电磁学实验基础知识
通过实验着重学习电流、电压、电阻等基本量的测量方法；掌握基本测量仪器如万用表、电流表、电压表、检流计、电桥等的性能和使用方法；要求能正确处理数据给出结果。电磁学实验离不开电源和测量仪表，因此下面首先对电磁学实验常用仪器及注意事项作一简要介绍：
一、 电源 1、交流电源
实验室使用较大功率的仪器设备都要由电网提供。我国电网的统一供电规格220伏50赫兹正弦交流电。如果需要使用其它规格的电，则需再经专门设备变换。在使用电源为220伏交流电的设备时，如发现仪器不能工作，或指示灯不亮应先查看引入线、开关、熔断器等是否良好；如发现仪器外壳带电，可能是绝缘损坏，这些应请实验室负责老师处理。
2、直流电源
目前多数实验室采用晶体管直流稳压电源，有许多种规格型号，可以适用不同的用途。结构上都是由变压器、整流器、晶体管或集成电路、电阻、电容等电子元件组装而成。其作用是把220伏交流电降压，整流，再经稳压，获得稳定的直流输出电压。稳压电源都有一定的最大允许输出电流和电压，超出负荷时不但不能起到稳压的作用，而且极易损坏仪器，使用时要注意。
二、电阻器
为了改变电路的电流或作为特定电路的组成部分，常接入各种不同阻值的电阻器（简称电阻）。电阻有固定和可变两类。使用时除应注意其阻值的大小外，还要注意其额定功率及允许通过的相应电流（R P I
）
。下面着重介绍两种可变电阻器。 1、 滑线变阻器
滑线变阻器构造如图电-1所示。将外涂绝缘层的电阻丝(如镍铬丝等)绕在瓷筒上，并将两端固定于接线柱A 和B ，因此A 、B 之间的电阻即为电阻器的总电阻。瓷筒上方的滑动接头C 可在粗铜棒上沿瓷筒轴向平移。滑动接头下端在平移时始终和电阻丝表面刮掉绝缘层的部分相接触。铜棒的一端（或两端）装有接线柱C /，用来接续C ，以便连线。改变滑动变阻器接头
的位置就可以改变A 、C 间的电阻R AC 和B 、C 间的电阻R BC 。
滑线变阻器在电路中有两种接法：（1）用作限流器 如图电-2所示。为了控制负载R f 的电流，将滑线变阻器的AC 部分串联到电路中，BC 部分不用。当滑动接头C 向A 端移动时，R AC 减小；当C 向B 端移动时R AC 增大，从而改变了电路中的总电阻，使负载中的电流得到控制。（2）用作分压器 如图电-3所示，为了调节负载R f
两端的电压，将滑线变
图电
-1
阻器A 端接电源正极，B 端接负极，负载从B-C 间取得电压U BC 。当滑动接头C 移向A 时，U BC 增大；当C 向B 时，U BC 减小。因此，调节滑动接头C 的位置就能起到控制负载两端电压的目的。
需要指出，虽然滑线变阻器作限流器使用和作分压器使用都有调节负载电路中电流和电压的作用。但是对于具体的负载和变阻器，两者的效果却大不相同。一般来说，当负载电阻比变阻器总电阻大时，用
作分压器效果显著；而负载电
阻小于变阻器总电阻时，用作限流器效果显著。
2、 旋转式电阻箱
电阻箱是由若干个准确阻值的固定电阻元件按照一定的组合方式接在特殊的变换开关上构成的。图电-4表示一种电学实验室常用的ZX ２１型旋转式电阻箱的面板图。在箱面上有４个接线柱，用于连导线。当所需电阻R ≤0.9Ω时，用A 、B 接线柱；当所需电阻1Ω≤R ≤9.9Ω时，用A 、C 接线柱；当所需电阻10Ω≤R ≤99999.9Ω时，用A 、D 接线柱。６个旋纽，每个旋钮的边缘上都标有0、1、2、……、9等数字。每个旋钮边缘的面板上有
×0.1、1000100101????、、、
、×10000等数字称为倍率。当某个旋钮上的数字旋到对准所示的倍率时，用倍率乘上旋钮的数字，即为其所对应的电阻值。如图电-4的电阻箱，面板上每个旋纽所对应的电阻分别为6×100、6×10、2×1、6×0.1，总电阻即为：
