电磁学实验教学指导书

10电磁学试验目的要求：1、学习把握电磁学中根本物理量的测量方法；2、把握常用电磁学仪器的原理、性能和使用方法；3、学会分析电磁学试验中的根本电路，具备初步的分析、排解电路故障的力量，能娴熟的连结试验电路；4、学习进展电磁学试验的误差分析和不确定度评定的根本方法，提高数据处理的力量；5、养成良好的试验习惯和严谨的科学作风，实事求是的科学态度。提高初步的试验力量，操作技能。电磁学试验教学要求〔写试验报告〕三个教学环节。有权制止其进展操作。节约时间，简洁检查故障和避开仪器的损坏，削减测量误差等。将常用的开关放在最便利的地方，安培表、伏特表放在近前正对自己。2、将有电源的回路作为根本回路，连线时从电源正极动身，最终回到电源负极。以根本回路为根底进展扩展，再将其它回路一一连上。3、使用仪表要留意正负极，正极接到电源正极或电势较高的一端，负极接原则变化。处，接通后逐步转变电阻大小，以免电流过大而烧坏仪表。5、电路接好后，自己先检查一遍，无误后再经教师检查确认无误后再和开6、中途转变电路或元件，要按要求断电操作。再拆其他仪器。最终将仪器导线整理好方可离开试验室。试验操作过程中，要求学生依据所选仪器的准确度按有效数字记录试验数发生的现象。试验根本功训练的重要组成局部，同时为学生将来撰写科研论文打下良好的根底。试验报告的具体要求是：1、试验目的：注明本试验的根本要求2、试验仪器：反映本试验所选仪器的型号、规格。包括公式、测量方法、原理图、线路图等。4、试验内容及步骤：简明扼要写清主要步骤。误差，最终将结果写成标准形式。6、对试验观看到的现象及问题进展争论，答复思考题，提出改进试验的合理化建议电磁学试验常用方法电路以及暂态电路。电磁学试验常用的方法有：接地测量被模拟的静电场，这种方法叫作模拟法。另一个稳态，这时可以用矩形脉冲信号模拟开关的闭合与断开。压〔或电流〕的变化关系。用待测电阻与标准电阻进展比较的方法，从而测得被测电阻叫做电桥比较电阻准确度较高。电桥法可以测量直流电阻、沟通阻抗〔电感、电容进展非电量的间接测量。才能提高测量的准确度。比较法原理性强、精度高，但操作简单。来测量电压，校准电压表。频率及相位等。直观形象，动态感较强。叫感应法。得好与坏，用此方法可测定电容、电感、电容损耗及回路的品质因数等。常用电学仪表的系统误差、0.5、1.0、1.5、2.55.0们用来表示仪表一次测量的系统误差不能超过的界限。仪表的相对额定误差的定义是A max100%N A其中Amax

NN

是仪表量程。仪表的准确度就是依据N

确定的，例如0.5级的仪表，表示在正常状况下使用时，其相对额定误差不超过0.5%。用仪表测量某一参量时，最大相对误差为A maxA

max100%A测将 N

max100%代入得ANN ANmax NA测量的大小，同时兼顾级别和量程的合理性。1、电桥故准确度较高。试验室型的电桥准确度等级分为0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、测量值的最大相对误差不超过0.2。假设该电桥测得一电阻值为868.2，那么该测量值的最大确定误差为R868.20.2%2.0max测量结果的标准表达式为R(868.22.0)2、电位差计电位差计的等级目前有0.005、0.01、0.02、0.05、0.1和0.2六个等级。0.2，则其测量的最大确定误差为V0.2%1.7100.004Vmax3、标准电阻箱、标准电容箱、标准电感箱其准确度表示示值的相对误差，示值确实定误差为R示值例一准确度0.2R2023，则该示值确实定误差为R0.2%20234试验一 伏安法测二极管特性1、把握用伏安法测量电阻。2、了解非线性元件并用图线表示测量结果。3、学习依据被测电阻大小正确选择安培计的连接方法。〔2AP小灯泡、开关、导线。、测量二极管的正向特性。2、测量二极管的反向特性。3、测量小灯泡的伏安特性曲线〔选作。特性曲线为曲线，该元件称为非线性元件，二极管、三极管都是非线性元件。NPPN1-1图1-1 图1-2 图1-31-21-31-41-4种，马上安培计内接或外接，选择正确的接法，可以减小测量误差。1、安培计内接1-5Rx

Ix

V不是Vx

，而是Vx

V，即由于安培计的内阻不为零，给电压的测量带来了误差，ARx

偏大，即：V V V RI xIx x

AR R x A x

RA)x

R为安培计内阻，A R

Ax电表造成的误差，叫做接入误差。当R R时，接入误差可无视不计。因此，A x在测量较大电阻时，宜承受安培计内接的方法。图1-5 图1-62、安培计外接如图1-6所示伏特计测出的是V但安培计测出的I不是I而是I I ，x x x V小，即：V V V V I Rx x x x)I I Ix V

x

I I I x RIV) x x Vx当待测电阻比较小〔Rx

R〕时，宜承受安培表外接的方法。V1、二极管正向特性测定用万用表欧姆档推断被测二极管的正反向。A通过二极管的电流随电压的变化，通过观看确定测量范围，即电压和电流的调整范围。 图1-7取得疏一些，在电流变化快速区，电压间隔取得密一些。2、二极管反向特性测定A定性观看被测二极管反向特性。电源电压不测试反向特性时电压的调整范围。 图1-8测试反向特性。3、测量小灯泡的伏安特性曲线试验者自行设计测试电路及试验步骤。1、数据记录表1：二极管正向特性测定V(v)V(v)I(mA)V(v)V(v)I(A)正、反向坐标轴取不同单位。3、由正向特性曲线计算V0.25V和V0.35V时二极管的电阻，并由误差公式计算其系统误差：RV RVR

