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1、(3-4-1)(3-4-4)（3-4-3） 就可以计算出需要并联的分 只需在表头上并联一个电阻实验五电表的改装与校准实验目的：1、学习测量磁电式电流表表头满偏电流和内阻的方法；2、学会将微安表表头改装成电流表和电压表。3、学会校正电表的方法。实验仪器：磁电式微安表头、标准电流表、标准电压表、滑线变阻器、电阻箱、电源、开关（单刀 单掷和双掷）和导线等。实验原理：1. 将微安表改装成毫安表用于改装的四A表，习惯上称为“表头”。使表针偏转到 满刻度所需要的电流Ig称表头的（电流）量程，Ig越小，表 头的灵敏度就越高。表头内线圈的电阻Rg称为表头的内阻。 表头的内阻Rg一般很小，欲用该表头测量超过其量
2、程的电 流，就必须扩大它的量程。扩大量程的方法是在表头上并 联一个分流电阻Rs （如图1所示）。使超量程部分的电流从 分流电阻Rs上流过，而表头仍保持原来允许流过的最大电 流Ig。图中虚线框内由表头和Rs组成的整体就是改装后的 电流表。设表头改装后的量程为I，根据欧姆定律得：s(3-4-2)R = Hs I - IgRR = g-若： 1 = nI g贝U：s n -1当表头的参量七和Rg确定后，根据所要扩大量程的倍数n， 流电阻Rs，实现电流表的扩程。如欲将微安表的量程扩大n倍，R,.g- 值为n -1的分流电阻Rs即可。2. 将微安表改装成伏特表微安表的电压量程为IgRg，虽然可以直接用来
3、测量电压，但是电压量程IgRg很小，不能 满足实际需要。为了能测量较高的电压，就必须扩大 它的电压量程。扩大电压量程的方法是在表头上串联 一个分压电阻rh （如图2所示）。使超出量程部分的 电压加在分压电阻Rr上，表头上的电压仍不超过原来 H的电压量程IgRg。设表头的量程为Ig，内阻为Rg，欲改成的电压表 的量程为V，由欧姆定律得：R = - R可得：H 根据测出的表头内阻Rg，求出分流电阻RS （计算值）。然后将电阻箱RS调到该值 后，图中的虚线框即为改装的1mA电流表。 校准电流表量程：先调好表头零点（机械零点），然后调节R使标准表mA示值为 1mA。这时改装表pA示值应该正好是满刻度值
4、，若有偏离，可稍加改变RS，直到标准表和 改装表均和满刻度线对齐为止，这时改装表量程就符合要求，此时七的值才为实验值，否则 电流表的改装就没有达到要求！ 校正改装表：保持七不变，调节R使改装表示值Ix由1.00、0.90、.直到0.10mA 然后再依次增大到1.00mA变化，也就是表头示值由100、90、.直减到10pA，然后再依次 增大到100,分别记下标准毫安表mA的相应示值IS。g g（3-4-5）可见，要将量程为Ig的表头改装成量程为V的电压表，须在表头上串联一个阻值为RH的附加 电阻。同一表头，串联不同的分压电阻就可得到不同量程的电压表。实验步骤：1、测量表头内阻：半偏法测量表头的内
5、阻误差较大，所以本实验用替代法测量表头内阻，电路图如图3所示。测量 时先合上K1，再将开关K2扳向“T端，调节R1和r2, 使标准电流表 mA示值对准某一整数值10 （如 80心），然后保持ubc（ R1 的 C端）和r2不变，将 K2扳向“2,端（以R3代替Rg）。这时只调希R3，使标准电流表mA示值仍为I0 （如80pA）。这时，表头内阻正好就等于电阻箱R3的读数。注意：实验过程中pA和mA两表示值不同步并不影响Rg的测量，但标准表mA的电流 不能超过1mA！2、将表头改装成量程为10mA的电流表按图4连接好线路。（4）以改装表示值Ix为横坐标，以修正值AIx为纵坐标，相邻两点间用直线连接
