电磁学实验预备Word文件下载.docx
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而通过变换器如通过变压器与市电相联，再向电路输出电能的装置，同属电源，也有其额定输出电流值，或额定输出功率值，就是交流市电也是取自电网的电源。
实验室用的直流稳压电源、信号发生器等，均应避免输出端短路!
各种电气元件，如电容标有能承受最大的电压值，电阻标有能承受的最功率值，使用中如超过额定值，均将损坏或烧毁!
各种电气仪表有各自的功能和量程，功能使用错误或量程选择不当，如误将电流表并联接入电路，或用小量程测量大电量，都会造成仪表的损坏乃至烧毁!
实验中，电路联接错误，也将导致电器仪表的损坏!
A确保电路的连接正确无误。
B确保电器，仪表在额定值内运行
（3）几点安全操作规则
①接线前合理布置仪器，应符合安全可靠、接线短、少交叉、操作方便、观察、读数容易、检查方便，电源最后接入电路，拆除电路时首先拆除或关电源的规则。
②对于可调电路，开始电源置于零输出处，限流电阻置于最大，分压电阻置于分压为零处，电表选择较大量程，然后采取点触法通电，边调节边观察的方法，一遇示值超过满度，电源过载指示红灯亮，或有焦臭味等情况之一，应立即关断电源，进行检查，排除故障，再做实验。
③对超过安全电压的电路，操作时人体要注意可靠的绝缘，养成单手操作，一次只操作电路中一个点的习惯，一般不得带电操作。
④末经教师检查电路，不得擅自接通电源。
⑤实验结束后，待教师检查实验结果、验收仪器后，方能拆除电路，并整理仪器与用具，打扫场地。
对待电既不能怕，也不能盲目地不怕，一定要以科学的态度，严谨的作风去对待。
（4）电路联接的一般方法
（1）实验前必须看懂电路图，原理性电路图一般不能作为实验电路，必须用实验电路图。
（2）电路联接的一般方法：
A回路法：
接线前看清电路中的各个回路，接先负载后电源的顺序一个回路一个回路地联结，回路接完了，整个电路也接好了。
B节点法：
接线前看清电路中的各个节点，依上述顺序接好各个节点，节点接完了，整个电路也就接好了。
C接线时应用红色线或浅色线接电源正极，接高电位，用深色线接电源负极，接低电位。
2电磁学实验中的基本电器与误差计算
电磁学实验基础知识
电磁学实验是物理实验的一个重要组成部分，它的实验方法和测量技术在科学技术的发展上占有极其重要的地位。
通过实验，学习电磁学的一些基本物理量（如电流、电压、电阻电动势等）的典型测量方法，例如模拟法、伏安法、电桥法、补偿法、示波法等，使学生获得必要的电磁学实验知识以及实验技能的训练。
培养学生具有下述实验能力：
看懂电路图，能正确接线，会使用仪器进行测试，独立排除电路常见故障，处理数据，分析结果，编写实验报告以及按实验要求设计简单的线路等。
电磁学实验中所用到的仪器仪表，不同于其它实验的仪器仪表，其使用方法有一定的特点，测量数据的读取以及误差估计也有特定的方法，而且仪器的维护和检测等也有特有的规律。
下面先将实验中常用的基本仪器仪表进行介绍。
一．几种常用仪表介绍
1．直流电表
实验室用的直流电表大部分是磁电式电表，它由表头与扩程电阻两部分组成。
表头的作用是将通过它的电流变成指针或光点的偏转；
扩程电阻的作用是将超过表头量程的那部分电流（或电压）进行分流（或分压）。
1）表头：
它的内部构造如图3-0-1。
永久磁铁的两个极上连着圆筒形的极掌。
极掌之间有圆柱形铁芯，在极掌与铁心间的空隙处放有长方形线圈，它可以绕铁芯的轴偏转。
线圈转轴上附有一根指针。
