常州工程學(xué)院物理實驗課件

1、2022/9/81物理實驗緒論及數(shù)據(jù)處理機電一體化專業(yè)【物理實驗課程達(dá)到的三個基本要求】1、在物理實驗的基本知識、基本方法、基本技能方面 （三基）得到嚴(yán)格而系統(tǒng)的訓(xùn)練。2、學(xué)習(xí)用實驗方法研究物理現(xiàn)象、驗證物理規(guī)律，加深對 物理理論的理解和掌握，并在實踐中提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。3、養(yǎng)成實事求是的科學(xué)態(tài)度和積極創(chuàng)新的科學(xué)精神。基本知識 包括實驗原理、各類儀器的結(jié)構(gòu)與工作機理、實驗的誤差分析、實驗結(jié)果的表述方法、如何對實驗結(jié)果進(jìn)行分析和判斷等。基本方法 包括如何根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵蟠_定實驗的思路與方案、如何選擇和正確使用儀器，如何減少誤差、如何采用一些特殊方法來獲得難以獲得的結(jié)果等。

2、基本技能 包括各種調(diào)節(jié)和調(diào)試技術(shù)（粗調(diào)、微調(diào)、準(zhǔn)直、調(diào)零、讀數(shù)、定標(biāo)等），電工技術(shù)（識別元件、焊接、排除故障、安全用電等），傳感技術(shù)（位移傳感器、溫度傳感器、光傳感器等）以及查閱文獻(xiàn)、自學(xué)、協(xié)作共事、總結(jié)歸納、口頭表達(dá)能力?！救绾芜M(jìn)行物理實驗】 預(yù)習(xí) 了解目的和要求及所用原理、方法和儀器設(shè)備 實驗操作與記錄 膽大心細(xì)、嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍 實驗中，不僅要動手而且要動腦；數(shù)據(jù)記錄必須真實，決不可任意 偽造和篡改 寫實驗報告 在預(yù)習(xí)報告的基礎(chǔ)上認(rèn)真分析和解釋實驗 結(jié)果，得出實驗結(jié)論【測量及實驗數(shù)據(jù)的處理】真值： 一個待測物理量的大小，在客觀上應(yīng)該有的真實的數(shù)值。 包含：理論真值、公認(rèn)真值、計量學(xué)約定

3、真值和標(biāo)準(zhǔn)器相對真值。誤差： 測量值和真值之差（也稱絕對誤差）。誤差 = 測量值 - 真值測量 ： 直接測量和間接測量兩種。 誤差分類（按其性質(zhì)和產(chǎn)生原因）：（a）系統(tǒng)誤差：器具誤差與調(diào)整誤差；理論誤差與方法誤差；環(huán)境誤差； 人員誤差。（有一定規(guī)律）（b）偶然誤差：對同一量多次測量過程中，以不可預(yù)知方式變化的測量誤差的分量。（c）疏失誤差：明顯超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差（也稱過失誤差或粗差）。誤差按其計算方法分類：其中x為測量值，X為真值絕對誤差： 相對誤差： 標(biāo)準(zhǔn)誤差（方均根誤差）：標(biāo)準(zhǔn)偏差：算術(shù)平均值稱為測量值的最佳值或近似值。儀器標(biāo)準(zhǔn)誤差： 間接測量結(jié)果與誤差的計算： 直接測量結(jié)果誤差的估

4、計： 有效數(shù)字：測量結(jié)果中可靠的幾位數(shù)字加上可疑的一位數(shù)字 統(tǒng)稱為測量結(jié)果的有效數(shù)字。（計算數(shù)據(jù)時遵循 四舍六入五成雙）。密度測定數(shù)據(jù)處理 實驗一 物質(zhì)密度的測定實驗一 物質(zhì)密度的測定 本實驗主要是應(yīng)用游標(biāo)卡尺、螺旋測微器來測量長度，用物理天平測量物體的質(zhì)量，通過對規(guī)則形狀物體密度的測定，掌握正確處理實驗數(shù)據(jù)的方法，正確書寫實驗報告，為以后的實驗奠定良好的基礎(chǔ)?！?實 驗 目 的 】 1、掌握規(guī)則形狀物體密度的測定方法。2、三種測量儀器（游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、物 理天平）的正確地使用 。 3、進(jìn)一步理解誤差和有效數(shù)字的概念，并能正 確地表示測量結(jié)果?！?實 驗 原 理 】 物體的密度 等于物體

5、的質(zhì)量 m 和它的體積V 之比，即 。 當(dāng)待測物體形狀是規(guī)則幾何體時，其體積可用數(shù)學(xué)方法算出。例如待測物體是一個直徑為d，高為h的圓柱體時，其體積V為 。由上式可見，只要測得圓柱體的質(zhì)量m 、直徑d 和高度h ，就可算出圓柱體的密度。 【 實 驗 儀 器 】 物理天平 游標(biāo)卡尺螺旋測微器形狀規(guī)則的金屬圓柱體【 實 驗 步 驟 】 1、記下游標(biāo)卡尺的分度值。用游標(biāo)卡尺測圓柱體不同部位的高 h 6次。2、記下螺旋測微器的分度值，測量其零點讀數(shù)3次，并求出平均值。用 螺旋測微器測圓柱體不同部位的直徑d 6次。 3、記下物理天平的最大稱量和分度值。將圓柱體放在物理天平的左盤， 稱得其質(zhì)量m1；再將圓柱

6、體放在物理天平的右盤，秤得其質(zhì)量m2；則 圓柱體的質(zhì)量 m ，此種方法稱為交換法（Sm儀由實驗室給出）。 4、計算出待測物體的密度. 5、由標(biāo)準(zhǔn)偏差的傳遞公式計算出s（），寫出測量結(jié)果。 【 注 意 事 項 】 1、對螺旋測微器的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行零點修正時， 應(yīng)注意零點讀數(shù)的正負(fù)，不要弄錯。2、必須嚴(yán)格地按照儀器的操作步驟進(jìn)行測量， 遵守儀器使用的注意事項?！?數(shù) 據(jù) 記 錄 表 】 表1-1 螺旋測微器的零點讀數(shù)表1-2 物體密度的測定游標(biāo)卡尺的使用 游標(biāo)卡尺簡稱卡尺，是一種常用的測量長度的量具，它的外形與結(jié)構(gòu)如圖1-l所示。游標(biāo)卡尺主要由主尺和可以沿主尺滑動的副尺（游標(biāo)尺）組成。鉗口A、B可用

7、來測量物體的外部尺寸；刀口A、B可用來測量管的內(nèi)徑和槽寬；尾尺C可用來測量槽和小孔的深度。圖1-1游標(biāo)卡尺的使用 主尺的最小分度為lmm，副尺上刻有游標(biāo)E，利用游標(biāo)可以把主尺上的估讀數(shù)準(zhǔn)確地測量出來。以10分度游標(biāo)為例，主尺的最小分度為1mm，游標(biāo)上10個小的等分刻度的總長度等于9mm，因此游標(biāo)上的每一小分度比主尺的最小分度相差0.1mm。當(dāng)鉗口A、B合在一起時，游標(biāo)的零刻度線與主尺的零刻度線重合。若在鉗口A、B間卡一長度為L的物體，副尺對在主尺上的某一位置，如圖22所示。物體長度L在毫米以上的整數(shù)部分x可以從游標(biāo)“0”線所對主尺的位置直接讀出；而毫米以下的部分x，則可由游標(biāo)讀出，即找出游標(biāo)上

