实验E1 电磁学实验基本训练

一、实验目的

1．了解电磁学实验中基本仪器的性能和使用方法． 2．掌握电路联结方法和制流、分压电路的性能和特点． 3．掌握电磁学实验的操作规程与安全知识． 二、仪器与用具

直流电压表、直流电流表(mA)、电阻箱、滑线变阻器、直流稳压电源、开关、导线等． 三、实验原理

1．基本仪器的认识

(1) 观察实验台上电表板面，并填好下表

参量类符号 量 程 别名称 电压表 电流表 满度格数 分格常数 精度等级 % 仪表内阻 放置方式 (2)观察电阻箱(ZX21型)板面，并填好下表

最大电 最小电阻 额定功 旋钮精度 等级% 阻值() 值() 率(p) 数 (3)观察直流稳压电源板面，并填好下表

电压调节范围 最大输出电流 每钮上允许通过最大电流 灯光指示 红灯 绿灯 (4)观察滑线变阻器的外型、结构，找出两固定端和滑动端，画出符号并画出在电路中的两种联结方法，记录全电阻值，和额定电流值，想法估算出每圈电阻丝的电阻值R(表格自拟). (5)计算电表在12标度值的最大引用误差I、V，电阻箱在925.6Ω时的误差． 2．控制电路的性能和特点

作为一个实验电路，一般由电源、控制和测量电路三部分组成，控制电路是根据所测对象的要求设计的．被测对象可以是电阻、电容、电感，也可以兼而有之．并抽象成一个等效负载RL．根据负载所要求的电流、电压的变化范围，确定一

个合适的电源．控制电路的作用，就是调控负载的电流、电压，使其达到预定的要求．常用的控制电路有制流电路和分压电路．实验室所 图7-1(a) 制流电路 用控制电路主要是由滑线变阻器和电阻箱构成． (1) 制流电路

电路如图7-1(a)所示：E为直流电源；R0为滑线变阻器；mA为直流毫安表；RL为负载，即电阻箱；K为电源开关．整个电路为串联．其中将滑线变阻器的滑动头C和任一固定端(如A)串联在电路中作为一个可变电阻，移动滑动头C的位置可以连续改变AC之间的电阻

RAC．从而改变电路中的电流I． 图7-1(b) 二级制流电路

当C滑至A点时，RAC=0，ImaxE 当C滑至B点时，RAC=R0，IminRL，UmaxE；

ERL(R0RL)ERLE(R0RL)，Umin.

E 可见，当C由A点滑至B点时，相应的电流变化范围为：[变化范围为：[E,

ERL(R0RL),

R0RL]，相应的电压

]．

ERLRAC一般情况下负载RL中的电流为：I (7.1)

负载RL上电流的改变是靠移动滑动头C实现的．对滑线变阻器，最小位移是一匝．因此，在电路各参数一定情况下，一匝电阻R0的大小就决定了电流的最小改变量．现以(7.1)式对

RAC微分，得IRACIRACE(RACRL)2RAC , 而RACR0N,（N为滑线变阻器总匝

数）则：

IminI2ER0I2ER0N

(7.2)

从 (7.2)式可见，当电路中E、RL、R0确定后，I与I2成正比．故电流越大，细调越困难．为了解决这一问题，常在图7-1(a)中再串一个滑线变阻器．构成二级制流电流，如图7-1(b)其中阻值较大的作粗调，阻值较小的作细调．因此，一般在一级制流电路中，为了平稳调节所须电流，常取RL(2)

R00.5~1，在二级制流电路中，常取第二级变阻器阻值为(0.1~0.2)R0为宜．

分压电路

如图7-2(a)所示：E为直流电源；R0为滑线变阻器；mA为直流毫安表；RL为负载，即电阻箱；K为电源开关．滑线变阻器两固定端A、B与电源串联．负载RL与电流表串联后与滑线变阻器的滑动端C和Ａ固定端并联．电压表V如图并联其上．移动滑动头C，可连续改变输出电压． 当C滑至B时，输出电压VmaxE；当滑动头C滑至A点时，输出电压Vmax0；当C在A、B间任意位置时．输出电压为

UERLRACRLRACRBCRLRACRLRAC1ERBC(RLRAC)RLRACKRACERLRBCX (7.3)

式中

R0RACRBC,KRLR0,XRACR0，同样，负载RL上电压的改变也是靠移动C实现的，

对滑线变阻器，最小位移是一匝．因此，在电路参数已定的情况下，一匝电阻R0的大小就决定了电压的最小改变量． 但不论R0的大小，负载RL上的电压均可从0E，

从而使分压电路在实验中得到较多应用；同时K越小，电

压调节越不均匀，给实验带来困难；K越大，电压调节越

均匀．考虑到变阻器的尺寸、功率，一般K取1～2之间． 图7-2(a) 分压电路 当K<<1时，由(7.3)，有近似：U微分上式可得：URLE(RBC)2RLRBCE

RBCU2RLERBC

最小电压改变量：

(U)minU2RLER0N (7.4)

式中N为滑线变阻器总匝数． 当K>>1时，略去式(7-4)中的RBCX，有近似：

URACER0

ER0RAC微分上式可得：U 图7-2 (b) 二级分压电路

最小电压改变量：

(U)minER0R0EN (7.5)

从 (7.5)式可知，当E、R0、N确定后，负载RL上电压调节为一常数，它表示在整个调节范围内，调节的精细程度处处一样．若一般分压不能达到细调要求，可以如图7-2(b)进行分压．大电阻作粗调，小电阻作细调．

（3）分压、制流混联电路 如图7-2(c)所示．在负载RL较小，要求UL， IL的

变化较大的场合，常用此电路． 实验内容

1．基本仪表、电器的认识．仔细观察实验桌上的

仪表，做好(1)-(5) ． 图7-2(c) 分压、制流混联电路

2．制流电路的特性研究，按图7-1a进行实验，用电阻箱作负载．取K=RLR0 =0.1、

0.5、1、2，确定相应的RL．根据所用电流表量限和负载允许的最大电流，确定电源E．从A点均匀移动C，读11个点的电流值．在直角坐标中作XI制流特性曲线．并写出由此得出的结论．

3．分压电路的特性研究．按图7-2a进行．用电阻箱作负载．取K =RLR0=0.1、1、2．确

定相应的RL，根据负载的允许最大电流值，确定电源电压．从电压为零输出起，均匀移动C，读11个点的电压值，在直角坐标中作XU分压特性曲线．并写出相应结论． 思考与问答 1．在电磁学实验中，确保人身和仪器设备安全的一般原则是什么?电磁学实验的安全操作规程是哪些?

2．电磁测量中的标准器有哪些?使用中又有哪些规定?

3．电阻箱每个电阻的额定功率是0.25W，用R25,786,8765R=25Ω，其额定电流各多少? 4．有三块电压表，其规格为：①0～7.5V，1.0级；②0—3V，1.5级；③0—15V，0.5级．若被测电压约2.5V，要使测量误差小于2%，问用哪块表合适，试计算说明之．

5．从你画的制流和分压特性曲线求出电流值(或电压值)呈线性变化时的X值． 6．设计一混联电路图，按图说明你的操作步骤．