據(jù)僅供參考。附錄 銅康銅熱電偶分度表溫度（）熱電勢（mV）0123456789-10-0.383-0.421-0.458-0.496-0.534-0.571-0.608-0.646-0.683-0.720-00.000-0.039-0.077-0.116-0.154-0.193-0.231-0.269-

9、0.307-0.34500.0000.0390.0780.1170.1560.1950.2340.2730.3120.351100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111.6531.6951.7381.7801.8821.8651.9071.9501.992502.0352.0782.1212.1642.2072.2

10、502.2942.3372.3802.424602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.312803.3573.4023.4473.4933.5383.5843.6303.6763.7213.767903.8133.8593.9063.9523.9984.0444.0914.1374.1844.2311004.2774.3244.3714.4184.4654.5124.5594. 6074.6544.7011104.7494.7964.8

11、444.8914.9394.9875.0355.0835.1315.1791205.2275.2755.3245.3725.4205.4695.5175.5665.6155.6631305.7125.7615.8105.8595.9085.9576.0076.0566.1056.1551406.2046.2546.3036.3536.4036.4526.5026.5526.6026.6521506.7026.7536.8036.8536.9036.9547.0047.0557.1067.1561607.2077.2587.3097.3607.4117.4627.5137.5647.6157.6

12、661707.7187.7697.8217.8727.9247.9758.0278.0798.1318.1831808.2358.2878.3398.3918.4438.4958.5488.6008.6528.7051908.7578.8108.8638.9158.9689.0249.0749.1279.1809.2332009.286注意：不同的熱電偶的輸出會有一定的偏差，所以以上表格的數(shù)據(jù)僅供參考。思考題1 為什么實驗應該在防風筒（即樣品室）中進行？2 測量三種金屬的冷卻速率，并在圖紙上繪出冷卻曲線，如何求出它們在同一溫度點的冷卻速率？實驗2 用慣性秤測量質(zhì)量物理天平和分析天平是用來測量質(zhì)

13、量的儀器，但它們的原理都是基于引力平衡，因此測出的都是引力質(zhì)量，為進一步加深對慣性質(zhì)量概念的了解，本實驗使用動態(tài)的方法，測量物體的慣性質(zhì)量，以期與引力質(zhì)量作出比較【實驗目的】 1掌握用慣性秤測定物體質(zhì)量的原理和方法；2了解儀器的定標和使用?！緦嶒瀮x器】 慣性秤，周期測定儀，定標用標準質(zhì)量塊（共10塊），待測圓柱體?！緦嶒炘怼?根據(jù)牛頓第二定律，有，把同一個力作用在不同物體上，并測出各自的加速度，就能確定物體的慣性質(zhì)量。 常用慣性秤測量慣性質(zhì)量，其結構如圖1.3-1所示慣性秤由平臺(12)和秤臺(13)組成，它們之間用兩條相同的金屬彈簧片(8)連接起來。平臺由管制器(9)水平地固定在支撐桿上，

14、秤臺用來放置砝碼和待測物(5)，此臺開有一圓柱孔，該孔和砝碼底座(包括小砝碼和已知圓柱體)一起用以固定砝碼組和待測物的位置。圖1.3-1 慣性秤示意圖 當慣性秤水平固定后，將秤臺沿水平方向撥動1 cm左右的距離，松開手后，秤臺及其上面的物體將做水平的周期性振動，它們雖同時受到重力和秤臂的彈性恢復力的作用，但重力垂直于運動方向，對此運動不起作用，起作用的只有秤臂的彈性恢復力。在秤臺上的負荷不大，且秤臺位移很小的情況下，可以近似地認為秤臺的運動是沿水平方向的簡諧運動。設秤臺上的物體受到秤臂的彈性恢復力為，為秤臂的勁度系數(shù)，為秤臺水平偏離平衡位置的距離，根據(jù)牛頓第二定律，運動方程為： (1.3-1)

15、式中為空秤的慣性質(zhì)量，為秤臺上插入的砝碼的慣性質(zhì)量 其振動周期由下式?jīng)Q定 (1.3-2) 將式(1.3-2)兩側平方，改寫成 (1.3-3)當秤臺上負荷不大時，可看做常數(shù)，則上式表明慣性秤的水平振動周期的平方和附加質(zhì)量線關系。當測出已知附加質(zhì)量所對應的周期值，可作直線圖（圖1.3-2），這就是該慣性秤的定標曲線。圖1.3-2 慣性秤的曲線實驗中為避免計算，通常采用作圖法直接從曲線圖中查出待測物的慣性質(zhì)量。方法如下：先測出空秤(其慣性質(zhì)量)的水平振動周期，然后將具有相同慣性質(zhì)量的砝碼依次增加放在秤臺上，測得一組分別對應的振動周期，畫出相應的曲線圖，如圖1.3-2所示，測量某待測物的質(zhì)量時，只要將