8、第幾根刻線與主尺上刻線對得最齊。如圖12所示，x等于21mm，游標(biāo)上第六根刻線與主尺上的刻線對得最齊，則從圖上可見x等于60.1mm，物體的長度為21.6mm。如果游標(biāo)上第k根刻線與主尺某刻線對得最齊，則x就是k0.lmm，則物體的長度為L（xk0.l）mm圖1-2對于一般情況，若游標(biāo)上有n個分格，它的總長度與主尺上（nl）個最小分格的總長度相等，則每一游標(biāo)分度的長度b為b= 式中a為主尺最小分度的長度，主尺的最小分讀度與游標(biāo)分度的長度差為a-b = a- =式中稱為游標(biāo)卡尺的分度值，顯然，測量時，如果游標(biāo)上的第k條刻線與主尺某一刻線齊，則x = k 使用游標(biāo)卡尺時，可用左手拿待測物體，右手握

9、主尺，用拇指按在游標(biāo)的S部分推拉。要注意保護(hù)鉗口與刀口不被磨損?？ㄗ〈郎y物體時，松緊要適當(dāng)。當(dāng)需要將待測物體取下讀數(shù)時，要旋緊固定螺絲K。注意：游標(biāo)卡尺上數(shù)據(jù)的讀取另有一種簡便的方法，大家不妨一試，以圖1-2為例，下方游標(biāo)零刻度線對著主尺上21.0和22.0之間,同時偏向22.0,因此,其讀數(shù)應(yīng)在21.5和22.0之間,再看下方游標(biāo)刻度線(0-10)上哪一根刻度線跟主尺上的刻度線重合,我們發(fā)現(xiàn)正好6跟主尺上的刻度線重合,因此其讀數(shù)是21.6mm游標(biāo)卡尺的使用 螺旋測微器 螺旋測微器又稱千分尺，它是比游標(biāo)卡尺更精密的測長儀器，其分度值可在0.010.001mm之間。常用于測量細(xì)絲和小球的直徑以及

10、薄片的厚度等。螺旋測微器的外型與結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。螺母套管B、固定套管D和測砧E都固定在架G上。D上刻有主尺，主尺上有一條橫線（稱為讀數(shù)準(zhǔn)線），橫線上方刻有表示毫米數(shù)的刻線，橫線下方刻有表示半毫米的刻線。測微螺桿A和微分筒C、棘輪旋柄K連在一起。微分筒的刻度通常一圈為50分度，也有25分度和100分度的。現(xiàn)以0分度的微分簡為例，其測微螺桿的螺距為0.5mm。因此測微螺桿旋轉(zhuǎn)一周時，它沿軸線方向前進(jìn)（或后退）0.01mm。由此可見，該螺旋測微器的最小刻度為0.01mm，該值稱為這種螺旋測微器的分度值。圖1-3螺旋測微器 測量物體時，應(yīng)先將測微螺桿A退開，把待測物體放在E、A的兩測量面之間，然后

11、輕輕轉(zhuǎn)動棘輪旋柄K，使兩平面剛好與物體接觸。讀數(shù)時，從主尺上讀取0.5mm以上的部分，從微分筒上讀取余下尾數(shù)部分（估計到最小分度的十分之一，即1/1000 mm），然后兩者相加。例如圖1-4（a）圖中讀數(shù)為5.160mm；圖1-4（b）圖中讀數(shù)為5.660mm。圖1-4 注意:圖(a)和圖(b)有什么不一樣的地方?希望大家思考!螺旋測微器使用螺旋測微器應(yīng)注意以下幾點：1、檢查零點讀數(shù)，并對測量數(shù)據(jù)作零點修正。先使測微螺桿與測砧剛好 接觸，檢查微分筒“0線與讀數(shù)準(zhǔn)線是否重合。如果不重合，兩者之差 稱為零點讀數(shù)。應(yīng)注意零點讀數(shù)的正負(fù)，以便對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行零點修 正。2、檢查零點讀數(shù)和測長時，切忌直接

12、轉(zhuǎn)動測微螺桿和微分筒，以免過分 壓緊而損壞螺紋。應(yīng)輕輕轉(zhuǎn)動棘輪旋柄，待發(fā)出“咔、咔”聲時，即可 進(jìn)行讀數(shù)。3、測量完畢，應(yīng)使測砧和測微螺桿間留出一點間隙，以免因熱膨脹而損 壞螺紋。 天平是一種等臂杠桿，用來稱衡物體的質(zhì)量。物理天平的外形與結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。它的主要技術(shù)指標(biāo)有：1、最大稱量 ： 是指允許稱衡的最大質(zhì)量。2、分 度 值 ： 是指天平平衡時，使指針C產(chǎn)生一小格的偏轉(zhuǎn)在一端需加（或 減）的最小質(zhì)量。分度值的倒數(shù)稱為靈敏度。分度值越小，天平的靈敏度 越高。圖1-5物理天平 物理天平的操作步驟如下：1、安裝 從盒中取出橫梁后，辨別橫梁左邊和右邊的標(biāo)記，通常左邊標(biāo)有“l(fā)”， 右邊標(biāo)有2，掛

13、鉤和秤盤上也標(biāo)有1、2字樣。安裝時，左右分清，不可弄 錯，要輕拿輕放，避免刀口受沖擊。2、水平調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)底腳螺絲F和F，使水準(zhǔn)泡居中，以保證支柱B鉛直。有些天 平是采用鉛垂線和底柱準(zhǔn)尖對齊來調(diào)節(jié)水平的。3、零點調(diào)節(jié) 先把游碼D撥到刻度“0”處，順時針旋轉(zhuǎn)制動旋鈕G，支起橫梁，觀 察指針擺動，當(dāng)指針指“0”或在標(biāo)尺的“0”點左右作等幅擺動時，天平即平衡 了。如不平衡，調(diào)節(jié)平衡螺母E或E，使之平衡。4、稱衡 將待測物體放在左邊盤內(nèi)，硅碼加在右邊盤內(nèi)，橫梁L的游碼用于1g以 下的稱衡。當(dāng)天平平衡時，待測物體的質(zhì)量就等于硅碼的質(zhì)量與游碼所指值 （包括估讀的一位數(shù)字）之和。5、每次稱衡完畢，應(yīng)將制動旋鈕

14、逆時針旋轉(zhuǎn)，放下橫梁，再記桂碼和游碼的讀 數(shù)。物理天平 使用天平應(yīng)注意以下幾點 1、不允許用天平稱衡超過該天平最大稱量的物體。2、注意保護(hù)好刀口。在調(diào)節(jié)平衡螺母。取放物體、加減砝碼、 移動游碼及不用天平時，必須放下橫梁，制動天平。只有 判斷天平是否平衡時才支起橫梁。天平使用完畢，應(yīng)將秤 盤摘離刀口。 3、砝碼應(yīng)用鑷子取放，請勿用手，用完隨即放回硅碼盒內(nèi)。 不同精度級別的天平配用不同等級的砝碼，不能混淆。 物理天平 實驗二 元件伏安特性的研究 本實驗主要使用數(shù)字電壓表和數(shù)字電流表，利用伏安法對電學(xué)元件的特性進(jìn)行研究和分析，區(qū)別線性和非線性元件的特征，通過本實驗的訓(xùn)練達(dá)到熟悉儀表的使用，掌握電路的