当电流通过线圈时，线圈受电磁力矩而偏转，直到与游丝的反扭力矩平衡，线圈转角维持一定。
转角大小与所通过的电流大小成正比，电流方向不同，偏转方向也不同。
这是磁电式电表表头的基本特征。
表头的主要规格：
a.满度电流：
指针偏转指到满度时，线圈所通过的电流值。
以I
表示，一般表头满度电流为50μA，100μA，200μA，和1mA。
b.内阻：
主要指图3-0-1中偏转线圈的电阻。
以R
表示，表头内阻由几十欧姆至数千欧姆。
表头满度电流愈小，内阻愈大。
2）直流电压表（伏特表、毫伏表）
用来测量电路中两点间电压的大小，它是由磁电式表头串联适当的电阻组成。
如图3-0-2（a）所示，将表头和电阻R
串联以后，可将其量程扩大而成为电压表。
改变R
的数值，就可改变电压表的量程。
直流电压表的主要规格：
a.量程：
指针偏转满度时的电压值。
电压表常有多个量程。
例如量程写为0-1.5-3-7.5V，就表示电压表有三个量程。
电表两端之间的电阻。
由于对于同一块电压表，各量程的每伏欧姆数都相同，所以电压表的内阻常以每伏欧姆数（Ω/V）为单位，其数值等于表头内阻Ig的倒数,即1/I
=R/U。
各量程的内阻可用下式计算
内阻=量程×
每伏欧姆数
c.准确度等级：
用电表的基本误差的百分数表示电表的准确度等级。
例如一个0.5级的电表其基本误差为+0.5%。
用电表的准确度等级a及电表的量程Xm可以求出电表的最大允许误差ΔXm
ΔXm=a%·
Xm
电表的标度尺上所有分度线的基本误差都不超过ΔXm。
3）直流电流表（安培表、毫安表、微安表）
用来测量电路中电流的大小。
它是由磁电式表头并联适当电阻后，将其量程扩大而成为电流表。
如图3-0-2（b）所示，改变R
的数值，就可改变电流表的量程。
直流电流表的主要规格：
即指针偏转满度时的电流值。
一般安培表的内阻都在0.1Ω以下,毫安表、微安表内阻可达几百欧姆到几千欧姆。
c.准确度等级。
其规定与直流电压表的规定相同。
电表的使用及注意事项：
第一，正确选择电表的准确度等级和量程。
在使用电表时可根据电表的准确度等级求出测量值X的可能最大相对误差
r
=
=a%
由上式看出测量值X愈接近电表的量程X
，测量误差就愈接近电表准确度等级的百分数。
当被测量值比选用的电表量程小很多时，测量误差将会很大。
这点在使用电表时要特别注意。
例如：
一个0.5级,3V量程的电压表其基本误差为+0.5%,每个读数的最大误差不超过Δ
=3V×
0.5%=0.015V.测量电压时,当电压表的读数为3V时,测量的相对误差为0.015V/3V=0.5%。
而当电压表读数为2V时，测量的相对误差为0.015V/2V=0.75%。
在选用电表时不应片面追求电表的准确度等级愈高愈好，而应该根据被测量的大小及对误差的要求，对电表准确度的等级及量程进行合理选择。
为了充分利用电表准确度，被测的量应大于量程的三分之二。
这时电表可能出现的最大相对误差为
=a%
=1.5a%，
即测量误差不会超过准确度等级的百分数的1.5倍。
在不知道被测电流或电压大小的情况下，应选用电表的最大量程，根据指针偏转情况逐渐调到合适的量程。
第二，电表的接入方法：
电流表是用来测量电流的，使用时应当串接在被测电路中。
电压表是用来测量电压的，使用时应当并联在被测电压的两端。
第三，电表的正负极不能接反，以免损坏指针。
第四，在电表外壳上，有零点调节螺丝，见图3-0-1，通电前应检查并调节指针指零。
有镜面的电表，在指针的像与指针相重合时，所对准的刻度才是电表的准确读数。