16、它放在砝碼所在的位置上，測出其振動周期，從曲線上即可找出對應于的質(zhì)量，至于中包括的，它是慣性秤空秤的慣性質(zhì)量，是一個常數(shù)，在繪制曲線時，取作為橫坐標的原點，這樣作圖或用圖時就可以不必考慮了。慣性秤必須嚴格水平安置，才能得到正確的結果，否則，秤的水平振動將受到重力的影響，這時秤臺除受到秤臂的彈性恢復力外，還要受到重力在水平方向的分力的作用，為研究重力對慣性秤的影響，可以分兩種情況考慮： 1、慣性秤仍水平安置，將圓柱體用長為L的線吊在秤臺的圓孔內(nèi)，如圖1.3-3所示，此時圓柱體重量由懸線所平衡，不再鉛直地作用于秤臂上，若再讓秤振動起來，由于被測物在偏離平衡位置后，其重力的水平分力作用于秤臺上，從而

17、使秤的振動周期有所變化，在位移x與懸線長L(由懸點到圓柱體中心的距離)相比較小，而且圓柱體與秤臺圓孔間的摩擦阻力可以忽略時，作用于振動系統(tǒng)上的恢復力為()，此時振動周期為 (1.3-4)由(1.3-2)和(1.3-4)兩式可見，后一種情況下秤臂的振動周期T比前一種要小一些，兩者比值為 (1.3-5)圖1.3-4 秤臂鉛直安裝工作方式圖1.3-3 慣性秤水平放置工作方式 2、當秤臂鉛直放置時，秤臺的砝碼(或被測物)的振動亦在鉛直面內(nèi)進行，由于重力的影響，其振動周期也會比水平放置小，若秤臺中心至臺座的距離為l(圖1.3-4)，則振動系統(tǒng)的運動方程可以寫成 (1.3-6)相應地周期可以寫成 (1.3

18、-7)將式(1.3-7)與式(1.3-2)比較，有 (1.3-8)通過以上討論可以看出重力對實驗結果的影響【實驗內(nèi)容】 1、測定慣性秤水平放置時的定標曲線 (1)用水準儀校準慣性秤秤臂的水平，接好周期測定儀的連線，把周期測定儀的周期選擇開關撥在10個周期的位置上，然后接通電源。 (2)將慣性秤的秤臺沿水平方向稍稍拉開一小距離（約1cm左右），任其振動，測定空秤時時的周期，然后依次加上砝碼，測定所對應的周期，一直到將10個砝碼加完為止，將所測數(shù)據(jù)記入表一中。注意加砝碼時應對稱地加入，并且砝碼應插到盒底，使得砝碼的重心一直位于秤臺中心（重復測三次）。 2、待測圓柱體慣性質(zhì)量的測定取下10個砝碼，分

19、別將大圓柱體、小圓柱體放入秤臺圓孔中，測定慣性秤周期、（重復測三次），記入表二中，并將它們的引力質(zhì)量也記入表二中。3、研究重力對慣性秤測量精度的影響 (1)水平放置慣性秤，待測物（大圓柱體）通過長約50cm的細線鉛直懸掛在秤臺的圓孔中(注意應使圓柱體懸空，又盡量使圓柱體重心與秤臺中心重合)，此時圓柱體的重量由吊線承擔，當秤臺振動時，帶動圓柱體一起振動，測定其振動周期，將測量數(shù)據(jù)記入表二中。(2)垂直放置慣性秤，使秤在鉛直面內(nèi)左右振動，依次插入砝碼，測定相應質(zhì)量所對應的周期，將測量數(shù)據(jù)記入表三中?！緮?shù)據(jù)處理要求】1、根據(jù)表一數(shù)據(jù)，繪出慣性秤水平放置的定標曲線，分別由該直線的斜率（）、截距（）求出