15、連接方法和利用圖象處理數(shù)據(jù)的能力?！?實 驗 目 的 】 1、熟悉理解電學(xué)儀器的一上些常用技術(shù)指標(biāo)，并能掌握 其使用方法。 2、訓(xùn)練用回路接線法看圖接線。能夠熟練聯(lián)接電路。 3、學(xué)會用列表法記錄數(shù)據(jù)并分析其變化規(guī)律。4、了解非線性元件，如二極管的伏安特性，正向?qū)щ姾?反向截止的原理，理解其用途。 【 實 驗 原 理 】 電學(xué)元件兩端加上直流電壓U，在元件內(nèi)就會有電流I通過，通過元件的電流與端電壓之間的關(guān)系稱為電學(xué)元件的伏安特性。若以電壓U為橫坐標(biāo)，以電流I為縱坐標(biāo)，作出電流I隨電壓U變化的關(guān)系曲線，稱為元件的伏安特性曲線。 對于碳膜電阻、線統(tǒng)電阻等電學(xué)元件，在通常情況下，其伏安特性曲線是一直線

16、，如圖2-5所示。這類元件稱為線性元件，其電阻稱為線性電阻，它的電阻值等于該直線斜率的倒數(shù)。若電流大小不隨電壓成正比變化。其伏安特性曲線如圖2-6所示。伏安特性曲線為非直線的元件稱為非線性元件，其電阻稱為非線性電阻（如晶體二極管）。圖2-5 圖2-6 【 實 驗 儀 器 】 滑線變阻器，電阻箱 直流電壓表直流電流表 直流穩(wěn)壓電源，開關(guān) 【 實 驗 步 驟 】 一、測繪 線性電阻 的伏安特性曲線 1、按圖2-8采用回路接線法接線。即按箭頭所指的方向，由回路I的M點開始 連線，連至N點，再依次連接回路II回路III。電源在最后接入電路，接入 電路時開關(guān)呈斷開狀態(tài)。連線后，接回路I、II、III的順

17、序復(fù)查電路接線 是否正確；電源和電表的正、負(fù)極是否接對；電表的量程是否合適；滑線 變阻器的滑動端位置是否恰當(dāng)（應(yīng)先放在B處）等。再經(jīng)教師檢查認(rèn)可后 方能閉合開關(guān)K，如一切正常，即可開始實驗。2、調(diào)節(jié)變阻器的滑動端C，使電壓從零開始逐步增大，讀出相應(yīng)的電壓、電 流值，記入表2-1中。3、以電壓U為橫坐標(biāo)，電流I為縱坐標(biāo)，作出電阻的伏安特性曲線。用圖解法 求電阻值RL，并與其準(zhǔn)確值RLO（其值由實驗室給出）比較，計算相對誤差。 圖2-8 【 實 驗 步 驟 】 二、測繪 晶體二極管 伏安特性曲線 1、測二極管的正向伏安特性 按圖2-9電路接線，圖中R為二極管的限流電阻， 電壓表量程取1V左右，電壓

18、從零緩慢地增加，每隔0.10V讀數(shù)一次，將相應(yīng) 的電壓、電流值記入表2-2中。（當(dāng)電流值變化較快時，應(yīng)增加測量點）2、測二極管的反向伏安特性 按圖2-10電路接線，將毫安表換成微安表，電 壓表取比1V大的量程。調(diào)節(jié)變阻器的滑動端C，逐步增大電壓，從零開始每 隔1V讀數(shù)一次，將相應(yīng)的電壓、電流值記入表2-2中。3、以電壓U為橫坐標(biāo)，電流I為縱坐標(biāo)，作二極管的正、反向伏安特性曲線。 由于正向電流讀數(shù)為mA，反向電流讀數(shù)為A，在縱坐標(biāo)的上半段和下半段 坐標(biāo)紙每小格代表的電流值可以不同，但必須分別標(biāo)清楚。圖2-9 圖2-10 【 注 意 事 項 】 1、每次連接線路時要斷開電源，不要帶電操作。聯(lián)接好電

19、路后，應(yīng)仔 細(xì)檢查線路，防止電源和電流表短路。實驗時，若有短路現(xiàn)象，應(yīng) 立即切斷電源！2、測量時，應(yīng)緩慢增加電流，讀取數(shù)據(jù)（電流和電壓值），拆線時應(yīng) 先切斷電源，并拆除電源一端連線后，再拆其它導(dǎo)線，防止電源短 路。3、測量晶體二極管正向伏安特性時，首先應(yīng)測定晶體二極管正向?qū)щ?時的導(dǎo)通電壓，毫安表讀數(shù)不得超過二極管允許通過的最大正向電 流值（該值由實驗室給出）。4、測量晶體二極管反向伏安特性時，加在二極管上的電壓不得超過二 極管允許的最大反向電壓值（該值由實驗室給出）?！?數(shù) 據(jù) 記 錄 表 】 表2-1線性電阻的測量電流表量程 mA ； 準(zhǔn)確度等級 ； 內(nèi)阻 。電壓表量程 V； 準(zhǔn)確度等級

20、； 內(nèi)阻 。表2-2 非線性電阻的測量毫安表量程 mA； 準(zhǔn)確度等級 ； 內(nèi)阻 。電壓表量程 V； 準(zhǔn)確度等級 ； 內(nèi)阻 。 正 向 特 性 U/VI/A待測電阻的標(biāo)稱值RLb ; 微安表量程 A； 準(zhǔn)確度等級 ； 內(nèi)阻 。電壓表量程 V； 準(zhǔn)確度等級 ； 內(nèi)阻 。反 向 特 性直流電壓表的使用 直流電壓表是由表頭和一高電阻串聯(lián)而成，用于測量電路中兩點間電壓的大小它的主要技術(shù)指標(biāo)有：1、量程 即指針偏轉(zhuǎn)滿刻度時的電壓值。直流電壓表分伏特表、毫伏表 等，一般為多量程的。2、內(nèi)阻 即電表兩端間的電阻同一電壓表的不同量程，其內(nèi)阻亦不同。 但是，由于各量程的每伏歐姆數(shù)都相同，所以電壓表的內(nèi)阻一般用 /

21、V統(tǒng)一表示。各量程的內(nèi)阻可用下式計算： 內(nèi)阻 = 量程每伏歐姆數(shù)直流電流表的使用 直流電流表是由表頭和一低電阻并聯(lián)而成。用于測量電路中電流的大小。它的主要技術(shù)指標(biāo)有：1、量程： 即指針偏轉(zhuǎn)滿刻度時的電流值直流電流表分安培表、毫安表、 微安表等，一般為多量程的。2、內(nèi)阻一般安培表內(nèi)阻都在0.1以下，毫安表、微安表的內(nèi)阻可達(dá)幾百歐 姆到幾千歐姆。使用電表時應(yīng)注意以下幾點： 1、零點調(diào)整 測量前，先檢查電表指針是否指零。如不指零，用改錐細(xì)心 地調(diào)節(jié)零點調(diào)整螺絲，使指針指零。2、選擇量程 根據(jù)待測電流（或電壓）的大小，選擇合適量程的電流表（或 電壓表）進(jìn)行測量。如果選擇的量程小于電路中的電流（或電壓）

22、值，會 使電表損壞；如果選擇量程太大的表，指針偏轉(zhuǎn)角度太小，讀數(shù)就不準(zhǔn)確。 若測量值的范圍不知，應(yīng)先選用大量程的表試測，再根據(jù)試測值，選用合 適的量程，盡量使指針指示在滿量程的三分之二以上。3、電表的連接 電流表必須串聯(lián)在待測電路中；電壓表必須與被測電壓的兩 端并聯(lián)。 4、電表的極性 直流電壓表和電流表在接線時必須讓電流從表的“”極流入， 從“”極流出，切不可把極性接錯，以免損壞指針。5、電表的安放 應(yīng)按電表表面符號正確安放電表。如符號II，表示應(yīng)水平安放， 否則電表指示值不準(zhǔn)確。6、避免讀數(shù)視差 讀數(shù)時，必須使視線垂直于刻度表面。精密的電表刻度尺下 方裝有平面鏡，當(dāng)指針在鏡中的像與指針重合時