1RII RI

VI2

1(kI

量程

V(kI2

量程)其中kVkI为电流表级别。最终将结果写成标准表达式。压不得超过其反向击穿电压〔数值由试验室给出。2、测定小灯泡的伏安特性曲线时，所加的电压不得超过其额定电压。1、怎样推断二极管的正、反向？对它进展测量时，应留意什么？2、说明测二极管正向特性电流表外接、测反向特性电流表内接的缘由。在试验中是否允许改换？4、画出测小灯泡伏安特性曲线的测试电路，写出试验步骤。5、什么是电表级别？它与准确度关系如何？如何正确选择电表的量程？试验二 电表改装1、把握两种测量表头内阻的方法。2、把握将表头改装成电流表和电压表的原理和方法。3、学会电表的校准方法。FB3081、用半偏法或替代法测量表头的内阻R 。g、将微安表改装为电流表并校准。3、将微安表改装为伏特表并校准。程。1、电流表的扩程承受并联电阻的方法，可以扩大表头的电流量程，如图3-1所示，在表头的Rp

Rp

Rp

组成的Rp

称为分流电阻。假设表头的满度电流为Ig

，内阻为Rg

，扩程

I为量程扩大倍数，则：Ig1R R

〔2.1〕p n1 g2、电压表的扩程3-2Rs

，使超过表头能承受的那局部电压降Rs

上。表头和串联电阻Rs

组成的整体就是电压表，串联的电阻R称为s扩程电阻。大小为：UU UR s Ig

RI g

〔2.2〕 图2-1 图2-23、电表的校准扩程后的电表必需经过校准才能使Ix

(U Ix

s出 它 们 的 差 值I Ix

I(Ux

U Us

)，画出校准曲线。校准曲线画法如图3-3所示，以I(Ux

为横坐标，以Ix

(U

)为纵坐标， 图2-3x作出校准曲线，两个校准点之间用直线连接。1、用半偏法或替代法测表头内阻用半偏法测表头内阻E调至0V。2-4ERW

、被改装表和标准表后，调整E 图2-4和R 使改装表头满偏，登记标准表的读数，即为改装表头的满偏电流I 。W gR2

R2

ERW

，使被测表头指针由满偏减为半偏，标准电流表的读数保持不变，这时RR。2 g用替代法测表头内阻E调至0V。2-5ERW

、被改装表和标准表后，调 图2-5ERW

使改装表头满偏，登记标准表的读数，即为改装表头的满偏电流I 。g断开接到改装表头的接线，转接到电阻箱R，转变R数值，使标准电流表2 2RR。2 g2、电流表的改装与校准校准零点：调整好表头零点。EE调至0V。确定电流表量程，依据2.1式计算出分流R。p按图2-6接好电流表校准线路。 图2-6ERW

和分流电阻Rp

，使标准表指示为满量程时，扩程表指示也为满量程。校准刻度：调整ERW

，按肯定间隔逐步减小改装表读数直至零，再按原间隔逐步增大到满量程，读出标准表的相应读数。3、电压表的改装与校准校准零点：调整好表头零点。EE0V。2.2R。s按图2-7接好电压表校准线路。E、扩程电阻Rs

，使标准 图2-7表指示为满量程时，扩程表指示也为满量程。校准刻度：调整E，按肯定间隔逐步减小改装表读数直至零，再按原间隔逐步增大到满量程，读出标准表的相应读数。1、数据记录1：满偏电流和表头内阻试验方法试验方法满偏电流I 〔A〕gR〔〕g2：电流表的改装与校准I mARp

= ，试验值R= pII(mA)x减小时I (mA)s增大时平均值I I I(mA)x s x3：电压表的改装与校准U VRs

= ，试验值R= sU U x减小时U(V)s增大时平均值U U U x s x2Ix

Ix

为纵坐标，在坐标纸上作出电流表的校准曲线，并确定改装表的准确度等级。3、以Ux

Ux

Ux

U 曲线，并确定改x装表的准确度等级。尽，并尽可能避开工作电源短路，以免造成仪器元器件等不必要的损失。准插孔，避开使插头的塑料护套变形。3、被改装表头只允许通过100 A的小电流，过载时会损坏表头，认真检查线路和电路参数无误后才能将改装表头接入使用。4、R 作为限流电阻，阻值不要调至最小值。W5、被校表选整刻度，读出标准表的相应读数。欧姆定律来进展测定？能否用电桥来进展测定？为什么？3、为什么校正电表时读数要从大到小一次，从小到大再作一次？4、标准表的级别应如何选择？试验三 静电场的描绘试验目的学习用模拟法争论静电场的方法。描绘静电场的等位线和电场线。静电场描绘仪DZ-3、AC-12测绘同轴柱形电容器的电场分布。〔选做〕静电场可用空间各点的电场强度和电位来描述，为了形象地显示出电场的称为模拟法。电流场和静电场是两种不同的场，但电磁学理论说明，稳恒电流的电流场全一样。同轴圆柱形电容器电场的模拟依据下：如图3.1，由高斯定理，

