大学物理电学基本实验实验报告

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第一章:大学物理实验-电学

电学部分

交流和整流滤波电路试验和示波器测量时间试验...1

凯特摆测重力加速度试验和超声波传播速度试验...4

交流谐振电路试验和交流桥试验 ...6

CSY10A类型传感器系统实验 ...8

磁场测量螺线管 ... 11

霍尔效应 ... 11

直流电测量 ...12

用直流电位差计准确测量电压 ...12

双臂电桥测量低电阻 ...14 电磁测量是物理实验中最重要的基本内容，它在当今生活、生产和科生产和科学研究实验过程中使用的仪器种类繁多，在验证实验原理的同时，也要让学生学会正确使用各种电磁测量仪器。实验过程中使用的仪器种类繁多，所以在验证实验原理的同时，也要让学生学会正确使用各种电磁测量仪器。只有在正确使用实验仪器的前提下，才能保证实验过程中数据的准确性和准确性。特别是近年来，电磁实验室更新了大部分仪器，也增加了许多新的实验内容和仪器，因此有必要了解这些新仪器设备的使用测量方法和维护知识，以便教学生正确使用仪器和仪器故障或其他异常情况。

交流和整流滤波电路试验和示波器测量时间试验

由于这两种实验仪器基本上是电子仪器（示波器、信号发生器、数字电压表），请注意使用安全，不要擅自接触仪器的电源插头，以免发生事故，如果仪器不太好，请及时联系实验室老师解决。同时，由于实验对象是大一新生，相当一部分学生以前很少接触电子仪器，所以在实验过程中可能会出现各种问题。现在，根据经验，写出一些经常出现的故障现象和排除方法，供您参考。

一、示波器测量时间实验：

1． 现象：示波器屏幕上没有信号。

可能的原因如下：

(1)示波器的电源开关没有打开；

(2)如果亮度设置过低，请调整亮度旋转，增加亮度；

(3)如果波形偏离屏幕显示区域，请调整上下位移旋转和左右位移旋转，使波形显示在屏幕中间区域；

(4)实验者可能会按下所用通道的接地旋转，使信号对地短路，无信号输入示波器测量端，请弹起旋转；

(5)仪器相关部件损坏，请联系实验室老师解决。

2． 现象：在示波器测量时间实验中，读取的波形周期与理论值相差太大。

可能是因为:

(1)扫描微调旋转未放置在校准位置；旋转位于时基旋转下方，请右转至最后；

（2）如果测量周期与理论值相差约5倍，请查看是否按下了扩展文件？如果按下文件，实际基础范围仅为标的的的五分之一，请弹出旋转，或按实际基础范围的五分之一计算（旋转位于基础旋转上方）。

(3)信号源输出的实际频率不是实验内容的测量点频率。请注意，信号源频率直接从右侧LCD显示可以读取，不需要乘以所使用的频率档；例如，信号源显示为199Hz，使用频率档为×1K然后信号发生器的最终输出频率是199Hz，而不是199KHz(199×1KHz)。