23、，所對準(zhǔn)的刻度才是電表的 準(zhǔn)確讀數(shù)。7、正確讀數(shù) 設(shè)電表的量程為Im（或Vm），電表的準(zhǔn)確度等級為K，則用該表進(jìn) 行測量時的可能引起的最大誤差I(lǐng)m（或Vm）按下式計算 或 讀數(shù)時，應(yīng)讀到有誤差的一位上。例如0.5級量程為150mA的電流表，其 0.8mA，則用此量程測量電流時，讀數(shù)應(yīng)讀到小數(shù)點后一位。 使用電表時應(yīng)注意以下幾點： 滑線變阻器及電阻箱的使用 滑線變阻器是用來控制電路中的電壓和電流的。其構(gòu)造如圖21（a）所示移動中間觸點C的位置，可改變AC或BC之間的電阻值，其在電路中表示為圖21（b）。它的主要技術(shù)指標(biāo)有：1、全電阻 即AB之間的電阻。2、額定電流 即變阻器允許通過的最大電流。使

24、用時不得超過該值。滑線變阻器有兩種用法：1、限流電路 如圖2-2所示，當(dāng)滑動C時，整個回路的電阻改變了，因此回路中電流也改 變，所以它能控制電路中電流的大小。該電路稱為限流電路。2、分壓電路 如圖2-3所示，接通電源后，UABUACUCB加在負(fù)載電阻RL上的輸出電壓 UCB取自UAB的一部分，隨著觸點C的位置變化，UCB大小可調(diào)。該電路稱為分壓電路。圖2-2 圖2-3電 阻 箱 旋轉(zhuǎn)式電阻箱面板圖如圖2-4所示。它是由電阻溫度系數(shù)較小的錳鋼絲繞制的標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)而成。旋轉(zhuǎn)電阻箱上的旋鈕，可以得到不同的電阻值。例如圖24各旋鈕所處位置表示的總電阻為4100003l00021002109l00= 4

25、3 229.0）。上部有四個接線柱，*與0.9兩接線之間的電阻值調(diào)節(jié)范圍為00.9。*與9.9兩接線柱間的電阻值凋節(jié)范圍為09.9；余者類推。在使用時，如果只需要在09.9范圍內(nèi)改變阻值，則應(yīng)選用*與9.9接線柱。這樣做，可以避免在電阻箱其余部分的接觸電阻和導(dǎo)線電阻給低電阻帶來的誤差影響。圖2-4 電阻箱的技術(shù)指標(biāo)有：1、總電阻 即最大電阻。如圖2-4所示電阻箱的總電阻為99 999.9。2、額定功率（或額定電流）指電阻箱中每只電阻的功率額定值（或允 許通過的最大電流）。使用中為了確保示值的準(zhǔn)確性和儀器的安全， 不得超過其額定功率（或額定電流）。若將一電阻箱的幾擋聯(lián)用， 額定電流應(yīng)取各擋額定電

26、流中的最小值。電阻箱的銘牌上均標(biāo)出了 各擋的額定電流值。實驗過程中若需要改變電阻值時，注意不要使 電阻箱電阻值變?yōu)榱悖悦鈸p壞電路中其它儀表。例如將900改 變?yōu)?000，應(yīng)先將1000的旋鈕轉(zhuǎn)到“1”位置，再將100的旋鈕 轉(zhuǎn)到“0”位置。3、電阻箱的準(zhǔn)確度等級 電阻箱根據(jù)電阻示值相對極限誤差的大小分為若干個準(zhǔn)確度等級。 一般分為0.02、0.05、0.1、0.2四個等級，它表示電阻箱相對誤差的百分?jǐn)?shù)。例如：ZX 21型電阻箱的等級為0.1級，當(dāng)電阻示值為360時，其等級誤差大小為。不同等級的電阻箱 規(guī)定允許的接觸電阻標(biāo)準(zhǔn)也不同。例如，0.1級規(guī)定每個旋鈕的接觸電阻不得大于0.002。 電阻

27、箱的儀器誤差等于它的等級誤差與接觸誤差之和。實驗三 楊氏模量的測定 固體材料楊氏模量的測量是一個基本實驗。該實驗可以學(xué)習(xí)和掌握基本長度和微小位移量測量的方法和手段，提高學(xué)生的實驗技能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微小位移量的測量技術(shù)愈來愈先進(jìn)，本實驗采用霍爾位置傳感器法楊氏模量實驗儀。該儀器是在彎曲法測量固體材料楊氏模量的基礎(chǔ)上，加裝霍爾位置傳感器而成的。通過霍爾位置傳感器的輸出電壓與位移量線性關(guān)系的定標(biāo)和微小位移量的測量，有利于聯(lián)系科研和生產(chǎn)實際，使學(xué)生了解和掌握微小位移的非電量電測新方法。 本實驗中增加了霍爾位置傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、特性及使用方法的了解，將先進(jìn)科技成果應(yīng)用到教學(xué)實驗中，擴大了大家的

28、知識面，所以本儀器也是經(jīng)典實驗教學(xué)現(xiàn)代化的一個范例。【 實 驗 目 的 】 1、熟悉霍爾位置傳感器的特性；2、彎曲法測量黃銅的楊氏模量；3、測黃銅楊氏模量的同時，對霍爾位置 傳感器定標(biāo)；4、用霍爾位置傳感器測量可鍛鑄鐵的楊氏模量。 【 實 驗 原 理 】 楊氏模量楊氏模量測定儀主體裝置如圖2所示,在橫梁彎曲的情況下，楊氏模量Y可以用下式表示：其中：d為兩刀口之間的距離，M為所加砝碼的質(zhì)量，a為梁的厚度，b為梁的寬度，z為梁中心由于外力作用而下降的距離，g為重力加速度?；魻栁恢脗鞲衅?： 霍爾元件置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，在垂直于磁場方向通以電流I，則與這二者相垂直的方向上將產(chǎn)生霍爾電勢差 U

29、H ： 式中K為元件的霍爾靈敏度。如果保持霍爾元件的電流I不變，而使其在一個均勻梯度的磁場中移動時，則輸出的霍爾電勢差變化量為： 上式中為位移量，此式說明若 為常數(shù)時， 與 成正比。 霍爾電勢差與位移量之間存在一一對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)位移量較小（2MM），這一對應(yīng)關(guān)系具有良好的線性。【 實 驗 儀 器 】 霍爾位置傳感器 讀數(shù)顯微鏡霍爾位置傳感器輸出信號測量儀 【 實 驗 步 驟 】 一、調(diào)試步驟1、將橫梁穿在砝碼銅刀口內(nèi)，安放在兩立柱刀口的正中央位置。接 著裝上銅杠桿，將有傳感器一端插入兩立柱刀口中間，該杠桿中 間的銅刀口放在刀座上。圓柱型拖尖應(yīng)在砝碼刀口的小圓洞內(nèi)， 傳感器若不在磁鐵中間，可以松弛

30、固定螺絲使磁鐵上下移動，或 者用調(diào)節(jié)架上的套筒螺母旋動使磁鐵上下微動，再固定之。注意 杠桿上霍爾傳感器的水平位置（圓柱體有固定螺絲）。2、將銅杠桿上的三眼插座插在立柱的三眼插針上，用儀器電纜一端連 接測量儀器，另一端插在立柱另外三眼插針上；接通電源，調(diào)節(jié)磁 鐵或儀器上調(diào)零電位器使在初始負(fù)載的條件下儀器指示處于零值。 大約預(yù)熱十分鐘左右，指示值即可穩(wěn)定。3、調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡目鏡，直到眼睛觀察鏡內(nèi)的十字線和數(shù)字清晰，然 后移動讀數(shù)顯微鏡使通過其能夠清楚看到銅刀口上的基線，再轉(zhuǎn)動 讀數(shù)旋鈕使刀口點的基線與讀數(shù)顯微鏡內(nèi)十字刻線吻合?！?實 驗 步 驟 】 二、霍爾位置傳感器的定標(biāo)在進(jìn)行測量之前，要求符合