rba2ba0假设选V

=0，则V

b

dr

lnb a a

20

r 20V

r

r dr

lnr/aa rV Vr

a a2r 20 0(1lnr/a) 3.1lnb/aa、brh，电阻率为rr+dr柱面之间的电阻为：dRdr

drs 2rh半径从a到b的电阻：R bdR

dr

lnb/aab a a

2rh 2harR

rdR

dr

lnr/aar a假设取外筒电位为0，即V 0b

a2rh 2hV Va r

IRar

VRa

R Var

V Vr a

ab(1lnr/a)lnb/a两种场的电位分布完全一样，V 只是r的函数，等位面是一系列同心圆。rVlnrlnbVrlna/ba假设取V

lnr为纵坐标，则上式表示的是一条截距为lnb，斜rrV率为lna/b的直线。等量异号电荷的电场模拟(选做)等量异号电荷的静电场依据电力线的空间分布轴对称性，选取横向剖面进展面。3.2同轴圆柱形电容器、5V、7V、9V5—6等量异号电荷〔选做〕换取等量异号电荷模拟电极，给模拟电极的水槽中倒入适量自来水，调整〔选做〕数要多些。同轴圆柱形电容器圆规确定等位圆中心，并划出上面5个等位圆；依据电场线与等位面的关系，画出电场线；用米尺分别测每个等位圆5个点的半径求其平均；rV以V 为横坐标，lnr为纵坐标作图得截距为lnb斜率为lna/brVa求得a、ba、bVV(v)rV/Varr(cm)11.03.05.07.09.0r(cm)2r(cm)3r(cm)4r(cm)5r(cm)lnr等量异号电荷〔选做〕描绘出等量异号电荷的等位线，依据正交原理描绘电场线。水盘内各处的水深一样但不要太深，以5mm左右为宜。位置进展估量，以便有目的地进展测试。免测绘结果失真。为了保证测绘的准确性，每条等势线上的点不要太少。弱？确描绘等势圆？？电场强度和电势的数值是否变化？试验四 磁场描绘试验目的争论载流圆线圈轴线上磁场的分布，加深对毕奥—萨伐尔定律的理解。把握感应法测磁场的原理和方法。磁场描绘仪、函数信号发生器、沟通毫伏表测量圆线圈轴线上的磁感应强度B的分布。描绘圆线圈轴平面上磁感应线的分布。〔选做〕四试验原理1．载流圆线圈轴线上的磁场分布4.1所示的载流圆线圈轴线上一点P的磁感应强度02(R202(R2x2)32

R2I

X平面内磁感应线的分布如图4.2所示。图4.1 图4.2亥姆霍兹线圈〔选做〕4.3〔N，有肯定宽度和厚度的一样的aR，这样组合而成的线圈称为亥姆霍兹线圈。亥姆霍兹线圈通有一样电流时，两0.3R1%。图4.3 图4.4感应法测磁场场的大小，这种测量磁场的方法，称为感应法。依据感应电动势的“极大值”测B的大小设线圈中交变电流产生的交变磁场为：BB sintm如图4.4所示，探测线圈平面法线与磁场成角，通过探测线圈的磁通为：NBScosNB

ScossintmmdNBmdt

Scoscost用毫伏表测得探测线圈两端电压的有效值为：2V 12

NB Scosm0 时，电压有最大值：V

max

1 NBS2m2变形得： B m

maxNS伏表指示值为Vmax。依据感应电动势的“微小值”测定B的方向磁场的方向原来可用毫伏表读数最大时对应的探测线圈的法线方始终表示，但此时，磁通量随的变化率小，测量误差大。当磁场方向与探测线圈平面全都随向。1．B1000HZ6-9V，保持输出1.00cm102．描绘圆线圈轴平面上磁感应线的分布5AA1 2

，将探测线圈叉丝中心5A所在位置，然后旋转探头，当毫伏表读数最小或为零时，登记叉丝上小51圆点所在位置A12

12

最小时登记小圆点所在位置A13

10过AAAA2 3 4

103．描绘亥姆霍兹线圈磁场的均匀区〔选做〕将两个线圈串联起来。以V

max

1%的匀强场区。即感应电压在〔Vmax0.01〕V范围内的点都属于匀强场区。先将探测线圈置于中心点，12圆线圈轴线上磁感应强度B的分布0.001.002.00 10.0x(cm)V (103V)mXVm