6、，画出 折线状的校正曲线I：（如图6）。图3-4-9电流表校正曲线3. 将表头改装成量程为1V的电压表：参考改装电流表的步骤，先求出分压电阻Rh （计算值），按图5接好线路，将表头组装 成量程为1V的电压表；测出分压电阻Rh的实验值，并保持其不变，调节R，使改装表示值 由1.00、0.90、.直到0V然后再依次增大到1.00V变化，也就是表头示值由100、90、.直 减到0四A，然后再依次增大到100,分别记下标准电压表V的相应示值US。同样画出折线状 的电压表校正曲线AUx-Ux。数据记录及处理：1、 表头 Ig=uA，Rg=Q；2、毫安表的改装与校准毫安表：I=mA，Rs=Q （计算值），
7、Rs修正=Q （实验值）;毫安表校准记录：修正改装表读数Ix （mA）01.02.03.04.05.06.07.08.09.010标准毫安 表度数I： (mA)I： (mA)Ix = (Ix + Ix) (mA) 2AIx= Ix -I： (mA)在坐标纸上画出折线状的校正曲线AIxIx。3、伏特表的改装与校准伏特表：U=V，Rh=Q （计算值），Rh修正=Q （实验值）; 毫安表校准记录：改装表读数Ux （V）0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0标准毫安 表度数Ux (V)Ux (V)1Ux = - (Ux + Ux ) (V) 2AU广 Ux - U： (V)
8、在坐标纸上画出折线状的校正曲线AUxUx。 思考题：1、绘制校正曲线有何实际意义？2、如果改装表的度数总比标准表的读书偏高或者偏低，对电流表和电压表，分别应采取 什么措施？实验六示波器的调节与使用示波器利用电场对电子运动轨迹的影响来反映电压的瞬变过程。由于电子惯性小，荷质 比大，因此示波器具有较宽的频率响应，可用以观察变化极快的电压瞬变过程。用它可以直 接测定电信号的电压、相位、周期和频率等参数。一、实验目的(1) 了解示波器的工作原理(2) 掌握示波器的基本调整方法和工作模式。(3) 掌握用示波器观测信号的方法。二、实验仪器双踪示波器1台，函数信号发生器2台及同轴电缆2根。三、示波器原理示波
9、器是利用电场改变电子运动轨迹来反映电压的瞬变过程，是显示二维图像的仪器。 二维图像在数学上要两个坐标Y和X来描述。示波器上的二维图像要两个电场即Y电场(Y 偏转)和X电场(X偏转)共同影响电子轨迹来形成。对于一个电压信号V=F(t)的二维函数，需要两个坐标即V和t来描述。数学上的绘图是 简单的，示波器显示二维图形是把电压V=F(t)“加在”Y偏转上形成Y电场，影响电子Y向上 的运动轨迹或位移。这就反映出V值。但是这没有描绘出V=F(t)的二维图形，t没有表达出 来，时间是不能“加在”X偏转上的，只能把时间概念“转到”电压概念上才行。若V=Kt线性关 系成立，就把时间“转到”电压了，但随t的增加
10、电压会很大，同时会超出显示屏幕，不可实 现。最后选择锯齿波来兼顾而实现。当把V=Kt“加在”X偏转上形成X电场，与Y电场共同 影响电子轨迹(正交迭加)来描述V=F(t)。V=F(t)和V=Kt实际上是两个完全不相十电压信号，它们的时间t也是不相干的，为了建 立联系，示波器为此设置了辅助功能触发同步系统。总之，围绕二维图形的建立，示波器面板设置了垂直Y向调整功能，水平X向(扫描)调 整功能，辅助功能触发同步系统三大区域。按三大功能区域熟悉各按钮功能，就显得简单易 懂易记。1示波器的结构示波器它由示波管、衰减放大输入系统、扫描信号发生器、触发同步系统和电源供给系 统组成。2示波器显示波形的原理X偏