31、上述安裝要求，并且檢查杠桿的水平、刀口的垂直、掛砝碼的刀口處于梁中間，要防止外加風(fēng)的影響，杠桿安放在磁鐵的中間，注意不要與金屬外殼接觸，一切正常后加砝碼，使黃銅樣品梁彎曲產(chǎn)生位移Z ；精確測量傳感器信號輸出端的數(shù)值與固定砝碼架的位置Z的關(guān)系，也就是用讀數(shù)顯微鏡對傳感器輸出量進(jìn)行定標(biāo)，測量數(shù)據(jù)如表1所示，可以看出，U-Z之間呈很好的線形關(guān)系.三、楊氏模量的測量 用直尺測量橫梁的長度d，游標(biāo)卡尺測其寬度b，千分尺測其厚度a，利用已經(jīng)標(biāo)定的數(shù)值， 用逐差法對表1的數(shù)據(jù)算出樣品在M=60.00g的作用下產(chǎn)生的位移量。算出黃銅樣品在重物作用下的位移?！?基 本 計 算 】 1、計算樣品的楊氏模量：利用下

32、式計算出黃銅的楊氏模量。2、計算霍爾位置傳感器的靈敏度 ：利用下式計算霍耳位置傳感器的靈敏度 。所以霍爾位置傳感器的靈敏度為： 3、計算樣品的楊氏模量：利用下式計算出黃銅的楊氏模量?！?注 意 事 項 】 1、梁的厚度必須測準(zhǔn)確。在用千分尺測量黃銅厚度時，將千 分尺旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)將要與金屬接觸時，必須用微調(diào)輪。當(dāng)聽 到答答答三聲時，停止旋轉(zhuǎn)。有個別學(xué)生實驗誤差較大， 其原因是千分尺使用不當(dāng)，將黃銅梁厚度測得偏??；2、讀數(shù)顯微鏡的準(zhǔn)絲對準(zhǔn)銅掛件（有刀口）的標(biāo)志刻度線時， 注意要區(qū)別是黃銅梁的邊沿，還是標(biāo)志線；3、霍爾位置傳感器定標(biāo)前，應(yīng)先將霍爾傳感器調(diào)整到零輸出 位置，這時可調(diào)節(jié)電磁鐵盒下的升降桿上

33、的旋鈕，達(dá)到零 輸出的目的，另外，應(yīng)使霍爾位置傳感器的探頭處于兩塊 磁鐵的正中間稍偏下的位置，這樣測量數(shù)據(jù)更可靠一些；4、加砝碼時，應(yīng)該輕拿輕放，盡量減小砝碼架的晃動，這樣 可以使電壓值在較短的時間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定值，節(jié)省了實驗時 間；5、實驗開始前，必須檢查橫梁是否有彎曲，如有，應(yīng)矯正。 【 數(shù) 據(jù) 記 錄 表 】 表1 霍爾位置傳感器靜態(tài)特性測量0.0020.0040.0060.0080.00100.00 用直尺測量橫梁的長度d，游標(biāo)卡尺測其寬度b，千分尺測其厚度a，測量數(shù)據(jù)分別為 d = , b = , a = 霍爾位置傳感器霍爾位置傳感器 ： 霍爾元件置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中，在垂直于磁場

34、方向通以電流I，則與這二者相垂直的方向上將產(chǎn)生霍爾電勢差 UH ： 式中K為元件的霍爾靈敏度。如果保持霍爾元件的電流I不變，而使其在一個均勻梯度的磁場中移動時，則輸出的霍爾電勢差變化量為： 上式中為位移量，此式說明若 為常數(shù)時， 與 成正比。 霍爾電勢差與位移量之間存在一一對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)位移量較小（2MM），這一對應(yīng)關(guān)系具有良好的線性。為實現(xiàn)均勻梯度的磁場，可以如圖1所示，兩塊相同的磁鐵（磁鐵截面積及表面磁感應(yīng)強度相同）相對放置，即N極與N極相對，兩磁鐵之間留一等間距間隙，霍爾元件平行于磁鐵放在該間隙的中軸上。間隙大小要根據(jù)測量范圍和測量靈敏度要求而定，間隙越小，磁場梯度就越大，靈敏度就越高。磁

35、鐵截面要遠(yuǎn)大于霍爾元件，以盡可能的減小邊緣效應(yīng)影響，提高測量精確度?；魻栁恢脗鞲衅?若磁鐵間隙內(nèi)中心截面處的磁感應(yīng)強度為零，霍爾元件處于該處時，輸出的霍爾電勢差應(yīng)該為零。當(dāng)霍爾元件偏離中心沿Z軸發(fā)生位移時，由于磁感應(yīng)強度不再為零，霍爾元件也就產(chǎn)生相應(yīng)的電勢差輸出，其大小可以用數(shù)字電壓表測量。由此可以將霍爾電勢差為零時元件所處的位置作為位移參考零點?；魻栯妱莶钆c位移量之間存在一一對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)位移量較小（ 2MM ），這一對應(yīng)關(guān)系具有良好的線性。1.銅刀口上的基線2.讀數(shù)顯微鏡 3.刀口4.橫梁 5.銅杠桿（頂端裝有95A型集成霍爾傳感器） 6.磁鐵盒 7.磁鐵（N極相對放置）8.調(diào)節(jié)架9砝碼讀數(shù)

36、顯微鏡 讀數(shù)顯微鏡是一種用來精密測量位移或長度的儀器，它是由一個顯微鏡和一個類似于千分尺的移動裝置構(gòu)成。如上圖所示，當(dāng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)鼓時，鏡筒就會來回移動，從目鏡中可以看到，十字叉絲在視場中移動，從固定標(biāo)尺和轉(zhuǎn)鼓上就可以讀出十字叉絲的移動距離。固定標(biāo)尺內(nèi)螺桿的螺距為 1mm,轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動一圈時，鏡筒移動1mm，轉(zhuǎn)鼓上刻有100個等分格，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動一格，鏡筒移動0.01mm，所以讀數(shù)顯微鏡的分度值為0.01mm，具體測量時還可以估讀到千分之一毫米位。技 術(shù) 指 標(biāo)、（1）讀數(shù)顯微鏡 型號 放大倍數(shù) 分度值 測量范圍 （2）砝碼 （3）三位半數(shù)字面板表 （4）測量儀放大倍數(shù) 3-5倍 型實驗四 多用電表的使用

37、多用電表的量程廣，體積小，具有多種用途，使用方便，是電子測量中最常用的工具之一。一般用于電阻、電壓、電流的測量，也可以測量晶體管的主要參數(shù)及電容器的電容量等。因此，多用電表的使用是一項基本的技能。 本實驗主要通過研讀多用表說明書等相關(guān)資料，引導(dǎo)學(xué)生了解多用表的功能；通過對常用元件的識別，幫助學(xué)生掌握多用表的使用方法。 【 實 驗 目 的 】 1、掌握多用表的基本使用方法。2、熟識常用基本元件 - 電阻、電容、 晶體管、電感器）。 【 實 驗 原 理 】 常見的多用表有指針式多用表和數(shù)字式多用表。指針式多用表是一表頭為核心部件的多功能測量儀表，測量值由表頭指針指示讀取。數(shù)字式多用表的測量值由液晶