20、慣性秤的勁度系數(shù)和空秤的有效質(zhì)量。2、根據(jù)表二數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法從定標曲線中查出大、小圓柱體的慣性質(zhì)量，并與它們的引力質(zhì)量進行比較，求出它們的相對誤差。3、研究重力對慣性秤測量精度的影響。(1)將所測周期與進行比較，說明二者為何不同。(2) 根據(jù)表三的數(shù)據(jù)，繪出慣性秤豎直平放置的曲線（與定標曲線繪在同一坐標上），將曲線與曲線進行比較，說明二者為何不同。4、研究慣性秤的線性測量范圍。與保持線性關系所對應的質(zhì)量變化區(qū)域稱為慣性秤的線性測量范圍。由式(1.3-2)可知，只有在懸臂水平方向的勁度系數(shù)保持為常數(shù)時才成立。當慣性秤上所加質(zhì)量太大時，懸臂將發(fā)生彎曲，值也將發(fā)生明顯變化，與的線性關系自然受到破壞。

21、按上述分析，根據(jù)慣性秤水平放置的曲線確定所用慣性秤的線性測量范圍。表一 為慣性秤定標(作曲線)i12345678910mi(g)表二 待測圓柱體的慣性質(zhì)量的確定引力質(zhì)量 = g，= g測量次數(shù)（大圓柱體）（小圓柱體）123表三 豎直放置慣性秤 (作曲線)i12345678910mi(g) 預習思考題1、處在失重狀態(tài)的某一個空間有兩個質(zhì)量完全不同的物體，你能用天平區(qū)分他們引力質(zhì)量的大小嗎？若用慣性秤，能區(qū)分它們的慣性質(zhì)量的大小嗎？2、說明慣性秤稱衡質(zhì)量的特點。3、如何由圖線求出慣性秤的勁度系數(shù)和空秤的有效質(zhì)量？可否用逐差法求出和？4、在測量慣性秤周期時，為什么特別強調(diào)慣性秤秤臺要調(diào)水平及振動時擺

22、幅不得太大？討 論 題1、能否設想出其它測量慣性質(zhì)量的方案？2、由式(1.3-2)可以得到，我們稱之為慣性秤的靈敏度，越大，秤的靈敏度越高，分辨微小質(zhì)量差mi的能力越強，不難看出，實際上就是曲線的斜率，試問：為了提高慣性秤的靈敏度，應注意哪幾點?實驗5 制流電路與分壓電路【實驗目的】 1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)結方法、性能和特點，學習檢查電路故障的一般方法；3熟悉電磁學實驗的操作規(guī)程和安全知識?！緦嶒瀮x器】 毫安計，伏特計，萬用電表，直流電源，滑線變阻器，電阻箱，開關，導線?！緦嶒炘怼?電路可以千變?nèi)f化，但一個電路一般可以分為電源、控制和測量三個部分。測量

23、電路是先根據(jù)實驗要求而確定好的，例如要校準某一電壓表，需選一標準的電壓表和它并聯(lián)，這就是測量線路，它可等效于一個負載，這個負載可能是容性的、感性的或簡單的電阻，以表示其負載。根據(jù)測量的要求，負載的電流值和電壓值在一定的范圍內(nèi)變化，這就要求有一個合適的電源?？刂齐娐返娜蝿站褪强刂曝撦d的電流和電壓，使其數(shù)值和范圍達到預定的要求。常用的是制流電路或分壓電路。控制元件主要使用滑線變阻器或電阻箱。 1. 制流電路 電路如圖1.6-1所示，圖中為直流電源；為滑線變阻器；為電流表；為負載；為電源開關。它是將滑線變阻器的滑動頭和任一固定端(如端)串聯(lián)在電路中，作為一個可變電阻，移動滑動頭的位置可以連續(xù)改變之間

24、的電阻，從而改變整個電路的電流。圖1.6-1 制流電路圖(1)調(diào)節(jié)范圍由： (1.6-1)當滑至點，負載處； 當滑至點， 。電壓調(diào)節(jié)范圍： ；相應的電流變化為 ： 。(2)制流特性曲線一股情況下負載中的電流為 (1.6-2)式中 ， 圖1.6-2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特點： 越大電流調(diào)節(jié)范圍越?。?l時調(diào)節(jié)的線性較好： 較小時(即)，接近0時電流變化很大，細調(diào)程度較差；不論大小如何，負載上通過的電流都不可能為零。(3)細調(diào)程度 圖1.6-2 制流電路曲線制流電路的電流是靠滑線電阻滑動端位置移動來改變的，最少位移是一圈，因此一圈電阻的大小就決定了電流的最