11、转板的作用是使光点水平运行，而 Y偏转板的作用是使光点垂直运动。因此在 X偏转板上不加电压，而只有一个正弦信号 加到Y偏转板上时，在屏幕上我们只能看到 一条竖直的亮线，当信号的频率足够小时， 我们就能清晰地看到光点的运动过程 正弦振动。当X偏转板上的扫描信号完成m个周 期时，Y偏转板上的正弦信号也刚好完成n 个周期，那么接下去屏幕上的光点就会重复 以前的轨迹运动，我们就能看到稳定的图 形。3同步和触发扫描示波器可采用“触发扫描”的办法使波形稳定。它是使用被测信号来控制扫描电压的产生 时刻。调节触发电平的高低，使被测信号达到一定位相时，扫描电路才开始工作，产生一个 锯齿波，将被测信号显示出来。由
12、于每次都是当被测信号达到一定位相时，扫描电路才工作， 所以每次扫描显示的波形相同，这样，在荧光屏上看到的波形就稳定不动了。4李萨如图形当X轴输入扫描锯齿波电压信号时，锯齿波电压信号“模拟”了时间这个概念，示波器显 示Y轴输入信号的瞬变过程。当X轴输入正弦信号时，Y轴输入另一正弦信号，两者信号频 率成简单整数倍时，观察到的是电子束受两个互相垂直的谐振运动的合成图形，这种图形称 李萨如图形。四、实验内容1. 观察扫描点先将“辉度”旋钮及X轴、Y轴移位旋钮置到中间位置，将“微调”旋钮指向“外X”位置， 将垂直方式旋到“丫1丫2”位置，开启电源开关，预热l 一 3分钟，此时屏幕上应出现两个静止 亮点，
13、如果不出现两个亮点，可再调X轴、Y轴移位旋钮，便之出现两个亮点，并移到中间 位置，再反复调整“辉度”及“聚焦”旋钮，便两个亮点变到最小最圆，顺时针高速旋转“微调” 旋钮，此时两个亮点由左向右运动，随着调整的进行，两个亮点运动速度逐渐加快，直至变 成两条扫描线。2. 示波器的调整按示波器面板设置，垂直Y向调整功能，水平X向（扫描）调整功能，辅助功能三大区域， 熟悉各区按钮功能，设置好各开关或旋钮的状态。3. 调节、观察测量待测信号信号源的两个输出分别接到CH1和CH2。两个通道的AC DC按钮开关都处于AC。（1观察CH1的波形；（2观察CH2的波形；（3观察CH1和CH2的同时显示阪踪显示）；
14、（4观察CH1和CH2的相加波形；（5）则量信号的电压，周期（频率），用示波器测量信号的电压过程可分为两步： 定标：根据被测信号的幅度和频率选择“Vdiv档级开关和“尤div，开关适当的档级； 测量：将正弦信号输入示波器，调节信号发生器频率，输出电压，测信号的峰一谷的 垂直距离。则电压二格数电压档位。对于正弦信号和方波信号分别测量数次，并记录相应的电压格数和电压档位。4.观察李萨如图形将两台信号发生器输出的正弦信号，一个输入Y轴，另一个输入X轴，触发方式扳键置 X-Y位置，X轴输入和Y轴输入均为正弦信号，分别调节Y方向及X方向的信号频率，使 之成为简单的整数比时，则屏幕上出现合成后的李萨如图形
15、，调节Y、X方向信号的幅度、 及微调节频率使之成为大小适宜、稳定的图形。分别使X方向频率和Y方向频率的比值分别 为1：1、1：2、1：3、2：3,出现几种稳定图形，观察图形的形状与两个振动的频率及其相 位差的关系，并在坐标纸上画出图形。五、数据记录及处理1.正弦波及方波的电压内容正弦波方波次数123123格数（div）档位（V / div）电压2.在坐标纸上画出X方向频率和丫方向频率的比值分别为：1、1：2、1：3、2： 3时的 李萨如图。六、思考题1. 示波器能否用来测直流电压?如果能测则如何进行？2. 示波器为什么能把看不见变化的电压变换成看得见的图象?简述其原理？实验七用驻波法测声速声速
