物理电学设计性实验

《物理电学设计性实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理电学设计性实验（17页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、物 理 电 学 设 计 性 实 验 【 目 的 】 根 据 已 学 电 路 知 识 能 够 通 过 所 提 供 电 路 元 件自 行 设 计 出 各 种 实 验 方 案 ， 并 加 以 实 施 ， 得 出 实 验 结 果 ，从 而 达 到 巩 固 和 灵 活 运 用 所 学 知 识 的 目 的 。 【 重 点 】 预 习 报 告 、 实 验 报 告 的 撰 写 。 【 难 点 】 方 案 设 计 、 误 差 分 析 。【课题】 物理电学设计性实验（3学时） 【 背 景 知 识 】 一 、 测 量 与 误 差 ： 误 差 分 析 的 目 的 就 是 评 定 实 验 数 据 的 精 确 或 误 差

2、 ， 通 过 误 差 分 析 ， 可 以 认 清 误 差 的 来 源 及 其 影 响 ， 并 设 法 排 除 数 据 中 所 包 含 的 无 效 成 分 ， 还 可 进 一 步 改 进 实 验 方 案 。 在 实 验 中 注 意 哪 些 是 影 响 实 验 精 确 度 的 主 要 方 面 ， 这 对 正 确 地 组 织 实 验 方 法 、 正 确 评 判 实 验 结 果 和 设 计 方 案 ， 从 而 提 高 实 验 的 精 确 性 具 有 重 要 的 指 导 意义 。 误 差 ： 测 量 值 与 真 值 之 间 的 差 值 ， 真 值 即 物 理 量 所 具 有 的 客 观 真 实 值 。

3、误 差 分 类 ： （ 1） 系 统 误 差 ： 在 同 一 实 验 条 件 （ 实 验 方 法 、 仪 器 、 环 境 和 实 验 人 员 都 不 变 ） ， 多 次 测 量 同 一 量 时 ， 误 差 的 大 小 和 符 号 保 持 不 变 ， 或 者 按 一 定 的 规 律 变 化 ， 这 种 误 差 叫 系 统 误 差 。 包 括 ： 仪 器 误 差 、 方 法 误 差 、 个 人 误 差 、 环 境 误 差 。 （ 2） 偶 然 误 差 ： 在 同 一 条 件 下 ， 对 某 一 量 进 行 测 量 时 ， 即 使 排 除 了 产 生 系 统 误 差 的 原 因 ， 仍 然 会 出

4、现 绝 对 值 和 符 号 都 以 不 可 预 测 的 方 式 变 化 的 误 差 。 （ 3） 过 失 误 差 ： 实 验 人 员 人 为 过 失 造 成 的 、 完 全 可 以 避 免 的 误 差 。 二 、 常 用 电 表 的 使 用 查 看 新 编 大 学 物 理 实 验 2-6 电 磁 测 量 仪 器 【 实 验 提 供 仪 器 】 1 .直 流 稳 压 电 源 0 1 5 V可 调 2 .万 用 表 3 .电 流 表 量 程 5 、 7 .5 、 1 0 、 1 5 、 2 0 、 3 0 (毫 安 ) 4 .电 压 表 量 程 1 .5 、 3 、 5 、 7 .5 、 1 0

5、、 2 0 (伏 ) 5 .直 流 检 流 计 6 .双 踪 示 波 器 7 .信 号 发 生 器 8 .秒 表 9 .实 验 箱 成 套 设 置 其 中 含 有 固 定 电 阻 ： 1 、 1 0 、 5 1 、 1 0 0 （ 2 个 ） 、 2 0 0 、 1 K、 2 K 、 1 0 K（ 2 个 ） 、 1 M(欧 ) 滑 线 变 阻 : 1 K、 1 0 K、 1 0 0 K （ 欧 ） 电 容 ： 0 .0 2 2 F、 0 .1 F、 1 F、 1 0 F、 4 7 0 F（ 2 个 ） 电 感 线 圈 ： 1 0 mH 二 极 管 （ 4 个 ） 、 稳 压 二 极 管 （

6、6 .2 V） 灯 泡 ： 1 2 V/0 .5 A 微 安 表 ： （ 0 1 0 0 uA） 电 位 器 短 接 桥 和 连 线 导 线 实 验 用 9 孔 插 件 方 块 【 可 做 相 关 实 验 】 电 路 元 件 伏 安 特 性 的 测 绘 基 本 电 路 的 测 量 基 本 仪 器 的 使 用 电 桥 电 路 测 电 阻 电 表 的 改 装 稳 压 电 路 整 流 滤 波 电 路 RC、 RL、 RLC暂 态 电 路 的 研 究 原 件 参 数 的 测 量 电 路 混 沌 效 应 电 路 元 件 伏 安 特 性 的 测 绘 一 、 仪 器 的 选 择 图 1 -1 图 1 -2

7、级 别 选 择 ： 根 据 基 本 误 差 的 大 小 ， 可 把 电 表 分 为 不 同 的 准 确 度 等 级 。 准 确 度 等 级 一 般 为 0 .1 ， 0 .2 ， 0 .5 ， 1 .0 ， 1 .5 ， 2 .5 ， 5 .0 七 级 。 目 前 已 有 0 .0 5 级 电 表 出 现 。 0 .1 级 和 0 .2 级 表 多 用 来 作 标 准 表 校 准 其 它 电 表 ， 0 .5 级 多 用 于 精 确 度 较 高 的 测 量 中 。 电 表 准 确 度 越 高 ， 测 量 误 差 越 小 ， 但 仪 器 也 越 容 易 损 坏 ， 所 以 应 根 据 实 验 误