3． 现象：在示波器测量时间实验中读取波形Vpp(峰值电压)与理论值相差太大。

可能由于：

(1)相关电压灵敏度未微调旋转至校准位置，旋转位于电压灵敏度旋转下方；

(2)所用电压灵敏度范围与所用通道不一致，如所用通道1(CH1)测量电压时误读通道2(CH2)电压灵敏度范围。

4． 现象：实验中显示的待测波形总是在屏幕上移动，测量不方便。

可能由于：

（1）您使用的通道与垂直方式和触发源不一致。例如，如果实验者使用通道1测量数据，请确保垂直方式位于通道1，触发源也应位于通道1，否则波形可能不稳定；

(2)如上档正确，请调整电平旋转，可调节触发电平值的大小，使待测波形稳定；

5． 现象：用李萨如图形测量公共信号源频率时，无图形。

可能由于：

（1）在你所在的一排（5人）实验者中，一些学生可能会将测量探头的正负极与木方盒上的正负极相反，从而输出公共信号源短路。当然，李萨没有图形。请检查您是否错了；

(2)公共信号源电源开关没有打开，因此没有向外提供输出信号；

(3)测量探头(红黑鳄鱼夹)损坏，请找实验室老师换一个；

6． 现象：利用李萨如图形测量公共信号源的频率时，李萨如图形有明显的拐点；与理论不一致。

可能是因为信号发生器的波形选择不是正弦波，因为公共信号源输出正弦波信号，所以当地信号源也应该输出正弦波信号。

7． 现象：基线在扫描示波器时有点倾斜，不水平。

解决方案：请调整光迹旋转扭矩，找实验室老师解决，需要一把小型一字螺丝刀。

8． 现象：示波器显示波形模糊。

可能由于：

(1)示波管老化；

(2)请调整聚焦旋扭。

二、交流电和整流滤波电路试验

请参考上述内容。

1.现象：测量交流电压时，数字万用表上显示的电压有效值与理论相差太大。

可能由于：

(1)没有将数字万用表的测量表笔与输出按线柱良好接触；

(2)正弦交流电压波形Vpp(峰值电压)应以示波器观察为准，而不是信号发生器右侧LCD由于信号发生器输出频率显示准确，电压显示值与实际输出峰值有一定误差，因此显示电压为准。

2.现象：测量整流波形时，示波器上没有相应的半波或全波整流波形。

可能由于：

(1)信号发生器输出测量线损坏，请找老师更换；

(2)将信号发生器输出的正弦波信号误按到电路板的输出端。正确的情况是接收电路板的信号输入端，并在电路板上标记；

(3)实际使用电路中的整流二极管损坏；请联系老师更换元件；

(4)信号发生器输出正弦波信号的峰值过小，本实验为10V；

(5) 当信号发生器波形选择开关时，应按下正弦波旋转。如果没有选择波形选择的三个按钮，则信号源将没有信号输出。本实验应按下正弦波旋转。

(6)一般不使用信号发生器的衰减开关；如果不慎选择，输出信号电压会按比例衰减。dB输出信号电压下降10倍，40倍dB输出信号电压下降100倍，60倍dB输出信号电压衰减1000倍。

3.现象：在测量整流波形时，不能观察半波整流波形（二极管截止时无相应的零电平）。

可能由于：信号发生器的直流电平调节旋扭打开了，请关闭。否则，信号发生器输出的波形的直流电

整体位置会变高或变低。与我们理论要求的信号输出条件不一致，导致二极管在信号负半周内没有停止，因为电平仍然是正值。

三、实验仪器维护：

1.实验结束后，请关闭仪器，以避免仪器长时间工作。由于电子元件具有一定的使用寿命，请关闭仪器

2.长时间不使用时，最好用布盖住仪器，以免进入灰尘。灰尘过多，在雨天容易受潮，造成仪器工作时短路损坏。

3.使用示波器时，应告知学生避免屏幕上长时间出现亮点，并扫描时间基线。长时间出现亮点会加速示波管的老化过程。在实验过程中，还应提醒学生尽量不要调整亮度太大，否则长期观察会损坏实验者的眼睛和仪器本身。

4.由于仪器工作时间较长，应定期检查相关扭矩，特别是波段开关，以查看错位，所对应的电压、时间、频率值是否与输出吻合。若有误差，要及时加以调整。

凯特摆测重力加速度实验及超声波的传播速度实验：

这两个实验电子仪器使用较多，请同学们在实验过程中注意安全，仪器如有问题请联系实验室老师更换，自己不要更换仪器，以免发生意外！

一、凯特摆测重力加速度实验故障现象及排除方法：

1．现象：测单个周期时，周期读数的重复性不好，相差较大。

可能由于：

(1)天气热的情况下，有没有开风扇,空气阻力对测量周期有很大影响；

(2)刀口是否太粗糙了，必要时请联系实验室老师加些润滑油改善；

(3)多用数字测量仪本身工作不正常，与实验室老师联系解决；

(4)凯特摆两端的挡光金属部分在实验过程中是否调节好，满足挡光的要求？

(5)凯特摆在摆动时是不是在平面内摆动，尽量不要形成圆锥摆.