16、与传声媒质的特性及状态有关，因此通过声速的测量，可以了解被测媒质的特性及 状态的变化，如可进行气体成分的分析，测定液体的比重，溶液的浓度，确定固体材料的弹 性模量等。我们只研究声波在空气中的传播，并测量其传播速度。实验目的：1、测量声波在空气中的传播速度，学习测量声速的方法。2、加深对波的相位和波的干涉的理解。3、了解换能器的原理及工作方式。实验仪器：换能器(有两个，一个固定于超声声速测定仪上，一个随卡尺的游标移动)、专用信号源、 超声声速测定仪、示波器、连接线。实验原理：设波速为v,波长为X和频率为f，它们之间有如下关系：v=lf(1)因此，一般是根据(1)式，将声速的测量变成声波波长和声波
17、频率的测量。由于都用交 流电讯号控制发声器(即换能器)，所以声波频率就是交流电讯号的频率，可以用频率计测 量其频率(本实验在信号源上直接读出)，而声波波长的测量常用相位比较法(行波法)和共 振干涉法(驻波法)来测量其波长。共振干涉法(驻波法)：由声源发出的平面简谐波沿X轴的正方向传播，后经一理想平板全部反射沿X轴的负方 向传播，则入射波和反射波可分别表示为：Y1 = A cos2nf(t-x/v)Y 2 =A cos2nf(t+x/v)在两波相遇处，合成的声波为：Y = Y+Y2 = 2 Acos2nx/Xcos2nft上式表明，两波合成的声波是驻波。在两波相遇处各点都在作同频率的振动。而各点
18、的 振幅(2Acos2nx/X)是位置X的余弦函数。对应于|cos2nx/X|=1,即 X=kX/2(K=0， 1,2,.)处, 振幅最大为2A,称为波腹;对应于|cos2nx/X|=0,即X=(2K+1)X/4(K=0,1,2,.)处，振幅最小 为零，这些点永远静止不动，称为波节。其余各点的振幅在零和最大值之间.两相邻波腹(或波节)间心5的距离均为久匕即波长,如图所示：波尸波书从石图可知，在一定条件下，入射的声波与反广七二三由石省/二二-射的声波相干涉能形成驻波。但是当其反射系统的起她/志三顷念七尹三牙“固有振动频率同入射波频率相等时即出现共振，此! ；一另匚；T 时有最显著的驻波，更便于测
19、出波长X，再根据(1)式可求得声速V。超声声速测定仪主要由压电陶瓷超声换能器和游标卡尺所构成。压电陶瓷超声换能器的 主要部分是压电陶瓷片。压电陶瓷片是用多品体结构的压电材料（如钛酸钡）在一定温度下 经特殊处理制成的，它具有压电效应。因此，能将正弦交流信号变成压电材料纵向长度的伸 缩，使压电陶瓷片成为声波的波源；反过来，也可以使声压变化转变为电压的变化，即用压 电陶瓷片作为声频信号接收器。压电换能系统有一谐振频率f,当外加强迫力的频率等于谐振频率时，压电换能器产生 机械谐振，此时得到电信号最强，它作为接收器的灵敏度最高；当输入电信号使压电换能器 产生机械谐振时，它的振幅最大，作为波源的辐射功率也
20、就最大。实验时用一个换能器作为 发射头，另一个为接收头，两个换能器的面保持互相平行。实验步骤：用共振干涉法测声速（驻波法）：由声波传播理论可知，当两只换能器平面端面间有声波传播而此两换能器平面端面间的 距离乂恰好等于其声波二分之一波长的整数倍时，两平面端之间形成声波驻波。在声波驻波 中，波腹处声压最小、波节处声压最大。接收换能器的反射界面处为波节，声压应最大。所 以可从接收换能器端面声压的变化，亦即是接收换能器输出电压的变化来判断声波驻波是否 形成。拉动卡尺游标，改变两只换能器端面间的距离，同时并监测接收换能器输出电压幅度的 变化，记录下相邻两次出现最大电压值时卡尺的读数，则两读数之差的绝对值