8、 差 要 求 选 择 合 适 的 级 别 。 量 程 的 选 择 ： 电 表 的 相 对 误 差 公 式 ： E = 根 据 误 差 公 式 得 知 工 作 状 态 中 电 表 的 实 际 指 示 值 越 接 近 量 程 ， 电 表 带 来 的 误 差 越 小 ， 所 以 一 般 要 求 电 表 实 际 指 示 值 要 达 到 满 偏 刻 度 的 2 /3 以 上 以 此 来 减 少 电 表 带 来 的 误 差 ， 但 要 注 意 不 要 超 出 所 选 量 程 。 二 、 数 据 表 格 的 制 作 要 测 绘 各 种 元 件 的 伏 安 特 性 曲 线 ， 一 定 要 了 解 元 件 的

9、特 性 ， 才 能 选 择 正 确 的 实 验 方 法 ， 适 合 的 监 测 电 路 ， 设 计 出 合 理 的 数 据 表 格 ， 得 出 正 确 的 实 验 结 论 1 . 线 性 电 阻 器 的 伏 安 特 性 曲 线 是 一 条 通 过 坐 标 原 点 的 直 线 ， 如 图 1 -1 中 a所 示 ， 该 直 线 的 斜 率 等 于 该 电 阻 器 的 电 阻 值 。 2 . 一 般 的 白 炽 灯 在 工 作 时 灯 丝 处 于 高 温 状 态 时 ， 其 灯 丝 电 阻 随 着 温 度 的 升 高 而 增 大 ， 通 过 白 炽 灯 的 电 流 越 大 ， 其 温 度 越 高

10、， 阻 值 也 越 大 ， 一 般 灯 泡 的 “ 冷 电 阻 ” 与 “ 热 电 阻 ” 的 阻 值 可 相 差 几 倍 至 十 几 倍 ， 所 以 它 的 伏 安 特 性 如 图 1-1中 b曲 线 所 示 。 3 . 一 般 的 半 导 体 二 极 管 是 一 个 非 线 性 电 阻 元 件 ， 其 特 性 如 图 1 -1 中 c曲 线 。 正 向 压 降 很 小 （ 一 般 的 锗 管 约 为 0 .2 0 .3 V， 硅 管 约 为 0 .5 0 .7 V)， 正 向 电 流 随 正 向 压 降 的 升 高 而 急 骤 上 升 ， 而 反 向 电 压 从 零 一 直 增 加 到 十

11、 多 至 几 十 伏 时 ， 其 反 向 电 流 增 加 很 小 ， 粗 略 地 可 视 为 零 。 可 见 ， 二 极 管 具 有 单 向 导 电 性 ， 但 反 向 电 压 加 得 过 高 ， 超 过 管 子 的 极 限 值 ， 则 会 导 致 管 子 击 穿 损 坏 。 4 . 稳 压 二 极 管 是 一 种 特 殊 的 半 导 体 二 极 管 ， 其 正 向 特 性 与 普 通 二 极 管 类 似 ， 但 其 反 向 特 性 较 特 别 ， 如 图 1 -1 中 d曲 线 。 在 反 向 电 压 开 始 增 加 时 ， 其 反 向 电 流 几 乎 为 零 ， 但 当 电 压 增 加 到

12、 某 一 数 值 时 (称 为 管 子 的 稳 压 值 ， 有 各 种 不 同 稳 压 值 的 稳 压 管 )电 流 将 突 然 增 加 ， 以 后 它 的 端 电 压 将 维 持 恒 定 ， 不 再 随 外 加 的 反 向 电 压 升 高 而 增 大 。 图 1 -3 元 件 伏 安 特 性 曲 线 实 验 数 据 表 格 ： 1 .测 定 线 性 电 阻 器 的 伏 安 特 性 2 .测 定 非 线 性 白 炽 灯 泡 的 伏 安 特 性 3 .测 定 半 导 体 二 极 管 的 伏 安 特 性 正 向 特 性 实 验 数 据反 向 特 性 实 验 数 据 4 .测 定 稳 压 二 极 管

13、 的 伏 安 特 性 正 向 特 性 实 验 ： 反 向 特 性 实 验 ： 实 验 注 意 事 项 1 . 测 二 极 管 正 向 特 性 时 ， 稳 压 电 源 输 出 应 由 小 至 大 逐 渐 增 加 ， 应 时 刻 注 意 电 流 表 读 数 不 得 超 过 3 5 mA。 2 . 如 果 要 测 定 2 AP9 的 伏 安 特 性 ， 则 正 向 特 性 的 电 压 值 应 取 0 ， 0 .1 0 ， 0 .1 3 ， 0 .1 5 ， 0 .1 7 ， 0 .1 9 ， 0 .2 1 ， 0 .2 4 ， 0 .3 0 （ V） ， 反 向 特 性 的 电 压 值 取 0 ，

14、2 ， 4 ， ， 1 0 (V)。 3 . 进 行 不 同 实 验 时 ， 应 先 估 算 电 压 和 电 流 值 ， 合 理 选 择 仪 表 的 量 程 ， 勿 使 仪 表 超 量 程 ， 仪 表 的 极 性 亦 不 可 接 错 。 实 验 报 告 1 . 根 据 各 实 验 数 据 ， 分 别 在 方 格 纸 上 绘 制 出 光 滑 的 伏 安 特 性 曲 线 。 （ 其 中 二 极 管 和 稳 压 管 的 正 、 反 向 特 性 均 要 求 画 在 同 一 张 图 中 ， 正 、 反 向 电 压 可 取 为 不 同 的 比 例 尺 ） 2 . 根 据 实 验 结 果 ， 总 结 、 归 纳 被 测 各 元 件 的 特 性 。 3 . 必 要 的 误 差 分 析 。 4 . 心 得 体 会 及 其 他 。