为纵坐标作曲线，即反映B随X的变化规律。描绘圆线圈轴平面上磁感应线的分布、在备好的坐标纸上对应登记过A A、1 2

A A A、、、43 、、、4

的103．描绘亥姆霍兹线圈磁场的均匀区(选做)12〔近似椭圆，4.5〕4.5坏仪器。测量载流圆线圈轴线上的磁场分布，在其右侧测量。旋转探头时，要旋转探头的手柄，不能直接旋转探测线圈，否则测量误差大。假设在载流线圈中通以直流电能否用感应法进展测量？如何测定磁场方向？测磁场大小时依据感应电压的极大值测量，这个极大值的含义是什么？试验五 惠斯登电桥测电阻试验目的把握惠斯登电桥测电阻的原理。学会正确使用箱式电桥测电阻的方法。学会测量电桥灵敏度的方法,了解提高电桥灵敏度的几种途径。1.电桥是一种用比较法进展测量的一起。电桥不仅可以周密测量电阻、电感、桥。惠斯登电桥的原理5.15.1四个电阻R、R、R、R 组成电桥的四个臂，在两组对角线上分别连上检流计x 0 1 2和电源，线路BGDI，I I，1 x 2 0IRIR1 1 2

，IRx

IR0

R R，由此可得：R2R1 ，即0 xRR 1RRx R 02RR为比x 0RR1

R1为倍率。R2电桥的灵敏度R转变一小量Rn0 0的灵敏度S为：S n 。所谓“电桥平衡，从理论上讲应是通过检流计的电R0R0nx

的相对R n n

x ，确定误差为RR S x

R。可见S值越大，电桥越灵敏，因此S x带来的误差就越小。S

ESGR R

，式中E(R Rx

RR1

)(2 R

2)RR 1 0SG

Rg

为检流计内阻。电桥的灵敏度与以下因素有关：SG

成正比。但检流计灵敏度不能太大，否则电桥平衡不易调整，应选取灵敏度适当的检流计。E成正比。Rg

有关。检流计的内阻越小，电桥越灵敏；但内阻较R应取较大值，接近平衡时，应调小。与电源的内阻rERE有关。限流电阻增大，灵敏度降低，减小限流电阻，灵敏度增大。与四个臂的搭配和桥路电阻的大小有关。箱式电桥R装在一个箱内构成。仍有R 1x R2

RR的平衡条件，1为倍率。0 R2RR的值，使指针左右分别偏转两格，登记R的值。0 0 0EE〔V〕R/R1 2R()0R(〔正负〕0n〔格〔左右〕S〔格〔左右S〔格〕R /RxxR R()xx1BGG会在电桥远离平衡时指针偏转幅度太大而使损坏检流计。2．测量时倍率的选择要使读数的有效数字最多。用惠斯登电桥测电阻为什么精度较高？电桥灵敏度与哪些因素有关？如何提高电桥灵敏度？用箱式电桥测量电阻时比例臂倍率的选择原则是什么？试验六 开耳芬电桥测量低电阻试验目的了解双电桥测低电阻的原理。把握用双电桥测低电阻的方法。QJ44用双臂电桥测定金属棒的电阻。。通常将1以下的电阻称为低电阻。在低电阻的测量中，由于各引线电阻和有时甚至高于被测电阻，所以不宜用伏安法和惠斯登电桥法去测量。四引线法6.1Rx