21、应等于其声波 波长的二分之一（即灯2）。声波的频率由频率计从发射换能器的激励电压信号测出，这样根 据公式：V=fx入就可算出声波在空气中的传播速度。为提高测量精度应充分应用整个卡尺 行程，尽可能多的取得产生驻波时的卡尺读数，然后将所得的数据进行处理，这样对波长的 测定能更为准确。具体实施步骤如下：1、按右图接好电路。预热15分 钟，调整低频信号发生器与数字频率计 可以使用。其中低频信号发生器的最佳 工作频率约在34.537.5KHz之间。2、改变S、S2之间的距离,观察示波器上的波形。将S 、S2相互靠近,再左右移动, 使示波器正弦波的振幅为最大，记下S、S2之间的距离1。及频率计显示d的值。
22、然后再改变S、S2之间的距离（由近到远），测出振幅最大值连续出现n个时S、S2之间的距 离1/则半波长：入/2=（11。）/n，重复测量多次，求波长的平均值。再代入（1）式 算出声速V值。数据记录：用驻波法测定声波在空气中的传播速度输入频率f 0= Khz环境温度为 C测量次数形成驻波时卡尺 读数L (cm)12345678910数据处理:波长人=2 L -L=cm=m （i=1、2、3、4、5）iii + 5波速匕=m/s （i=1、2、3、4、5)平均波速v=2 v =im/si = 1绝对误差 v = (v - v)2 =m/s4i = 1v的理论值v =m/s实验值与理论值比较的相对误
23、差：E = v思考题:1、简要叙述振动与波动的联系与区别；2、换能器在实验中起了什么作用？3、产生v实与v理误差的主要原因是什么?实验八霍尔元件测长直螺线管的磁场、实验目的：1. 掌握霍尔元件的工作特性;2. 学习用霍尔效应法测量磁场的原理和方法;3. 学习用霍尔元件测量长直螺线管中轴向磁场分布;4. 学会用对称性测量法消除副作用的影响。二、实验仪器实验仪器由两部分组成，实验仪和测试仪。实验仪包括一个用来产生匀强磁场的电磁铁，一个置于电磁铁缝隙中的霍尔传感器，其 位置可调节，左右两个开关分别控制霍尔传感器工作电流IS和电磁铁线圈激励电流IM的方向， 中间开关向上闭合用以测量霍尔传感器输出的霍尔
24、电压VH，向下闭合用以测量霍尔传感器上 的电压降V0。仪器上标有该霍尔传感器的灵敏度Kh，注意要将单位mV/（mA*KGS）换算成国 际单位制。测试仪是实验电源和测量仪表，两个恒流源分别输出霍尔传感器工作电流IS和电磁铁线 圈激励电流IM，调节IS和IM，可实现实验条件的控制和改变，两者共用一个电流表读数，注 意测量霍尔传感器工作电流时读数最大值是1.999毫安，测量电磁铁线圈激励电流时读数最 大值是1.999安培，左边电压表用来测量霍尔电压VH和V0，读数单位是毫伏。三、实验原理图4-1霍尔效应原理图霍尔效应是1879年霍尔在研究载流导体在磁场中受 力的性质时发现的。如图所示，一块长为，宽为
25、也，厚为 次的矩形半导体薄片（N型，载流子是电子，带负电）， 沿Y方向加上一恒定工作电流，沿X方向加上恒定磁 场方，就有洛仑兹力元。L=亦滨忑（1）式中：，为运动电荷的电量；*为电荷运动的速度，兄 沿Z负方向。在洛仑兹力的作用下，样品中的电子偏离原 流动方向而向样品下方运动，并聚积在样品下方。随着电 子向下偏移，在样品上方会多出带正电的电荷（空穴）。这样，在样品中形成了一个上正下负页-鱼的霍尔电场占点，根据占&，在元、阳面间便有霍尔电压 &。当占百建立起来后， 它又会给运动的电荷施加一个与洛仑兹力方向相反的电场力兄，其大小为 扣=心。随着 电子在 招面继续积累，页百的电场力 兄也逐渐增大，当两