25、小改變量。因為 對微分 (1.6-3)式中為變阻器總圈數(shù)。從上式可見，當電路中的、確定后，與成正比，故電流越大，則細調(diào)越困難，假如負載的電流在最大時能滿足細調(diào)要求，而小電流時也能滿足要求，這就要使 變小，而不能太小，否則會影響電流的調(diào)節(jié)范圍， 圖1.6-3 二級制流電路圖所以只能使變大，由于大而使變阻器體積變得很大，故又不能增得太多，因此經(jīng)常再串一變阻器，采用二級制流，如圖1.6-3所示，其中阻值大，作粗調(diào)用，阻值小作細調(diào)用，一般取，但、的額定電流必須大于電路中的最大電流。2. 分壓電路 (1) 調(diào)節(jié)范圍分壓電路如圖1.6-4所示，滑線變阻器兩個固定端、與電源相接，負載圖1.6-4 分壓電路圖

26、接滑動端和固定端 (或)上，當滑動頭由端滑至端，負載上電壓由0變至，調(diào)節(jié)的范圍與變阻器的阻值無關。(2)分壓特性曲線 當滑動頭在任一位置時，兩端的分壓值為 (1.6-4)式中 ， ， 由實驗可得不同值的分壓特性曲線，如圖1.6-5所示從曲線可以清楚看出分壓電路有如下幾個特點： 不論的大小，負載的電壓調(diào)節(jié)范圍均可從0 ； 越小電壓調(diào)節(jié)越不均勻；越大電壓調(diào)節(jié)越均勻，因此要電壓在0到整個范圍內(nèi)均勻變化，則取比較合適，實際那條線可近似作為直線，故取即可認為電壓調(diào)節(jié)已達到一般均勻的要求了。圖1.6-5 分壓特性曲線(3)細調(diào)程度當K<<l時(即<<)，略去式(1.6-4)分母項中

27、的，近似有經(jīng)微分可得，最小的分壓量即滑動頭改變一圈位置所改變的電壓量，所以 (1.6-5)式中為變阻器總圈數(shù)，越小調(diào)節(jié)越不均勻。當時(即>>)，略去式(1.6-4)中的近似有對上式微分得，細調(diào)最小的分壓值莫過于一圈對應的分壓值，所以 (1.6-6)從上式可知，當變阻器選定后、均為定值，故當時為一個常數(shù)，它表示在整個調(diào)節(jié)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的精細程度處處一樣。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，則不宜取得過小。取即可兼顧兩者的要求。與此同時應注意流過變阻器的總電流不能超過它的額定值。若一般分壓不能達到細調(diào)要求可以如圖1.6-6將兩個電阻和串聯(lián)進行分壓，

28、其中大電阻用作粗調(diào)，小電阻用于細調(diào)。圖1.6-6 二段分壓電路圖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0 ，而制流電路電壓調(diào)節(jié)范圍較小，只能從 (2) 細調(diào)程度當時，在整個調(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??；負載上的電壓值小，能調(diào)得較精細，而電壓值大時調(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?；谝陨系牟顒e，當負載電阻較大，調(diào)節(jié)范圍較寬時選分壓電路；反之，當負載電阻較小，功耗較大，調(diào)節(jié)范圍不太大的情況下則選用制流電路。若一級電路不能達到細調(diào)要求，則可采用二級制流(或二段分壓)的方法以滿足細調(diào)要求。 【實驗內(nèi)容

29、】 1、仔細觀察電表和萬用表的度盤，記錄下度盤下側的符號及數(shù)字，說明其意義?說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別，如果該電阻箱的示值是400 時，它的最大容許電流是多少? 3、用萬用電表測一下所用滑線變阻器的全電阻是多少?檢查一下滑動端移動時，的變化是否正常? 4制流電路特性的研究 按圖1.6-1電路進行實驗，用電阻箱為負載，取(即)為0.1，確定=?根據(jù)所用的毫安計的量限和的最大容許電流，確定實驗時的最大電流及電源電壓值、注意， 值應小于最大容許電流。 聯(lián)結電路(注意電源電壓及取值，取最大值),經(jīng)指導教師復查電路無誤后，方可閉合電源開關(如發(fā)現(xiàn)電流過大要立即切斷源)，

30、移動點觀察電流值的變化是否符合設計要求。 移動變阻器滑動頭，在電流從最小到最大過程中，測量810次電流值及相應在標尺上的位置，并記下變阻器繞線部分的長度，以 (即)為橫坐標，電流為縱坐標作圖。 注意，電流最小時的標尺讀數(shù)為測量的零點。 其次，測一下在最小和最大時，移動一小格時電流值的變化。取，重復上述測量并繪圖。 5分壓電路特性的研究 按圖1.6-4電路進行實驗，用電阻箱當負載，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。 要注意如圖1.6-7所示，變阻器段的電流是和之和，確定值時，特別要注意段的電流是否大于額定電流。 移動變阻器滑動頭，使加到負載上的電壓從最小變到最大，在此