两侧的接触电阻和导线电阻以等效电阻r、r1 2

、r、r3

表示，由于电压表内阻较大，r和r1 4

对测量的影响不大，而rr2

R串联在一起，被测电阻为〔rx 2

+R+rx

r2

和rR为3 xRx

，则不能用此电路测量。 图6.1 图6.2假设用图6.2Rx

C—C和两个电压节点P—P，明显电压表测量的是PPr和r2

R测量的影响，这种测量低电阻或低电阻两端电压的方法叫做四x引线法。开尔芬双电桥开尔芬双电桥是把四引线法和电桥的平衡比较法结合起来周密测量低电阻6.3R1

RR1

RR2

为比较x

s

RC、x 1CPP。2 1 26.3由基尔霍夫定律求得，双电桥平衡时：R

R RR 2R 2

1 2x R s rR R

R R 21 1 2 1 22R

R1R 1

2 2x R

rR R

R R 1 1 2 1 1

R R1 2

R R2R〔或2 2R

2R R R。2

R R R1 2 1 1x R s1用螺旋测微器测金属棒直径，在三个不同的地方测，取平均。用米尺测金属棒长度，用双臂电桥测量电阻，铜棒、铝棒选取不同的长度各测三次阻值。次数次数〔〕长度(cm)直径(mm)截面积(mm2)电阻率(m)铜 铝 铜 铝 铜 铝 铜 铝 铜 铝123求得电阻率的平均值与理论值相比。螺旋测量计在测量前场应对其零点进展检查。各接头必需干净，接牢，避开接触不良，连接用的导线应短而粗。检流计在测量前调零。由于通过待测的电阻的电流太大，测量时通电时间尽量短。BGGB。试验完毕，应切断仪器B1。为什么双臂电桥能够大大减小接线电阻和接触电阻对测量结果的影响？为了减小电阻率ρRdl三个直接测的量中，应特X别留意哪个物理量的测量？为什么？假设低电阻的电流接头和电压接头相互接错，这样做有什么不好？些？为什么？试验七示波器的使用试验目的了解通用示波器的构造和工作原理。初步把握通用示波器各个旋钮的作用和使用方法。学习利用示波器观看电信号的波形，测量幅度、频率和周期。双踪示波器、两台函数信号发生器观看波形。测量电压。测量周期和频率。李萨如图形的合成。双踪示波器、两台函数信号发生器观看波形。测量电压。测量周期和频率。李萨如图形的合成。一、示波器的构造YY轴输入放大内电子枪荧H外触发触同发步YYXX光KGA1A2屏扫描－亮度＋关心聚焦放大聚焦X轴输入或衰减电源电源7.1YX轴放大器、扫描发生器〔锯齿波发生器、触发同步和电源等，其构造方框图如图7.1所示。示波管7.1所示，示波管主要包括电子枪、偏转系统和荧光屏三局部，都密封在玻璃外壳内，里面抽成高真空。下面分别说明各局部的作用。荧光屏：它是示波器的显示局部，当加速聚焦后的电子打到荧光屏上后，荧光剂的发光需经肯定时间才会停顿，称为余辉效应。1 HKGA、其次阳极A1 偏转系统：它由两对相互垂直的偏转板组成，一对垂直偏转板Y，一X。在偏转板上加以适当电压，电子束通过时，其运动方向发生偏转，从而使电子束在荧光屏上的光斑位置也发生转变。可将电压的测量转化为屏上光点偏移距离的测量，这就是示波器测量电压的原理。信号放大器和衰减器XY〔0.1—1mm/V0UxtXY器的作用是使过大的输入信号电压变小以适应放大器的0Uxt扫描与整步装置X轴放大器放大后加到屏上的水平坐标变成时间坐标，Y轴输入的被测信号波形

7.2。Tx/yn〔n＝1，2，3，…，n是屏上显示完整波形的个数。Tx〔fxTy〔fy〕Y〔或频率〕可能发生微小的转变。这时，虽然可通过调整扫描扫描起点自动跟着被测信号转变，这就称为整步〔或同步。有的示波器中，需作状态，相应设有“外触发”信号输入端。二、示波器的应用观看波形波形。电压测量屏上读出沟通信号的双峰值的格数A，则被测信号的VppVpp=调整示波器“扫描时间”或“扫描速度”旋钮，在荧光屏上得到几个周期的稳定波形，读出相邻两极值点的水平距离d，则其信号周期：Ttd(ms)，其中是“扫描时间”旋钮刻度，单位为ms/Div，频率f=1/T。4．李萨如图形的合成假设将两个不同频率的正弦信号分别送入示波器的X轴输入和Y轴输入，当两信号间频率成整数倍时，在示波器的荧光屏上消灭如下图的有规律的图形，Xfx

Yfy

fy

ny，nx其中ny

Ynx

表示利萨如图形与X轴相切点数。ffx

成不同倍数关系时，会消灭各种各样的利萨如图形，但当f与f 不成x y整数倍时，图形紊乱变化。观看波形齿波信号，用示波器观看各种波形。测量电压测出上述波形的峰—峰值，与函数信号发生器指示的数值相比较。测量周期和频率测出信号的周期和频率，并与函数信号发生器的读数相比较。李萨如图形的合成调整两台函数信号发生器，让其输出幅度适中的具有肯定频率的正弦信号，分别送入双踪示波器的y、y 1 27.3所示图形。7.3１２３１２３电压分度值V/DivVpp格数〔Div〕V ppVV”pp(V)VppV”ppV”100%pp3．测量周期和频率周期格数〔Div〕T(s)f(HZ)函数信号发生器读数

1 2 3f〔HZ〕0ff0f0

100%3．画出利萨如图形，记录此时f、f 值。x y测信号电压时，肯定要将电压衰减旋纽的微调顺时针旋足〔校正位置测信号周期时，肯定要将扫描速率旋纽的微调顺时针旋足〔校正位置；时间停在荧光屏的一点上，假设临时不用，把辉度降到最低即可。按键、旋钮和示波器。时要尽量减小视差。Y轴开放？假设图形不稳定，总是向左或向右移，应如何调整？试验目的

试验八LRC电路的暂态过程争论1、进一步娴熟把握示波器的使用。2LRC3L、R、C双踪示波器、函数信号发生器、电感、电容、电阻箱。1、观看方波信号。2、RC电路暂态过程的争论。3、RL电路暂态过程的争论。、RLC〔选作。、RC8-1K1ER对电容C充电；当电容C充电后，把开关K12，电容CR放电，在任何瞬时电路方程为：V iREC将iC

dVC代入上式，整理可得 图8-1dtdV 1 EC V dt RC C RC初始条件为充电时：t0，V 0C放电时：t0，V EC解方程得充电时：VC

E(1etRC

E teRCeR放电时：VC

EetRC

； iEetRCRRC用图线表示上述电压、电流随时间的变化规律如图8-2、8-3所示。图8-2 图8-3C

变，V、iRC打算，RCRCCRC、RL8-41L，由于电磁感应在L生自感电动势，阻碍电流的增长，使电流不能突变；只会渐渐消逝，在此过程中，电路方程为 iRELdi将 VL