61006102160R =?+?+?+? 662.6=Ω
（1）该电阻箱精确度等级为0.1级。意思是说：该产品质量保证在实际使用时阻值的相对误差不大于面板示值的0.1%。例如，相应于图电-4所示662.6Ω的误差应估计为Ω≈?7.0001.06.662。
（2）该电阻箱的额定功率为
w P 25.0=，由R P I =得各档允许通
过的电流如下表：
电磁测量仪表种类繁多。在物理实验中常用的大部分是磁电系仪表。这类仪表是靠通电线圈在磁场中受到的作用力矩来反映通过电流的大小。具有灵敏度高，刻度均匀，便于读数等优点。缺点是抗过载能力差，因此使用中应特别小心。磁电系仪表只适用于测量直流电，要测交流电须经过整流元件整流。
磁电系仪表的基本部分（表头）的构造如图电—5所示。永久磁铁的两个极上有一 对半圆形的极掌，极掌之间有圆柱形软铁芯，它与极掌之间的气隙中形成均匀分布的辐射状
图电－2 图电－３
图电—4
磁场。在气隙中有一个活动线圈（称为动圈），线圈的转轴上固定一 根指针。当有电流通过时，线圈受电磁力矩的作用而偏转，直到电磁力矩与游丝的反扭力矩平衡。这时线圈与指针偏转角的大小与所通过的电流强度成正比。电流方向不同，指针偏转方向也不同。当电流为零时，线圈不偏转，指针应指在零标度处，若不在零处，可调节零点调整螺丝，使指针指零。
磁电系表头组合成的测量仪表主要有：
1．指针式检流计 它实际上就是一
个磁电系表头，其特征之一是零点在刻度盘中央。检流计的主要规格是：
（1）电流常数 即指针偏转一小格代表的电流值。一般指针式检流计的电流计常数为10-5—10-6
安培/分度。
（2）内阻 指针式检流计内阻约为100欧姆。
检流计主要用于检测小电流和小电势差。使用时，常串联一个开关和一
个可变电阻，如图电—6。检流计常处于
断开状态，仅当闭合开关时，检流计才被接入电路，因此用来检验电路中有无电流，十分方便。可变电阻称为保护电阻，可避免过大的电流损坏表头。
2．电压表（也称伏特计）用途:测量电路两点间电压的大小。它的主要规格是： （1） 量程 即指针偏转满度时的电压值。一般电压表可以有两个或两个以上的量程。
（2） 内阻 即电表两端的电阻，同一电压表量程不同，内阻也不同；但内阻与量程之比为一定值。称为每伏欧姆数=内阻/量程。一般电压表面板上都标出每伏欧姆数（Ω/V ）。由此可算出对应档的内阻。
内阻=量程×每伏欧姆数
3．电流表（又称安培计）用途:测量电路中通过电流的大小。它的主要规格是： （1） 量程 即指针偏转满度时的电流值。一般电流表也有多个量程。
（2） 内阻 一般安培表内阻都在0.1欧姆以下。毫安表、微安表的内阻可达几百到几千欧。
四、使用电表时应注意
1.电表的连接 电流表必须串联在电路中；电压表应当与被测电压两端并联。
2.电流的方向 直流电表的偏转方向与所通过的电流方向有关，所以接线必须注意电表上接线柱的“+”、“—”标记，“+”表示电流流入端，“—”表示电流流出端。切不可把极性接错，以免撞坏指针。
3.减小视差 读数时应正确判断指针位置。为了减小视差必须使视线垂直于刻度表面读数。精密的电表刻度尺旁附有镜面，当指针在镜中的像与指针重合时，所对准的刻度，才是准确读数。
4.电表的准确度与基本误差 我国国家标准规定电表的准确度级别为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、和
5.0、共7级。它与电表内部结构特性和质量等方面的缺陷所引起的误差（称为基本误差）有关，通常用k 表示。对于单向量程电表其定义为电表的标尺工作部分所有分度线上可能出现的最大绝对误差△max 与其量程X max 比值的百分数值
图电—
5
图电—6
max max
%100%k X ?±=
?