38、顯示屏直接以數(shù)字的形式顯示，讀取方便，有些還帶有語音提示功能。多用電表是公用一個表頭，集電壓表、電流表和歐姆表于一體的儀表。多用電表的直流電流檔是多量程的直流電壓表，表頭并聯(lián)閉路式分壓電阻即可擴大其電壓量程。多用電表的直流電壓檔是多量程的直流電壓表，表頭串聯(lián)分壓電阻即可擴大其電壓量程，分壓電阻不同，相應(yīng)的量程也不同。多用電表的表頭為磁電測量機構(gòu)，它只能通過直流電，利用二極管將交流變?yōu)橹绷?，從而實現(xiàn)對交流電的測量。 【 實 驗 儀 器 】 多用電表電容器、電感器、晶體管暗箱（電學(xué)元件的判斷） 【 實 驗 內(nèi) 容 】 1、多用表功能、操作等的研讀 要求：通過閱讀說明書了解所用多用表的結(jié)構(gòu)、工作原理

39、、 功能，以及使用注意事項。2、電阻、電容、二極管等常用元件的識別 要求：能用多用表正確判斷電學(xué)暗箱中的元件名稱，并測量 其基本參數(shù)?！?多用電表的結(jié)構(gòu) 】 一塊普通的多用電表通常是由表頭、測量電路、轉(zhuǎn)換開關(guān)、插孔等結(jié)構(gòu)組成，測量線路的主要作用就是要將所有被測的電量轉(zhuǎn)換成為適合于表頭指標(biāo)的電量，主要是由分壓電阻、分流電阻、整流器等元件構(gòu)成的，我們這里介紹的就是多用電表的主要構(gòu)成部分。 1、多用表的表頭 多用電表的表頭是由磁電式的微安表構(gòu)成，它是多用電表進(jìn)行測量時的公用部分，也是一個很精密的機構(gòu)，內(nèi)部由一塊永久性磁鐵一個可動的線圈構(gòu)成，這個可動的線圈稱為動圈，動圈的電阻稱之為表頭的內(nèi)阻用Rg表示

40、，當(dāng)有電流流動通過線圈時，動圈與永久性磁鐵相互作用產(chǎn)生一個磁場力，這個力使線圈發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這時固定在線圈上的指針與線圈一起發(fā)生偏轉(zhuǎn)來顯示偏轉(zhuǎn)的角度，偏轉(zhuǎn)的角度與動圈中所通過的電流成比例關(guān)系，根據(jù)這個關(guān)系在標(biāo)度盤上標(biāo)出各電量的數(shù)值，從而達(dá)到測量的目的。 【 多用電表的結(jié)構(gòu) 】圖 1 多用電表的表頭實際上是一塊動圈式的直流電流表，所以可以用來測量極小的直流電流，用在國產(chǎn)多用電表上的大都是50uA級的表頭，倘若被測電流大于表頭所能允許測量的最大電流時，就需要在表頭加一個與表頭并聯(lián)的分流電阻。在一定的分流電阻Rs下，通過表頭的電流Ig與被測電流I成正比例關(guān)系，所以只要按指針偏轉(zhuǎn)的角度直接讀出刻度盤上所標(biāo)

41、出的數(shù)值，就是被測電流的值。實際上多用電表中的直流電流的測量線路就是將多個分流電阻串接起來。組成一個多量程的直流電流表，如圖1所示2、直流電流表【 多用電表的結(jié)構(gòu) 】 多用電表的表頭是一塊直流電流表，但是由于表頭具有一定的內(nèi)阻，電流通過表頭就會產(chǎn)生一定的壓降，而這個壓降的大小與通過的電流成正比，所以直接用表頭也可以測量很低的電壓值，但是為了擴展表頭測量直流電壓的范圍，就需要加一個與表頭串聯(lián)的分壓電阻，如圖2 A、B所示，測量時將電壓表并接在被測電壓的兩端。這時通過表頭的電流Is=V/（Rg+RD），由于表頭內(nèi)阻Rg與分壓電阻RD的阻值是不變的，因此被測電壓與通過表頭的電流成正比例關(guān)系，所以在刻

42、度盤上，根據(jù)指針偏轉(zhuǎn)的角度就能讀出被測電壓的數(shù)值。 3、電壓表 ABC圖 2【 多用電表的結(jié)構(gòu) 】 多用電表用作測量電阻時，實際上是測量流過被測電阻 Rx的電流，如圖2中 C所示。4、歐姆表【 多用電表測試技術(shù) 】 萬用電表雖然型號很多，但是除精度，測量范圍以及靈敏度等有所區(qū)別外，在用途及使用方法上都是相同的?，F(xiàn)以MF-74型多用電表面板為例介紹其面板及使用方法。1、面板裝置S1為測量項目和量程選擇開關(guān)，分為直流電壓檔、交流電壓檔、直流電流檔和歐姆檔。S2為機械零點校正器，是一只校正表頭機械零點的螺絲，當(dāng)電表水平放置，若指針靜止時不指在“0”點上，應(yīng)調(diào)整這個螺絲，使指針指在“0”點上。（A）（

43、B）（C）（D）為測試表筆插口，（D）為一公共插口，測量時插入黑色表筆、（C）口測量時插入紅色表筆，（A）口為測量大于1000V電壓時插入紅色表筆，（B）口為測量大于500MA電流時插入紅色表筆。S3為歐姆檔零點調(diào)整電位器，是多用電表測量電阻時，在“+”“-”插口短路的情況下，依靠歐姆調(diào)整電位器進(jìn)行滿度（即零歐姆）校正。 （E）是用來測試晶體管hFE的管座?！?多用電表測試技術(shù) 】2、表頭刻度與符號 表頭有6條刻度線，第一條為電阻刻度線、第二條為測量直流電壓、直流電流、交流電流之用，第三條為測量晶體管放大倍數(shù)之用，第四條供測電容之用，第五條測電感用，第六條為測量電平用。 A-V-：表示該多用電

44、表是可測量電流、電壓和電阻的三用表20K/V表示該多用電表的直流電壓靈敏度為20KV，這是一個衡量多用電表性能的重要參數(shù)。v表示這只電壓表測量每伏直流電壓需要多少歐姆內(nèi)阻，實際上他是電流表靈敏度的倒數(shù)。/V愈大表示電表滿度時需要的電流愈小，即表頭靈敏度愈高，直流電壓靈敏度愈高，測量結(jié)果越準(zhǔn)確。3、使用方法 使用前首先檢查指針是否指在機械零位上，如不指在零位時，可旋轉(zhuǎn)S2調(diào)零螺絲使指針指在零位上。將紅、黑表筆分別插入“+”“-”插座中?！?多用電表測試技術(shù) 】 3.1 測量直流電流 將量程及項目選擇開關(guān)撥至直流電流檔，根據(jù)被測量的大約數(shù)值選擇適當(dāng)?shù)牧砍?，而后將表筆串人被測電路中，由表頭讀出被測量

45、的數(shù)值。3.2 交直流電壓的測量 測量交流或直流電壓時，同樣首先將量程及項目開關(guān)旋至相應(yīng)位置，根據(jù)被測量的大約數(shù)值選擇適當(dāng)量程，而后將兩表筆分別接于被測電路兩端。再從表頭刻度線上讀出被測量值。 3.3 直流電阻的測量 轉(zhuǎn)動項目及量程旋鈕至相應(yīng)位置上，將兩表筆短接調(diào)整S3零歐姆調(diào)整電位器使指針指在歐姆零點上，然后分開表筆進(jìn)行測量。測量電路中的電阻時，應(yīng)先切斷電源，如電路中有電容應(yīng)先放電。 【 多用電表測試技術(shù) 】 4、多用電表歐姆檔檢查元件質(zhì)量判斷元件極性4.1多用電表檢查電容器的質(zhì)量 由于多用電表的歐姆檔具有電源，電路中的電阻元件可以看成一個等效電阻Ro當(dāng)測量電容器時，被測電容與歐姆檔電路一起