31、過程中，測量810次電壓值及點在標尺上的位置，用為橫坐標，為縱坐標作圖。圖1.6-7 分壓電路圖其次，測一下當電壓值最小和最大時，移動一小格時電壓值的變化。取，重復上述測量并繪圖?！緮?shù)據(jù)處理】1制流電路特性研究 測量次數(shù) 物理量12345678910表一 制流電路的測量表格(1) 當和時分別以 (即)為橫坐標，電流為縱坐標作圖，對制流電路的特性進行研究。(2) 測一下在最小和最大時，移動一小格時電流值的變化。2分壓電路特性研究 測量次數(shù) 物理量12345678910表二 分壓電路的測量表格(1) 當和時分別以(即)為橫坐標，電流為縱坐標作圖，對分壓電路的特性進行研究。(2) 測一下在最小和最大

32、時，移動一小格時電流值的變化。 (3) 試為測量某元件的伏安特性設計控制電路，已知元件的阻值。要求測量范圍為0.01到0.1。(4) 為校準伏特表安排控制電路。已知負載電阻(待校表與標準表內(nèi)阻的關聯(lián))R=1500,伏持表量程為15，等分100格。 (5) 實驗要求在一個電容器上加10V電壓。誤差不大于0.1，試為它設計控制電路。 (6) 從制流和分壓特性曲線求出電流值(或電壓值)呈線性變化時?；€電阻的阻值?！舅伎碱}】1、現(xiàn)有一只量程為的1.0級電壓表，最小分度為0.01，指針指在正中。試問該電表如何讀數(shù)?其誤差又為多少? 2、型電阻箱的準確度為0.1級，若示值為9563.5，試計算它的誤差。

33、它的額定電流值，若示值改為0.8，試計算它的誤差?若改為、端輸出。試計算它的誤差？最大額定電流為多少？3、“制流電路是用來控制電路的電流，分壓電路是用來控制電路的電壓”這種想法對嗎?4、以下電路正確嗎？若有錯誤說明原因，并改正之。實驗6 電阻元件伏安特性的測量【實驗目的】1驗證歐姆定律；2掌握測量伏安特性的基本方法；3學會直流電源、電壓表、電流表、電阻箱等儀器的正確使用方法。【實驗儀器】型電阻特性實驗儀 1臺、專用連接線10根、電源線1根、保險絲(1，已在電源插座中)2根、待測二極管、穩(wěn)壓二極管、小燈泡各2只。【實驗原理】1電學元件的伏安特性 在某一電學元件兩端加上直流電壓，在元件內(nèi)就會有電流

34、通過，通過元件的電流與端電壓之間的關系稱為電學元件的伏安特性。在歐姆定律式中，電壓U的單位為伏特，電流I的單位為安培，電阻R的單位為歐姆。一般以電壓為橫坐標和電流為縱坐標作出元件的電壓電流關系曲線，稱為該元件的伏安特性曲線。圖1.7-1 線性元件的伏安特性 圖1.7-2 非線性元件的伏安特對于碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻等電學元件，在通常情況下，通過元件的電流與加在元件兩端的電壓成正比關系變化，即其伏安特性曲線為一直線。這類元件稱為線性元件，如圖1.7-1所示。至于半導體二極管、穩(wěn)壓管等元件，通過元件的電流與加在元件兩端的電壓不成線性關系變化，其伏安特性為一曲線。這類元件稱為非線性元件，如圖

35、1.7-2所示為某非線性元件的伏安特性。 在設計測量電學元件伏安特性的線路時，必須了解待測元件的規(guī)格，使加在它上面的電壓和通過的電流均不超過額定值。此外，還必須了解測量時所需其它儀器的規(guī)格(如電源、電壓表、電流表、滑線變阻器等的規(guī)格)，也不得超過其量程或使用范圍。根據(jù)這些條件所設計的線路，可以將測量誤差減到最小。2實驗線路的比較與選擇a 電流表內(nèi)接 b 電流表外接圖1.7-3 電流表的內(nèi)、外接線路在測量電阻的伏安特性的線路中，常有兩種接法，即圖1.7-3 (a)中電流表內(nèi)接法和圖1.7-3 (b)中電流表外接法。電壓表和電流表都有一定的內(nèi)阻(分別設為和)。簡化處理時直接用電壓表讀數(shù)除以電流表讀