(6)可能没有把摆在刀口上放好，导致摩擦增大，影响周期读数。

2．现象：还没有摆动凯特摆，多用数字测试仪就开始记数了。

可能由于：没有将光电门测量探头很好地插入B输入接口。

3．现象：用多用数字测试仪测周期时不计数。

可能由于：

(1)光电门测量探头未接入B输入接口；

(2)光电门坏，联系实验室老师解决；

(3)多用数字测试仪的复位按钮损坏，造成不能清零；

(4)是否未将测量选择开关置于“振动”档位。

本实验还应注意的问题有：

1．测量一个周期时，请将计数-停止开关置于停止档，这样多用数字测试仪会自动记一个周期的时间；

2．测量10个周期时，请先选择计数-停止开关于计数的位置，到第9个周期时，再将该开关打到停止的位置，这样仪器会在第10个周期时停止计数；

3．时标开关应该选择0.1ms比较合适。

二、超声波在空气中的传播速度实验实验故障现象及排除方法：

1．现象：用驻波法测声速时，移动换能器，示波器接收到的输出电压波形无大小变化。

可能由于：

(1)测量线损坏，请联系实验老师更换；

(2)射换能器和接收换能器不垂直、不平行；

(3)示波器相关功能档位设置不合适；

(4)信号发生器输出频率偏离换能器固有谐振频率太大；

2．现象：用相位法测声速时，李萨如图形只在一个方向大小变化，无法判定相位差。

可能由于：

(1)示波器工作方式未置于“X-Y方式”；

(2)示波器通道1(CH1)、通道2(CH2)测量端分别接发射换能器输入端和接收换能器输出端，检查是不都是接到一个端口造成该现象；

三、仪器维护：

1．凯特摆在长期不使用时，要在刀口处加入润滑由，然后用布盖住防尘，摆捶要取下，摆最好要垂直吊挂，以免发生微小形变(弯曲)；

2．示波器在使用过程中避免长时间出现一个亮点，也不宜过亮，这样可以延长示波管的使用寿命。信号源的按键由于使用频繁，所以要定期检查，看档位有没有发生错位现象，用频率计等仪器来校验输出频率是否在允许的误差范围内，再加以调校。

篇二:《大学物理实验报告》

摘要：热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻，具有许多独特的优点和用途，在自动控制、无线电子技术、遥控技术及测温技术等方面有着广泛的应用。本实验通过用电桥法来研究热敏电阻的电阻温度特性，加深对热敏电阻的电阻温度特性的了解。 关键词：热敏电阻、非平衡直流电桥、电阻温度特性

1、引言

热敏电阻是根据半导体材料的电导率与温度有很强的依赖关系而制成的一种器件，其电阻温度系数一般为(-0.003~+0.6)℃-1。因此，热敏电阻一般可以分为: Ⅰ、负电阻温度系数(简称NTC)的热敏电阻元件 常由一些过渡金属氧化物(主要用铜、镍、钴、镉等氧化物)在一定的烧结条件下形成的半导体金属氧化物作为基本材料制成的，近年还有单晶半导体等材料制成。国产的主要是指MF91~MF96型半导体热敏电阻。由于组成这类热敏电阻的上述过渡金属氧化物在室温范围内基本已全部电离，即载流子浓度基本上与温度无关，因此这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要考虑迁移率与温度的关系，随着温度的升高，迁移率增加，电阻率下降。大多应用于测温控温技术，还可以制成流量计、功率计等。 Ⅱ、正电阻温度系数(简称PTC)的热敏电阻元件 常用钛酸钡材料添加微量的钛、钡等或稀土元素采用陶瓷工艺，高温烧制而成。这类热敏电阻的电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随温度的变化相对可以忽略。载流子数目随温度的升高呈指数增加，载流子数目越多，电阻率越小。应用广泛，除测温、控温，在电子线路中作温度补偿外，还制成各类加热器，如电吹风等。

2、实验装置及原理

【实验装置】 FQJ—Ⅱ型教学用非平衡直流电桥，FQJ非平衡电桥加热实验装置(加热炉内置MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)以及控温用的温度传感器)，连接线若干。 【实验原理】 根据半导体理论，一般半导体材料的电阻率 和绝对温度 之间的关系为 (1—1) 式中a与b对于同一种半导体材料为常量，其数值与材料的物理性质有关。因而热敏电阻的电阻值 可以根据电阻定律写为 (1—2) 式中 为两电极间距离， 为热敏电阻的横截面， 。 对某一特定电阻而言， 与b均为常数，用实验方法可以测定。为了便于数据处理，将上式两边取对数，则有 (1—3) 上式表明 与 呈线性关系，在实验中只要测得各个温度 以及对应的电阻 的值， 以 为横坐标， 为纵坐标作图，则得到的图线应为直线，可用图解法、计算法或最小二乘法求出参数 a、b的值。 热敏电阻的电阻温度系数 下式给出 (1—4) 从上述方法求得的b值和室温代入式(1—4)，就可以算出室温时的电阻温度系数。 热敏电阻 在不同温度时的电阻值，可由非平衡直流电桥测得。非平衡直流电桥原理图如右图所示，B、D之间为一负载电阻 ，只要测出 ，就可以得到 值。