读数时一般根据电表最小刻度可分的份数决定估读到最小刻度的1/4~1/10。
第五，使用电表时，由于正常工作条件得不到满足，如温度、湿度、工作位置等条件不合要求而引起仪表指示值的误差，叫附加误差，因此在使用电表时除了基本误差外，还往往有附加误差。
在使用电表时特别是比较精密的电表要注意工作条件，以减少附加误差。
2．旋转式电阻箱
实验室常用的旋转式电阻箱有ZX21型与ZX36型两种。
它们都是直流电阻箱，结构与使用方法大同小异。
ZX21型电阻箱的外型结构如图3-0-3所示。
旋转电阻箱上的旋钮，可以得到不同的电阻值。
下面以ZX21型电阻箱为例，说明它的规格及使用方法。
ZX21型电阻箱引入电阻的范围为0~99999.9Ω，最小步进值为0.1Ω。
额定功率为0.25W。
如×
100档，是指每个100Ω电阻的额定功率。
因此指示500Ω与600Ω允许通过的电流都是
I=
=0.05A
可见，电阻值愈大的档，允许通过的电流愈小。
过大的电流会使电阻发热，从而使电阻值不准确，甚至烧毁。
下表是ZX21型电阻箱各档最大允许电流。
表3-0-1ZX21型电阻箱各档最大允许电流
R/Ω
R×
10000
1000
100
10
1
0.1
I
/A
0.005
0.015
0.05
0.158
0.5
1.58
电阻箱读数为各档示值与倍率乘积之和。
根据电阻箱标称阻值的允许误差百分数。
例如ZX21型的电阻箱为0.1级，即在环境温度为20+8℃,相对湿度小于80%条件下，允许误差为0.1%;
若电阻为326Ω时，允许误差为0.1%×
326Ω=0.3Ω。
电阻箱旋钮的接触电阻依等级不同而不同。
ZX21型的每个电阻不大于0.002Ω。
在电阻值较大时，它引入的误差很小。
但在低电阻时，它引入的误差不可忽视。
为了减少接触电阻。
ZX21型电阻箱增加了低电阻接头（图3-0-3中的B和C接头）。
当电阻小于10Ω时，用A和C两个接头可使电流只流过×
1Ω和×
0.1Ω这两个旋钮，接触电阻限制在2×
0.002Ω=0.004Ω以下；
当电阻小于1Ω时，用A和B接头可使接触电阻小于0.002Ω。
允许误差和接触电阻误差之和就是电阻箱的主要误差。
电阻箱主要用于电路中需要准确电阻值的地方。
它还有可以很方便地改变阻值的优点。
但因为额定功率很小，一般不用它控制电路中较大的电流或电压。
3．
滑线变阻器
滑线变阻器的构造如图3-0-4所示。
电阻丝密绕在绝缘瓷管上，两端分别与固定在瓷管上的接线柱A和B相联。
电阻丝上涂有绝缘物，使圈与圈之间互相绝缘。
瓷管上方装有一根和瓷管平行的金属杆，一端联有接线柱C，杆上还套有接触器，它紧压在电阻圈上。
接触器与线圈接触处的绝缘物已被刮掉。
所以使接触器沿金属杆滑动就可以改变AC或BC之间的电阻。
认识变阻器的结构很重要。
为此，应把图3-0-4（a）和（b）中的A，B，C三点互相对照。
变阻器的规格：
全电阻：
即AB间电阻。
额定电流：
变阻器所允许通过的最大电流。
变阻器在电路中经常用来控制电流或电压。
用它可以联成制流电路和分压电路。
4．直流电源
直流电源是向电路提供电能，以维持电流稳恒的装置。
它有两个极，电势高的为正极，低的为负极，电路符号如图3-0-5所示。
1）晶体管稳压电源
这种电源的稳定性好，内阻小，输出连续可调，功率也比较大，使用时要注意它能输出的最大电压和电流。
2）干电池
干电池是将化学能转化为电能的装置。
在使用过程中其端电压会缓慢下降，长时间使用后内阻增大，端电压明显下降，必须更换。
干电池使用灵活方便，实验仪器如多用表等常用它做内部电源。