Ldt

代入上式，整理得 图8-4设初始条件为

Ldidt

iREt0i0Et0iRL解微分方程可得L

E(1eRtR

)；VL

EeRtL

EeRt ； VLR L

EeRtL用图线表示电流、电压变化规律如图8-5、8-6所示。 图8-5 图8-6LL LL

，愈大，变化过程愈长，令R R RLR、RLC8-7K先合向1EK12，列电路方程如下： 图8-7LdidtdV

RiV 0C将iC

C代入上式，整理得dtL C

dV VR C C0dt2 dt C设初始条件为t0，VCE，

dVC0dt解微分方程得〔1〕R2

4LC，属于阻尼比较小的状态，其解为：其中，

V Eetcos(t)C1LC11LC14LR

为衰减振荡圆频率可见VC随时间作衰减性振荡，振幅的衰减程度取决于时间常数，我们把这种振荡称为阻尼振荡。R2

4LC，属于过阻尼状态，其解为：其中，

V Eetch(t)C1LC141LC14LRchcos、不再4L〔3〕R2解为：

，对应于临界状态，其CV C

t)et其中，2L，它是欠阻尼到过阻尼的临界值。 图8-8R8-8上述(1)、(2)、(3)种状况。1E对电容充电，其电路方程为：Ld2VLC

dV V ER C Cdt2 dt C C设初始条件为t0，VCE，

dVC0dt解微分方程得4L t〔1〕R2C

；V C

8-9C4L tCR2

；V ch(t)]C4L t t〔3〕R2 ；V )e ]C C 用图线表示如图8-9所示。8-9最终趋于的状态不同。试验时，用方波信号发生器代替人工接通或 图8-108-101，当方2，电路放电，这样做即便利又稳定。1、观看方波信号调整示波器让其处于正常工作状态，调整函数信号发生器让其输出幅度为1KHzZ〔格数。2RC8-1C0.1FR从0.05K渐渐变化到7K左右，用示波器观看VC

R两端取电压加到示波器探极，显示电流的变化曲线并记录。3RL按图8-4连线，L=0.1H，R从0.1K渐渐变化到5K，用示波器观看V 、iL的图形，并记录。4LRC按图8-7连线，C0.1F，L0.1H，R从6K到0.09K变化，观看V 图CR值。1、数据记录1：RCCCfR(K)7.03.01.00.50.10.05V 图形Ci图形2：RLLLfR(K)5210.50.20.1V 图形Li图形CLCLfR(K)97530.10.05V图形Ci图形运动状态2RLC3、适中选取RCVC数并与公式RC相比较。

波形，用作图法确定RC电路暂态过程的时间常R2

4L相比较。C1、电路的时间常数与方波周期T不能相差太大，否则不能显示暂态过程。2、作图时留意比例的选取及图形的对称性。1、RC远小于或大于方波周期T，波形将怎样？2、为什么观看电路中电流变化时，要从电阻R两端取出电压？3RCVC

~t曲线直化？4LRC。5LRC。？RLC从那个元件上选输出？画出电路图及输入、输出端波形。试验九电位差计测量电池的电动势和内阻把握用补偿法测电动势的原理。了解箱式电位差计的构造和原理。学会用学生电位差计测量干电池的电动势和内阻。学生电位差计〔87-1型、标准电池、稳压电源、电阻箱、被测电池三试验内容1．测量电池电动势。2〔选做〕四试验原理电位差计是通过与标准电池电压进展比较来测定未知电压的一种仪器。由于精度。电位补偿原理如图9.1E0

EE0 x

为待测电压，调整检流计指零，则有E E，这时我们称电路到达补偿。在补偿条件下，假设E的数值x 0 0Ex

可求出。用电压表测量电压时，总是从电压表分出一局部电流，改是补偿法测量的最大优点。图9.1 图9.2电位差计的线路原理电位差计是依据电位补偿原理制成的测量电动势的仪器原理如图9.2所示。电源E、限流电阻R、周密电阻R 串联成一闭合回路，称为关心回路，当一恒abI0

Rab

Rab

CDC、D间的电位差V VCD CD

E0

测量时用V 与ECD

CDGEx x〔ECDGE〕称为补偿回路。s sRab

I0

E的大s小，选定C、D间的电阻R，使E I R，调整R转变关心回路中的电流，s s 0 s当检流计指零时，关心回路中的电流就被准确地校准到所需要的I 值。0测量：把开关倒向E一边，滑动C、D到C、D使检流计再度指零，x设C、D间的电阻为R，则：E I R。x x 0 x电位差计的电路图为：9.3电位差计测电池内阻〔选做〕9.49.2Ex9.4K2Ex一边，K44 路到达补偿，测出E。当K 闭合时，检流计中无电流，但E、R、K 4 x xI，则EExIrIR 〔9.1〕E则内阻为rExEI