46、構(gòu)成了一個一階RC網(wǎng)絡(luò)，如圖4所示。測量時當(dāng)兩表剛與電容器兩端接觸時，E要對C充電，電路中有電流通過表頭，指針將向零歐姆方向偏轉(zhuǎn)并達(dá)到某一數(shù)值。隨著充電過程的慢慢結(jié)束，指針便逐漸返回，如果電容器中間絕緣介質(zhì)的電阻為無窮大，充電過程結(jié)束后，回路中將不再有電流流動，指針也將返回起始點；若絕緣介質(zhì)的電阻不是無窮大，指針最后將停留在某一較大的電阻刻度上。從指針偏轉(zhuǎn)的大小，及指針最后停留的位置，可判斷電容器電容量的大小及質(zhì)量的好壞。圖4 同一個量程檔上，若指針偏轉(zhuǎn)越大，說明電容器的容量越大。若偏轉(zhuǎn)比正常的同樣的電容器小，則說明該電容器的容量已減小。指針最后停留處的阻值越大，說明電容器的漏電越?。ㄖ羔?biāo)?/p>

47、的阻值就是漏電阻，一般電容器的漏電阻很大約為幾十幾百兆歐），若最后停留在處，說明此電容器不漏電。若指針偏轉(zhuǎn)后不返回，則說明電容器內(nèi)部已短路，絕緣介質(zhì)被擊穿。若指針不偏轉(zhuǎn)，則說明電容器內(nèi)部已開路或電容器的容量非常小。當(dāng)被測電容很小時（幾PF幾百PF），電容器充電時間極短，回路中的電流也很小，即便是用x10K檔，也不易看到表針的擺動，這時只要表針仍處于位置，則可認(rèn)為電容器是好的。若表針偏離了位置，則說明此電容漏電。因此對于小容量的電容器，用多用電表只能檢查其短路故障，而對開路故障一般不易查出）。 【 多用電表測試技術(shù) 】 【 多用電表測試技術(shù) 】 用歐姆檔檢查電感器時，只能判別它是否有開路故障，以

48、及測量其電阻值的大小。對電感器內(nèi)部是否有短路故障一般不易查出。測量時，若測出電感器的阻值為無窮大，則說明電感器的內(nèi)部已經(jīng)開路，是不能再使用了，若測出的阻值較大，說明該電感器的Q值較低，不易在Q值要求較高的情況下使用。4.2 多用電表檢查電感器的質(zhì)量 4.3 用多用電表判斷二極管的極性 4.4 用多用電表判斷三極管的極性 附：電學(xué)元件的判斷、合元件的判斷（暗箱）實驗五 示波器的使用 示波器是一種顯示各種電壓波形的儀器。它利用被測信號產(chǎn)生的電場對示波管中電子運動的影響來反映被測信號電壓的瞬變過程，由于電子慣性小，荷質(zhì)比大，因此示波器具有較寬的頻率響應(yīng)，用以觀察變化極快的電壓瞬變過程，因而它具有較廣

49、的應(yīng)用范圍。一切能轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柕碾妼W(xué)量（如電流、電功率、阻抗等）和非電學(xué)量（如溫度、位移、速度、壓力、光強、磁場、頻率等），其隨時間的瞬變過程都可以用示波器進(jìn)行觀察和測量分析。本實驗通過用示波器觀察各種電信號的波形，測量直流電壓，測量交流信號的電壓、周期、頻率和位相等參數(shù)。了解示波器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，較熟悉地掌握示波器的調(diào)節(jié)和使用?！?實 驗 目 的 】 1、了解示波器的結(jié)構(gòu)和原理； 2、掌握示波器的基本操作方法； 3、利用示波器觀察李薩如圖形，學(xué)會一種測 量簡諧振動頻率的方法?！?實 驗 原 理 】 示波器的結(jié)構(gòu)與工作原理 圖 5-1 示波管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-1所示。在燈絲HH中通以

50、一定的電流將陰極K加熱時，陰極K就有電子發(fā)射出來，這些電子穿過控制柵極G，在加速區(qū)（A1、A2、A3）聚焦、加速后，飛向熒光屏上的P點，使屏L的熒光物質(zhì)發(fā)光而形成亮點。調(diào)節(jié)陽極A2的電壓，可以改變A2與A1、A3之間的電場，以改變電子束的收縮程度，從而控制熒光屏上光點直徑的大小，這個過程稱為聚焦。為了控制熒光屏上亮點的位置，示波管內(nèi)裝有兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)板，即X軸（X1、X2）偏轉(zhuǎn)板和Y軸（Y1、Y2）偏轉(zhuǎn)板。如果在偏轉(zhuǎn)板上加有電壓，電子束通過偏轉(zhuǎn)板時將受電場力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，熒光屏上亮點的位置也隨之改變?！?實 驗 原 理 】 如下圖5-2所示，如果在X軸偏轉(zhuǎn)板上加一鋸齒波電壓（Y軸偏轉(zhuǎn)板

51、上不加任何電壓），這時熒光屏上的亮點由A勻速地向B移動，到B后又馬上返回A，并不斷重復(fù)這一過程。我們把電子射線沿X軸方向從左到右作勻速的移動過程稱為掃描。由于熒光材料具有一定的余輝時間，于是在熒光屏上呈現(xiàn)出一條水平的掃描亮線。圖 5-2 此時再在Y偏轉(zhuǎn)板上加一正弦交流信號電壓，如圖5-2所示，則電子束不僅受到水平電場力的作用，而且還受到豎直方向的電場力的作用。若正弦交流信號電壓與鋸齒波電壓的周期完全相同，或者后者是前者的整數(shù)倍，則熒光屏上可顯示出一個或整數(shù)個完整的正弦波波形。由此可見，在X偏轉(zhuǎn)板上加一鋸齒波電壓的情況下，示波管熒光屏上所顯示的波形就是加在Y偏轉(zhuǎn)板上的待測信號的波形，這就是示波器

52、顯示波形的基本原理。 為了觀測幅度不同的信號，示波器內(nèi)設(shè)有放大和衰減系統(tǒng)。對輸入的小信號進(jìn)行放大；對輸入的大信號進(jìn)行衰減，以便在熒光屏上顯示出適中的波形。 【 實 驗 原 理 】 李薩如圖形 如果示波器的X、Y軸同時輸入的都是正弦交流信號電壓，熒光屏上亮點的軌跡將是兩個相互垂直的簡諧振動合成的結(jié)果。特別當(dāng)兩個正弦交流信號電壓的頻率相等或成簡單整數(shù)比時，亮點的軌跡為一穩(wěn)定的曲線，這種合振動的圖形稱為李薩如圖形，如表5-1 李薩如圖形的形狀與X、Y軸輸入的正弦交流信號的頻率之間有一個簡單的關(guān)系式，即 式中fX、fY分別為X、Y軸輸入的兩個正弦交流信號電壓的頻率；NX、NY分別為 X、Y方向切線對李