26、力大小相等（即）时， 霍尔电场对电子的作用力与洛仑兹力相互抵消，电子的积累达到动态平衡，月、次间便形 成一个稳定的霍尔电场页百，则有：（2）q = svBb（3）设N型半导体的载流子浓度为形，流过半导体样品的电流密度为J5（4）则 膻如瞻（5）式中，五为半导体薄片的宽度；为半导体薄片的厚度，为载流子的电量。将（5）式代 =入（3）式，并令孙，可得VH = = Rh 渝 &（6）式中成百称为霍尔系数，它是反应霍尔效应强弱的重要参量。在实际应用中（6）式常写成（7）技套-室式中京 次称为霍尔元件的灵敏度，单位mV/（mA-T）或mV/（mAkGS）；为霍尔元 件的工作电流（单位mA）；月为垂直于半
27、导体薄片的磁感应强度（单位T或kGS）。若 茂百 已测定，实验中测出样品的工作电流/和霍尔电压吃，利用（7）式便可测得磁感应强度月， 即度点（8）（8）式是在理想情况下才成立的。但在实际情况中，除霍尔效应外，还存在着其他因素 引起的几种副效应，如不等位电压、能斯脱效应、厄廷豪森效应、里纪一勒杜克效应等。这 些副效应所产生的电压总和有时甚至远大于霍尔电压，形成测量中的系统误差。实验分析表 明，这些副效应有的与流过霍尔元件的工作电流方向有关，有的与加到霍尔片的磁场方向有 关，在测量过程中只要按要求改变工作电流方向和磁场方向，就可以减少或消除这些副效应 的影响。设矿F、S咨勺副效应产生的四个电压，它
28、们的符号与磁场、电流方向有关, 在测量过程中分别改变电流/和磁场月的方向，就有：I I :+ 3：*=-矿厂4 + 5皿叫-b_ I：:n+ -十电-匕叫-么+ *I :将上述四式进行如下的计算：项4） = 45 吼（9）所以4（10）由于温差电压匕一般比&小得多，在误差允许的范围内可以略去，故得：字:伉+ 554）4（11）将（11）式得到的代入（8）式即可求得3。四、实验内容、步骤1、按照要求连接电路，保持电源关闭，逆时针将螺线管的励磁电流/心、霍耳元件的工 作电流IS旋钮调至最小；2、转动霍尔器件探杆支架的旋钮X1或X2,慢慢将霍尔器件移到螺线管的中心位置；（X1=15cm ,X2为合适
29、值）3、测量螺线管轴线的磁场分布（保持Is=10.00mA、Im=0.9A）1）以相距螺线管两端口等远的中心位置为坐标原点，探头离中心位置X=15.0- %（cm），轻轻转动螺线管底座上的标尺旋钮，使测距尺读数X= 0.0cm。保持 X2 在合适位置，使 X1 分别停留在 0.0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、4.5、7.0、9.5、12.0、15.0cm等读数处，按对称测量的方法测出相应的，V2, V3, V4值VH；2）记下一起上Kh的值，由（2）式及（1）式得此点的VH与B；3）根据上述测量结果，绘制螺线管内的B-X磁场分布曲线。五、数据记录及处理1、测量螺线管轴线的磁场分布六、思考题注意事项：1. 开机（或关机）前应将Is、IM调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流趋于最小状 态，然后再开机（或关机）。2. 决不允许将“IM输出，接到玉输入”或“VH输出”处，否则，一旦通电，霍尔元件将遭致 损坏。