36、數(shù)來得到被測電阻值，即，這樣會引進一定的系統(tǒng)性誤差。當電流表內(nèi)接時，電壓表讀數(shù)比電阻端電壓值大，即有 (1.7-1)當電流表外接時，電流表讀數(shù)比電阻R中流過的電流大，這時應有 ( 1.7-2) 在(1.7-1)式和(1.7-2)式中，和分別代表安培表和伏特表的內(nèi)阻。比較電流表的內(nèi)接法和外接法，顯然，如果簡單地用值作為被測電阻值，電流表內(nèi)接法的結果偏大，而電流表外接法的結果偏小，都有一定的系統(tǒng)性誤差。在需要作這樣簡化處理的實驗場合，為了減少上述系統(tǒng)性誤差，測量電阻的線路方案可以粗略地按下列辦法來選擇： (1) 當 ,且較大得不多時，宜選用電流表外接； (2) 當 ，且和相差不多時，宜選用電流表內(nèi)

37、接； (3) 當 ，且時，則必須先用電流表內(nèi)接法和外接法測量，然后再比較電流表的讀數(shù)變化大還是電壓表的讀數(shù)變化大，根據(jù)比較結果再決定采用內(nèi)接法還是外接法，具體方法見本實驗的實驗內(nèi)容第2點的第(3)小點。如果要得到待測電阻的準確值，則必須測出電表內(nèi)阻并按(1)和(2)式進行修正，本實驗不進行這種修正?！緦嶒瀮?nèi)容】1、測定線性電阻的伏安特性，并作出伏安特性曲線，從圖上求出電阻值a 電流表的內(nèi)接 b 電流表的外接圖1.7-4 判斷電流表的內(nèi)、外接線路(1) 按圖1.7-4接線，其中 電阻。(2) 依此選擇電源的輸出電壓檔為，電流表和電壓表的量程分別為和，分壓輸出滑動端置于端（為什么？注意本實驗中端皆

38、指接于電源負極的公共端）。然后自己復核電路無誤后，請教師檢查。(3) 選擇測量線路。按圖1.7-4()連接線路并合上 ，調(diào)節(jié)分壓輸出滑動端使電壓表(可設置電壓值)和電流表有一合適的指示值，記下這時的電壓值和電流值，然后，再按圖1.7-4()連接線路并合上 ，調(diào)節(jié)分壓輸出滑動端使電壓表值不變，記下和。將、與、進行比較，若電流表示值有顯著變化(增大)，便為高阻(相對電流表內(nèi)阻而言)則采用電流表內(nèi)接法。若電壓表有顯著變化(減小)，即為低阻(相對電壓表內(nèi)阻而言)，則采用電流表外接法。按照系統(tǒng)誤差較小的聯(lián)接方式接通電路(即確定電流表內(nèi)接還是外接)。但若無論電流表內(nèi)接還是外接，電流表示值和電壓表示值均沒有

39、顯著變化，則采用任何一種聯(lián)接方式均可(為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象？)。 (4) 選定測量線路后，取合適的電壓變化值(如變化范圍，變化步長為)，改變電壓測量8個測量點，將對應的電壓與電流值列表記錄，以便作圖。2、測定二極管正向伏安特性，并畫出伏安特性曲線 (1) 聯(lián)線前，先記錄所用晶體管型號和主要參數(shù)(即最大正向電流和最大反向電壓)。然后用萬用表歐姆檔測量其正反向阻值，從而判斷晶體二級管的正負極(萬用表處于歐姆檔時，負筆為正電位，正筆為負電位。指針式、數(shù)字式則相反)。 想一想如何利用它判別二極管的正負極？還有其它判別二極管極性的辦法嗎？圖1.7-5 測量二極管正向特性與實驗接線圖在本實驗中，我們實際

40、上可以直接根據(jù)在二極管元件上的標志來判斷其正反向(正負極)的。(2) 測量晶體二極管正向特性： 因為二極管正向電阻小，可用圖1.7-5所示的電路，圖中為保護電阻，用以限制電流。避免電壓到達二極管的正向?qū)妷褐禃r，電流太大，損壞二極管或電流表。接通電源前應調(diào)節(jié)電源使其輸出電壓為左右，并將分壓輸出滑動端置于端(這與圖1.7-4是一樣的)。然后緩慢增加電壓，如取、(到電流變化大的地方，如硅管約可適當減小測量間隔)，讀出相應電流值，將數(shù)據(jù)記入相應表格。最后關斷電源(此實驗硅管電壓范圍在以內(nèi)，電流應小于最大正向額定電流，可據(jù)此選用電表量程。表格上方應注明各電表量程及相應誤差)。 【數(shù)據(jù)處理】1、 線性