53、薩如圖形的切點數(shù)。利用李薩如圖形的這一特征，就可用已知信號電壓的頻率（如fY測量未知信號電壓的頻率（如fX）?！?實 驗 儀 器 】 示波器 功率函數(shù)信號發(fā)生器 ZL-1整流波形儀【 實驗內(nèi)容及步驟 】 （一）檢查示波器的工作情況。（二）觀察信號的波形1、打開功率函數(shù)信號發(fā)生器，將信號發(fā)生器“頻率顯示”開關(guān)向“內(nèi)”，選 取所需頻率，在顯示屏上觀察到相應(yīng)的頻率數(shù)值?！罢也ǚ取敝糜?最大，“方波幅度”置于最大，“正弦波衰減”置于“0dB”。2、用導(dǎo)線將信號發(fā)生器的“正弦波”和“”端鈕分別接至示波器的“Y軸輸 入”和“接地”端鈕。3、調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的“頻率細(xì)調(diào)”旋鈕，將信號發(fā)生器的頻率調(diào)至100

54、Hz， 調(diào)節(jié)示波器的“掃描微調(diào)”和“整步增幅”旋鈕，使示波器上出現(xiàn)穩(wěn)定的 圖形。4、用導(dǎo)線將信號發(fā)生器的“方波”和“”端鈕分別接至示波器的“Y軸輸入” 和“接地”端鈕。觀察方波的波形。5、用導(dǎo)線將信號發(fā)生器的“三角波”和“”端鈕分別接至示波器的“Y軸輸 入”和“接地”端鈕，觀察三角波的波形。將上述觀察結(jié)果記入表一。【 實驗內(nèi)容及步驟 】 （三）、觀察李薩如圖形1、將示波器上的“X軸衰減”置于“10”檔；用導(dǎo)線將整流波形儀6V.50Hz的 輸出端接到示波器的“Y軸輸入”；2、用導(dǎo)線將信號發(fā)生器的“正弦波”和“”端鈕分別與示波器的“X軸輸入” 和“接地”端鈕連結(jié)。3、調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的輸出信號頻率，

55、得出不同頻率比的李薩如圖形。讀 出信號頻率的數(shù)值；畫出李薩如圖形，記入表二中。 （四）觀察整流波形 利用ZL-1整流波形儀，在示波器上觀察交流電的正弦波、全波整流 的各種波形?！?注 意 事 項 】 1、為了保護(hù)熒光屏不被灼傷，使用示波器時， 光點亮度不能太強，而且也不能讓光點長 時間停在熒光屏的一點上。2、實驗過程中，如果短時間不使用示波器， 可將“輝度”旋鈕逆時針旋至盡頭，使光點 消失。不要經(jīng)常通斷示波器，以免縮短示 波器的使用壽命?！?數(shù) 據(jù) 記 錄 表 】 表 1信號波形圖 正弦波 方 波 三角波表 2記錄整流后的波形： 示 波 器 簡 介示 波 器 簡 介示 波 器 簡 介示 波 器

56、 的 操 作（一）調(diào)節(jié)1、電源電壓的設(shè)置 本示波器具有二種電源電壓設(shè)置，在接通電源前，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)參見儀器后蓋提示將開關(guān)置合適檔位，并選擇合適的保險絲裝入保險絲盒。2、面板一般功能的檢查（l）將有關(guān)控制件位置表52位置（2）接通電源，電源指示燈亮、稍等預(yù)熱，屏幕中出現(xiàn)光跡，分別調(diào)節(jié)亮度和聚焦旋鈕，使光跡的亮度適中、清晰。（3）通過連接電纜將本機校準(zhǔn)信號輸入至CH1通道。示 波 器 的 操 作（4）調(diào)節(jié)電平旋鈕使波形穩(wěn)定，分別調(diào)節(jié)垂直移位和水平移位，使波形 與圖4-3吻合。（5）將連接電纜換至CH2通道插座，垂直方式置“CH2”，重復(fù)（4）操作圖 4-33、亮度控制 調(diào)節(jié)輝度電位器，使屏幕顯示

57、的軌跡、亮度適中。一般觀察不宜太亮，以避免熒光屏過早老化。高亮度的顯示用于觀察一些低重復(fù)頻率信號的快速顯示。示 波 器 的 操 作7、信號連接 4、垂直系統(tǒng)的操作5、水平系統(tǒng)的操作 6、觸發(fā)控制 （二）測量1、測量前的檢查和調(diào)整 2、幅值的測量 3、時間測量 功率函數(shù)信號發(fā)生器 面板控制器說明DCY3A型功率函數(shù)信號發(fā)生器面板控制的作用分別敘述如下：l、電源開： 儀器電源開關(guān)，當(dāng)此開關(guān)向“電源開”位置時，顯示屏顯示出紅光，開關(guān)板向其反方向，表示此時電源關(guān)斷。2、頻率范圍： 儀器輸出信號頻率范圍選擇開關(guān)，其中由 50HZ500KHZ分11檔調(diào)節(jié)頻率粗調(diào)，并從分檔中再設(shè)頻率細(xì)調(diào)，F(xiàn)A為第一細(xì)調(diào)。它

58、由一只多圈電位器組成，可連續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)整10圈來改變頻率，F(xiàn)C為第二細(xì)調(diào)，能對輸出信號作0IHZ細(xì)調(diào)。3、正弦波幅度： 正弦波信號輸出幅度調(diào)節(jié)器，可改變正弦波的幅度大小，分一4010dB及功率檔，和 09dB細(xì)調(diào)。功率函數(shù)信號發(fā)生器 4、輸出：（a）“ ”為方波輸出接口。（b）“/V”為三角波輸出接口。（c）“ ”為正弦波輸出接口。（d）“ ”輸出接地端。5、輸入：當(dāng)本儀器川作頻率計時，將被測信號接到該端子。6、頻率顯示： 計頻顯示方式選擇開關(guān)。當(dāng)開關(guān)板向“內(nèi)”時為顯示本機輸出信號的頻率，當(dāng)開關(guān)極向“外”時為外測頻率，該開關(guān)同時也是“外測信號輸入”選擇開關(guān)。另一只開關(guān)用來作計頻取樣時間選擇的，即其

59、板向“ Is”時取樣時間為 1秒，顯示屏很快便可指示出被測信號的頻率，開關(guān)板向“ 10s”時這樣可以將測量頻率的分辨率提高到0IH要較長時間方可指示讀數(shù)，而且要取樣二至三次，其讀數(shù)方穩(wěn)定。這一點一定要注意，（該檔一般使用在低頻范圍）。7、安全接地點： 該點在儀器的后面，用來接地線的接口，以防儀器漏電起安全保護(hù)作用。8、Fuse：儀器的用電保險管座，逆時針旋開，更換保險管時使用，注意換保險管時應(yīng)撥下“電源”插頭。9、電源插頭： 儀器的外接工作電源接口。功率函數(shù)信號發(fā)生器 ZL-1整流波形儀 1、將K1撥到下方交流，其余K2、K3、K4撥到下方斷開，整流輸出接示波器 輸入，可觀察到8V交流波形。2

60、、在觀察交流波形的基礎(chǔ)上，將K1撥到上方半波波形位置，可觀察到半波整 流波形。3、在觀察半波波形的基礎(chǔ)上，將K2撥到上方全波波形位置，可觀察到全波整 流波形。4、在觀察全波波形的基礎(chǔ)上，將K3撥到上方一次濾波位置，可觀察到全波整 流后，經(jīng)電容一次濾波的全波波形。5、在觀察一次濾波的基礎(chǔ)上，將K4撥到上方二次濾波位置，可觀察到全波整 流經(jīng)形濾波后平滑的輸出波形。6、 6V輸出可作為一組獨立交流電源使用。實驗六 簡諧振動特性研究與彈簧勁度系數(shù)測量 90年代以來，集成霍耳傳感器技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，各種性能的集成霍耳傳感器層出不窮，在工業(yè)、交通、無線電等領(lǐng)域的自動控制中，此類傳感器得到了廣泛的應(yīng)用。如