使用干电池应注意输出电流不可超过额定电流值，在较长时间不用的仪器要将内部的干电池取出，防止电池内液体流出而腐蚀仪器。
5．开关
开关是电路必不可少的元件，用以控制电路的通断或换接部分电路。
1）单刀单向开关
图3-0-6（a）为单刀单向开关的图形符号。
它用以控制电路的通断。
例如在图3-0-6（b）中K
作电源的开关,K
作为灵敏电流计的短路开关。
2）单刀双向开关
图3-0-7（a）为单刀双向开关的图形符号。
它用以换接电路。
例如，在图3-0-7（b）中，K投向A时电压表用来测量R
两端的电压，投向C时则用来测量电源E的输出电压。
3）双刀双向开关
图3-0-8（a）为双刀双向开关的符号。
它的两刀安装在绝缘胶木（或瓷）上，能一齐转动。
此种开关也是用作换接电路。
例如，在图中3-0-8（b），开关投向AA′边时R与交流电源F接通，而投向CC′边时则R与直流电源E接通。
4）双刀换向开关
图3-0-9（a）为双刀换向开关的图形符号。
它是将双刀换向开关的两对角点A、C′与A′、C分别用导线连接构成。
用以改变某部分电路电流的方向。
例如，在图3-0-9（b）中，开关投向AA′时，B端极性为正，B′端极性为负；
投向CC′时，B端极性为负，B′端极性为正。
这样，改变开关的投向时，通过R的电流方向也跟着改变。
电磁学实验电路的组成
1。
电源部分
在实验电路中，电源用来向电路提供电能。
它可分为交流电源与直流电源。
电源应能提供稳定的输出电压，交流电源输出电压的波形不能失真。
2。
控制调节部分
这部分用以控制电路的状态，例如可以用开关控制电路的通与断，在实验需要时还可改变电路的某些参量，例如调节分压器改变输出电压的大小，调节限流器改变电流的大小等。
3.测量指示部分
这部分用以测量某段电路的参量，例如，用电压表或电流表测量某部分电路的电压和电流等。
4.被研究部分
这部分可能只有一个元件，也可能由若干个元件组成。
图3-0-10是测量电阻伏安特性的实验电路，电路的4个组成部分用虚线框分开，这些部分依次为电源部分、控制调节部分、测量指示部分和被研究部分。
电磁学实验操作规程：
为了保障人身安全及仪器的安全使用，为了培养良好的实验习惯，请注意遵守下列操作规程：
1．课前预习，结合实验原理仔细分析电路，了解仪器的性能和使用方法，并按教师要求写出预习报告。
2．实验时，要在理解电路的基础上，考虑到安全、操作和方便，应先摆放好仪器，再联接电路。
联线时，应将电路分为主回路和支路，从电源一端开始时沿主回路按顺序进行，其次为支路；
主回路中必需有开关。
电源暂时不要接通，开关也要断开。
3．联好电路后，应按以下要求检查一遍：
电路联接是否正确，各接头是否接牢；
仪表的正负端是否接对；
量程是否合适；
电阻箱数值是否放对；
变阻器滑动端是否放在起始安全位置；
开关是否打开等。
自己检查无误，再请教师检查，经允许后才能接通电源进行实验。
4．接通电源、合开关时，应采用跃接法（轻合开关，立即断开），同时观察各仪表反应是否正常，一切正常后才能紧合开关。
实验过程中需要暂停、更换仪表、改换电路时，都应将各仪器调到安全位置，断开开关后再进行。
5．实验过程中若仪器有异常现象，如有发光、异声、冒烟或焦糊味等，都要立即断开电源开关，拔下电源插头，并请教师处理。
6．实验完毕，将仪表调到安全位置，断开开关，拔下电源插头。
请教师检查实验数据后，再拆线，将仪表、导线整理好，放回原处。
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