41、電阻伏安特性的測定2、測量線路的選擇及誤差分析電壓表準確度等級，量程電流表準確度等級，量程表一 測量線路的選擇及誤差分析電流表內(nèi)接電流表外接 表一中、的計算公式如下：其中，為測得值；，為測得值。由此可見，使電表讀數(shù)盡可能接近滿量程時，測量電阻的準確度高。 將、與、 進行直接比較，可以確定電流表內(nèi)接還是外接。本實驗可以作進一步分析。3、 電阻伏安特性測定 表二 電阻伏安特性測定測量序數(shù)12345678數(shù)據(jù)處理要求： (a) 按上表數(shù)據(jù)進行等精度作圖（復習等精度作圖規(guī)則）。以自變量為橫坐標，應變量為縱坐標，且據(jù)等精度原則選取作圖比例尺。例如電壓表準確度 ，則，即測量的電壓值中小數(shù)點后第一位（十分位

42、）是可信值，而百分位為可疑數(shù)，故作圖時橫軸的比例尺應為。同理，可定出縱軸代表多少 。(b) 從圖上求電阻值。在圖上選取兩點和(不要選與測量數(shù)據(jù)相同的點，且、點盡可能相距遠一些，請思考為什么？)，由下式求出值。4、 二極管正、反向伏安特性曲線測定表三 二極管正、反向伏安特性曲線測定測量序數(shù)12345678數(shù)據(jù)處理要求：按上表數(shù)據(jù)進行等精度作圖，畫出二極管正向伏安特性曲線?！咀⒁馐马棥?l、為保護直流穩(wěn)壓電源，接通與斷開電源前均需先使其輸出為零，然后再接通或斷開電源開關。輸出調(diào)節(jié)旋鈕的調(diào)節(jié)必須輕、緩。 2、更換測量內(nèi)容前，必須使電源輸出為零，然后再逐漸增加至需要值否則元件將會損壞。3、測定穩(wěn)壓管伏

43、安特性曲線時，不應超過其最大穩(wěn)定電流。4、測定小電珠的伏安特性曲線時，注意所加的電壓不得超過其額定電壓和額定功率?！舅伎碱}】1、電流表或電壓表面板上的符號各代表什么意義？電表的準確度等級是怎樣定義的？怎樣確定電表讀數(shù)的示值誤差和讀數(shù)的有效數(shù)字？圖1.7-6 變阻器的限流接法2、滑線變阻器在電路中主要有幾種基本接法？它們的功能分別是什么？在圖4.72-4和圖1.7-6的線路中滑線變阻器各起什么作用？在圖1.7-6中，當滑動端移至或時，電壓表讀數(shù)的變化與圖4.72-4中移動點時的變化是否相同？3、級的電壓表表面共有60分格，如以為單位，它的讀數(shù)應讀到小數(shù)點后第幾位？級的毫安表表面共有50分格，如以

44、為單位，它的讀數(shù)又應讀到小數(shù)點后第幾位？4、有一個級、量限為的電流表，它的最小分度值一般應是多少？最大絕對誤差是多少？當讀數(shù)為，此時的相對誤差是多少？若電表還有的量程，上列各項分別是多少？5、用量程為的電壓表和的電流表測量額定電壓為，額定電流為的小電珠的伏安特性，電壓表和電流表應選哪一量程？若欲測另一額定電壓力為的小電珠，額定電流不知道，這時電壓表和電流表的量程如何選??？6、提供下列儀表：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；滑線變阻器及各一只； 級多量程電流表；級多量程電壓表；待測電阻一只；待校 級電壓表一只。已知電表內(nèi)阻電流表 量程 內(nèi)阻電壓表 量程內(nèi)阻 (1) 設計一個伏安法測電阻的控制電路，待測電阻，電流

45、表內(nèi)接，電流調(diào)節(jié)范圍 ，畫出電路，并注明電路中各元件的參數(shù)。(2) 設計一個校正電壓表的控制電路，待校表量程，內(nèi)阻，畫出電路，并注明電路中各元件的參數(shù)?！靖戒洝縁B321型電阻元件特性實驗儀使用說明一、實驗儀概述本實驗儀由直流穩(wěn)壓電源、可變電阻器、電流表、電壓表及被測元件等五部分組成，電壓表和電流表采用四位半數(shù)顯表頭，可以獨立完成對線性電阻元件、半導體二極管、鎢絲燈泡等電學元件的伏安特性測量。必須合理配接電壓表和電流表，才能使測量誤差最小，這樣可使初學者在實驗方案設計中，得到鍛煉。二、直流穩(wěn)壓電源技術指標1、輸出電壓：、兩檔(連續(xù)可調(diào)) 2、負載電流：3、輸出電壓穩(wěn)定性：優(yōu)于 4、輸出波紋：5