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当负载电阻 → ，即电桥输出处于开 路状态时， =0，仅有电压输出，用 表示，当 时，电桥输出 =0，即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性，在测量之前，电桥必须预调平衡，这样可使输出电压只与某一臂的电阻变化有关。 若R1、R2、R3固定，R4为待测电阻，R4 = RX，则当R4→R4+△R时，因电桥不平衡而产生的电压输出为： (1—5) 在测量MF51型热敏电阻时，非平衡直流电桥所采用的是立式电桥 ， ，且 ，则 (1—6) 式中R和 均为预调平衡后的电阻值，测得电压输出后，通过式(1—6)运算可得△R，从而求的 =R4+△R。

3、热敏电阻的电阻温度特性研究

根据表一中MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)之电阻~温度特性研究桥式电路，并设计各臂电阻R和 的值，以确保电压输出不会溢出(本实验 =1000.0Ω， =4323.0Ω)。 根据桥式，预调平衡，将“功能转换”开关旋至“电压“位置，按下G、B开关，打开实验加热装置

升温，每隔2℃测1个值，并将测量数据列表(表二)。

表一 MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)之电阻～温度特性 温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65 电阻Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748

表二 非平衡电桥电压输出形式(立式)测量MF51型热敏电阻的数据 i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 温度t℃ 10.4 12.4 14.4 16.4 18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4 热力学T K 283.4 285.4 287.4 289.4 291.4 293.4 295.4 297.4 299.4 301.4 0.0 -12.5 -27.0 -42.5 -58.4 -74.8 -91.6 -107.8 -126.4 -144.4 0.0 -259.2 -529.9 -789 -1027.2 -124.8 -1451.9 -1630.1 -1815.4 -1977.9 4323.0 4063.8 3793.1 3534.0 3295.8 3074.9 2871.1 2692.9 2507.6 2345.1

根据表二所得的数据作出 ～ 图，如右图所示。运用最小二乘法计算所得的线性方程为 ，即MF51型半导体热敏电阻(2.7kΩ)的电阻～温度特性的数学表达式为 。

4、实验结果误差

通过实验所得的MF51型半导体热敏电阻的电阻—温度特性的数学表达式为 。根据所得表达式计算出热敏电阻的电阻～温度特性的测量值，与表一所给出的参考值有较好的一致性，如下表所示： 表三 实验结果比较 温度℃ 25 30 35 40 45 50 55 60 65 参考值RT Ω 2700 2225 1870 1573 1341 1160 1000 868 748 测量值RT Ω 2720 2238 1900 1587 1408 1232 1074 939 823 相对误差 % 0.74 0.58 1.60 0.89 4.99 6.20 7.40 8.18 10.00 从上述结果来看，基本在实验误差范围之内。但我们可以清楚的发现，随着温度的升高，电阻值变小，但是相对误差却在变大，这主要是由内热效应而引起的。

5、内热效应的影响

在实验过程中，由于利用非平衡电桥测量热敏电阻时总有一定的工作电流通过，热敏电阻的电阻值大，体积小，热容量小，因此焦耳热将迅速使热敏电阻产生稳定的高于外界温度的附加内热温升，这就是所谓的内热效应。在准确测量热敏电阻的温度特性时，必须考虑内热效应的影响。本实验不作进一步的研究和探讨。 6、实验小结

通过实验，我们很明显的可以发现热敏电阻的阻值对温度的变化是非常敏感的，而且随着温度上升，其电阻值呈指数关系下降。因而可以利用电阻—温度特性制成各类传感器，可使微小的温度变化转变为电阻的变化形成大的信号输出，特别适于高精度测量。又由于元件的体积小，形状和封装材料选择性广，特别适于高温、高湿、振动及热冲击等环境下作温湿度传感器，可应用与各种生产作业，开发潜力非常大。

参考文献：

[1] 竺江峰，芦立娟，鲁晓东。 大学物理实验[M] [2] 杨述武，杨介信，陈国英。普通物理实验(二、电磁学部分)[M] 北京：高等教育出版社 [3] 《大学物理实验》编写组。 大学物理实验[M] 厦门：厦门大学出版社 [4] 陆申龙，曹正东。

篇三:《大学物理实验报告》

第三部分 基本实验指导

实验一、惠斯通电桥测电阻

电桥是利用比较法进行电磁测量的一种电路连接方式，它可以测量很多电学量，如电阻、电容、电感、互