ExEER

ExERR 〔9.2〕xR，可计算出内阻。测量电动势EEEs x

的极性不要接错。E=3V校准：将R 、RA B

读数调到标准电动势的数值。Rb

K1

K3

K2Es

R使检流计指零，并渐渐减RRb

较小时，GI0

已到达标准值。RRb

K2

Ex

一边，调整R 、AR 使检流计指针指零，并渐渐减小RB

。最终从R 、RA

Ex

值。重复“校准”与“测量”三次。测量内阻〔选做〕9.3K4〔2〔3〕E平均值。测量电动势记录三次测量值，取平均。测量内阻〔选做〕E平均值，依据〔9.2〕式计算内阻。电源、标准电池、待测电池的极性不能接反。电源电压在2.8—3.4之间，超出此范围，不易调整平衡。路再断开关心回路。1.电位差计工作电源不稳定，对电动势的测量有无影响，为什么？2．在电位差计调整平衡时觉察检流计指针总向一侧偏转，无法到达平衡，这可能是什么缘由？为什么电位差计具有较高的测量精度?为什么要使工作电流标准化？电位差计校准后根本回路中的可变电阻还能否转变？为什么？试验十 霍尔法测磁场试验目的了解霍耳法测磁场的原理。把握用霍耳磁场测试试验仪测磁场的方法。霍尔磁场试验仪 霍尔磁场测试仪电磁铁磁感应强度B的测量。电磁铁磁场分布的测定。霍耳法测磁场原理图10.1 图10.2霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的〔电子或空穴〕被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直图10.1和图10.2所示的半导体试样，假设在X方向通以电流，在Z方加磁场则在Y方向即试样A-A/电极两侧就开头聚拢异号电荷而产生相应10.1NY10.2PYN相等，样品两侧电荷的积存就到达动态平衡，故有 〔10.1〕

与洛仑兹力其中 为霍尔电场，是载流子在电流方向上的平均漂移速度。设试样的宽为b，厚度为d，载流子浓度为n，则由〔10.1〕、〔10.2〕两式可得：霍尔电压〔A、A／电极之间的电压〕与

(10.2)(10.3)乘积成正比与试样，与厚度成反比。比例系数重要参数。用

称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的IVS H

，就可测定霍耳元件所在处的磁感应强度：B1 VBHK IH sHL-Ⅱ型霍尔磁场测试仪试验仪Y可转变霍尔元件在电磁铁磁场中的位置，从而测出磁场中不同点磁感应强度B的分布状况。I 、Vs H

、I 〔电磁铁励磁电流〕配有换向开关，可转变IM

方向或I 方向进展对称测量，消退负效应对测量的影响。M10.3测试仪如图10.40——1.00A供给电磁铁励磁电流，另一路0——10mA供给霍耳元件掌握电流，通过测量选择开关交替显示在电流显示器上。测试仪内部同时装有数字毫伏表用来测量霍耳电压的大小。

10.4B的测量将试验仪和测试仪连接固定霍耳元件在电磁铁缝隙中心调整励磁电流旋钮，使IM 1.00A，调整掌握电流Is分别为2.00、4.00、6.00、8.00、10.00mA，每个掌握电流在++〔+-I〔-B+〔--〕四种状态下测V 。H电磁铁磁场分布测定保持I 1.00A，I 10mA，沿X方向移动样品架，从中心开头逐点至管M s口选10个测试点，在上述四种条件下测V 。H1B的测量IIM(A)I (mA)sB，IB，-I(mv)-B，I-B，-I(mv)2.004.001.006.008.0010.00VHVH以I 为横坐标，V 为纵坐标作图，得始终线，求得斜率，由K B求得B。s H H4．电磁铁磁场分布测定VVHVHX(mm)B，I(mv)-B，I-B，-I(mv)x为横坐标，VH为纵坐标作图，因VHB成正比，故VH—XB随坐标的分布状况。霍耳元件轻脆易坏，要留意保护,严防撞击或用手触摸。线管的励磁电流要分清，否则会烧坏霍耳元件。记录数据时，为了不使电磁铁过热，应断开励磁电流的换向开关。假设磁场与霍耳元件不垂直，能否准确测出磁场？为什么要在不同状态下测量VH而后取平均？试验十一电子束在电场中的聚焦与偏转试验目的了解电子束线管的构造原理。争论带电粒子在电场中的运动规律。DZS-D型电子束测试仪1、争论电子束在电场中的聚焦。四试验原理1．电子束线管的简洁介绍如图11.1所示，电子束线管由电子枪、偏转系统和荧光屏三局部组成。电子枪又由阴极、第一栅极、其次栅极、第一阳极和其次阳极组成。全部部件全部密封在一个抽成真空的玻璃外壳里，目的是为了避开电子与气体分子碰撞而引起电子束散射。接通电源后，灯丝发热，阴极放射电子。栅极加上相对于阴极的负电压，它有两个作用：一方面调整栅极电压的大小掌握阴极放射电子的强度，所以栅极也叫掌握极；另一方面栅极电压和第一阳极电压构成肯定的空间电位分布，使得由阴极放射的电子束在栅极四周形成一个穿插点。第一阳极和其次阳极的作用一方面构成聚焦电厂，使得经过第一穿插点又发散了的电子在聚焦电场作用下又会聚起来；另一方面使电子加速，打在荧光屏上，屏上的荧光物质在高速电子轰击下发出荧光，荧光屏上的发光亮度取决于到达荧光屏的电子数目和速度，转变栅压和加速电压的大小都可掌握光点的亮度。水平偏转和垂直偏转板是相互平行的平行板，偏转板上加上不同的电压，用来掌握荧光屏上的亮点位置。11.1电偏转11.2电子从其次阳极射出后的速度由下式打算：122mvZ2