46、、負載穩(wěn)定性：優(yōu)于 6、輸出設有短路和過流保護電路，輸出電流 7、輸出電壓調(diào)節(jié)：分粗調(diào)、細調(diào)、配合使用 8、輸入電源： ,耗電三、電阻箱結構和技術指標1、整機結構可變電阻箱由(010)×1000，(010)×100和(010)×10三位可變電阻開關盤構成，如下圖4.72-72、技術指標1) 電阻變化范圍：011100，最小步進量10；2) 電阻的功耗值：(110)×1000，0.5；(110)×100，1；(110)×10，5。3、使用說明1) 作變阻器使用0號和2號端之間電阻等于三個位電阻盤電阻值之和，電阻值為011100，最小步進

47、值為10。0號和1號或1號和2號端子間電阻值分別為01100最小步進量10及010000步進量1000。圖1.7-7 型 電阻元件伏安特性實驗儀整機面件圖2)構成分壓器當電源正極接于2號端子，負極接于0號端子，從0號端1號端子上獲得電源電壓的分壓輸出,由電壓表顯示出分電壓值。其接線圖見圖4.72-8。由圖1.7-8得 式中分壓電壓輸出值，電源電壓， ：是×1000電阻盤示值電阻，可由電阻盤旋鈕調(diào)節(jié)阻值；：×100與×10電阻盤總電阻，1100；圖1.7-8 型 分壓電路接法，電壓表顯示分電壓四、電壓表1) 滿量程電壓： 、，量程變換由調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開關完成。2) 表頭最

48、大顯示：199993) 各量程內(nèi)阻值：見表一表一 電壓表各量程內(nèi)阻值電壓表量程電壓表內(nèi)阻五、電流表；表頭參數(shù)1) 滿量程電流：、，量程變換由調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開關完成。2) 各量程內(nèi)阻：見表23) 表頭最大顯示：19999 表二 電流表個量程內(nèi)阻值 電流表量程電流表內(nèi)阻六、被測元件1、儀器設計時，被測元件采用標準化插件方式接入儀器，使用和更換待測元件十分便利，而且用戶可根據(jù)實驗需要增加測試內(nèi)容。隨機測件參數(shù)：1) ：金屬膜電阻器，安全電壓：；2) ：金屬膜電阻器，安全電壓：；3) 二極管，最高反向峰值電壓10V，正向最大電流(正向壓降)4) 穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓，最大工作電流，工作電流時動態(tài)電阻為 ，正向壓降

49、。5) 鎢絲燈泡：冷態(tài)電阻為左右（室溫下），時熱態(tài)電阻左右，安全電壓。2、被測元件安全性說明1) ，兩只電阻的安全電壓都是按額定損耗值的 計算所得，本實驗儀直流穩(wěn)壓電源電壓為，因此這兩只電阻在作特性測量時，不加任何限流電阻或分壓、降壓措施，都是安全的。2) 穩(wěn)壓管和二極管的正向特性大致相同，測量時要限制正向電流，一般不要超過正向額定電流值的75% ，正向最大電流按給定的工作電流。穩(wěn)壓管反向擊穿電壓即為穩(wěn)壓值，此時要串入電阻箱限制工作電流不超過最大額定工作電流（例如不超過），否則穩(wěn)壓二極管將從齊納擊穿轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡孓D(zhuǎn)的熱擊穿，此時穩(wěn)壓二極管將損壞！3) 鎢絲燈泡冷態(tài)電阻較低，約，如果電壓增加太快,

50、容易造成過載，提高電壓時測反向特性，同樣在電流變化迅速區(qū)域電壓間隔應取得密一些：4) 測量小電珠的伏安特性曲線。 測試電路與實際步驟，由實驗者自行設計。要緩慢一些，避免燈絲燒毀。實驗9 長度測量用米尺測量物體的長度時，雖然可以測到十分之一毫米，但是最后一位是估計的。在實際長度測量中，常需要將被測物的長度測量到1/10乃至1/100毫米，這不是單純用米尺能做到的。為了提高長度測量的精度，設計制造了多種裝置，游標和螺旋是其中常見的兩種?！緦嶒災康摹?1練習使用測量長度的幾種常用儀器。 2練習作好記錄和誤差計算?！緦嶒瀮x器】游標卡尺、螺旋測微計、讀數(shù)顯微鏡、被測物（滾珠、圓柱、鋼絲）?！緦嶒炘怼?. 游標卡尺游標卡尺是比米尺更精密的測量長度的工具，它的精度比米尺高出一個數(shù)量級。游標卡尺的結構如圖1.1-1 所