eV2

〔11.1〕V 为其次阳极加速电压，电子束进入与其运动方向垂直的电场后，受电场2力：FeEeVd 〔11.2〕dV 为偏转电压，产生垂直向上的加速度daFeVd

〔11.3〕m m d在此加速度作用下作抛物线运动，通过偏转板的时间为：t1 b (11.4)vZbyd1 2 1e V b2dy12at1 2m 2

(11.5)d vZv at eVdb

(11.6)Zy 1 m d vZt2y的点y v t

eVd

b l

〔11.7〕2 y2

m d vZ vZl为偏转板右端到荧光屏的距离yy y

b (b

l)

1b1，则2

2 m d 2 2vZvye

b (b

l)

eVd

b L

bL

〔11.8〕m d vZ2

2 m

2eV2m

2dV2 d当加速电压V 肯定时，电子束离开中心的距离与偏转电压V 成正比，当偏2 d转电压V 肯定时，偏转距离与加速电压V 成反比。d 2电聚焦在电子枪内的第一加速阳极与其次加速阳极之间形成一个静电透镜。如图11.3FPVA1 FPVZ图C11.3F的作用，电子所受的电场力的方向，即为在电力线上的切线方向，A2的区域时，电场的横向重量要把轴冲量要比进入电场区域所受的轴向冲量要小，电子净的偏折是向着轴线方向其间的场强来实现的。C

VV

为加速电压，V1

V 21为聚焦电压。电偏转11.4接线。11.4当调整，并调整聚焦，使屏上光点聚成一细点。光点调零，将X偏转输出的两接线柱和电偏转电压表的两输入接线柱相连接，调整“XX旋钮，使光XY调整后，光点位于示波管的中心原点。测量D随V〔YX轴〕变化：调整阳极电压旋钮，给定阳极电压V，d 2将电偏转电压表并在电偏转输出的两接线柱上测VdVDV变化。2 d电聚焦

，转变Vd

D值。转变当调整，并调整聚焦，使屏上光点聚成一细点。光点调零，调整“X偏转”和“Y偏转”旋钮，使光点位于Y轴的中心原点。V2

最正确聚焦效果，测量出对应的聚焦电压V。1求出V/V2 1电偏转VV2650VdD〔mm〕V 750V2dD〔mm〕以V为横坐标，DD—Vd

图，求出曲线斜率得电偏转灵敏度。电聚焦1123V600V800V1000V2V1CC适当调整辉度，光点不能太亮，以免烧坏荧光屏。测量前务须先对光点进展调零。〔光斑〕的状况，可能的缘由和解决的方法是什么？怎样依据荧光屏上光点的偏转方向推断偏转电场的方向？依据试验结果答复如下问题：在加速电压不变的条件下，偏转距离是否与偏转电压成正比？在偏转电压不变的条件下，偏转距离与加速电压有什么关系？电偏转灵敏度与哪些因素有关？试验十二电子束在磁场中的聚焦与偏转把握电子束线管的构造原理。争论带电粒子在磁场中的运动规律。把握测量电子荷质比的一种方法。DZS-D型电子束测试仪争论电子束在磁场中的偏转。争论电子束在磁场中的聚焦。四试验原理1．磁聚焦度，电子从其次阳极射出后轴向速度为：2eV2mv 2eV2mz其中V2

为其次阳极加速电压。由于径向速度的存在，电子在垂直磁场的平面作圆周运动，设径向速度为v ，圆周运动的半径为：mvR 〔12.2〕eB周期为 T

2m〔12.3〕eB电子束，经过时间T后又都回到轴线上，称为磁聚焦。其间电子束前进的距离为hv

z eB z

〔12.4〕设l为示波管内栅极到荧光屏的距离，取螺距hl，将〔12.1〕式代入整理得关系式：e 82V2

〔12.5〕m l2B22.磁偏转X方向放置一对亥姆霍兹线圈产生均匀磁场，电子垂直入射磁场后，12.112.1圆周运动的半径为：Rmv

z 〔12.6〕eB个角，sinl leB

〔12.7〕R mvz离开磁场时电子的横向位移为dRRcosmvz(1cos) 〔12.8〕eB电子到达荧光屏时的横向位移为DLtand 〔12.9〕由于试验中偏转角较小，近似有sintancos122〔12.9〕式简化为DLR22将〔1〕式代入，得

leBmvz

(L

l) 〔12.10〕2(2meV)1(2meV)122

(L

l) 〔12.11〕2BkI代入整理得2DLIk2

l) emV2emV2

K I 〔12.12〕V22em中KLIk(1 lV22em2L

电子束的偏转距离D正比于通过线圈的电流I，与加速电压V 的平方根成反比。2磁偏转12.2接线12.2当调整，并调整聚焦，使屏上光点聚成一细点。Y轴的中心原点。DI的变化，给定阳极电压V2

〔600，调整磁偏10mAD值。转变V