由此可估计被测量x 最大绝对误差为： max max %X k ?=? 相对误差为
max
100%E x
?=
?
五、电磁学实验注意事项
1．电磁学实验大部分要用电学仪器和元件连接成一定的电路，学习连接电路也是实验课的内容之一。在实验前的预习阶段，要充分掌握实验原理、并按规定的符号画出电路图（常用电路符号见下表）。实验前要了解仪器的功能和元件的特性。
或
就是说，仪器的放置不一定要完全按照实验电路图相应的位置来摆布；而一般是将经常要调整或读数的仪器放在近处，其它仪器放在远处，使用不同电压的几种电源时，高压电源要远离人身。
3.仪器的可调部位（旋钮、滑动端、换向档开关、按钮等）的预置。在操作前应先将仪器的可调部位调到规定的（或估算的）位置：
（1）使待测电路通过的电流最小；电路中串联的保护电阻或调节电阻调到最大。
（2）使待测电路两端电压最小：直流稳压电源的电压输出旋钮、调压变压器等的转盘应逆时针旋转到底，使输出电压为零；分压器的滑动端使分压为零。
（3）多量程的电流表、电压表的转换开关置于最大档位。
（4）先接电路后通电源在电路中的电源线处于断开的状态下进行接线。不能正确的连线就不可能达到预期实验的目的。更严重的是接线不正确，又随意接电源，将会造成仪器损坏。必须严格遵守“先接电路，后通电源；先断电源，后拆电路”的规定。如电源为稳压电源或信号发生器等，则这些仪器的开关必须先置于“断”或“OFF”位置（面板上没有“通”、“断”标志的仪器一般朝下或朝左是“断”。如电源为电池，与电池连接的电源线暂勿接通。连线可按电路图，沿电位降落方向逐一接线。接入仪器前，先核对仪器的工
作电压是否与供电电压相符，接好线后，先自行仔细检查一遍，在请教师复核和指导，最后才能接通电源。接电源时，必须同时观察整个线路上的所有仪器，如发现有异常现象（如指针反转或超出量限，闻到焦臭味等），应立即切断电源，重新检查，分析原因。
结束实验时，应按开始时相反的程序，即先将仪器的可调部位恢复到预置位置，在断开电源，最后拆除连线，将仪器排列整齐。
实验一 万用表的初步使用
实验目的
1. 了解万用表的基本原理,尤其是欧姆档的设计原理
2. 学习用万用表测量直流电压、直流电流和电阻；了解电表的接入误差
3. 学习检查线路故障的一般方法 实验仪器
直流电源 万用表 定值电阻 电流表 电压表 滑线变阻器 实验原理
万用表是生产实践与科学实验中最常用的多功能仪表，它可以测量多种电学量，如直（交）流电压、电流、电阻等。而且量程多，结构简单紧凑、携带方便、但准确度低，不适用于精密测量。万用表主要由磁电式表头，转换开关和扩程电阻等组成。各种不同型号的万用表扩程电阻的阻值不同，但电路结构大同小异。
一、 直流电流档和电压档
万用表的直流电流档分流电阻都是闭路抽头式。电压档则是用闭路抽头式的电流表为“等效表头”，再串接分压电阻，如图1-1所示。
二、 交流电压档 万用表的表头是磁电式表头。只适用于测量直流电压。交流信号须经过整流后，变成直流才可进行测量。图1-2为半波整流式等效表头。其中D 1为串联于表头的二极管，D 2是为了使D 1在电压反向时不被击穿而设置的。其工作过程如下： 当A 端为高电位（+）时，电流经过线路为A →D 1
→表头→B ，当B 端为高电位（+）时，电流经过线路为B →D 2→A ，不流经表头。因此每周只有半周通过表头。故称为半波整流。多量程的交流电压档是在包含有半波整流（或全波整流）的等效表头上，再附加分压电阻而成，其形式与直流电压档相同。
一般万用表交流电压档的刻度表示的是交流电压的有效值。 三、 电阻档（欧姆档）的设计 1．欧姆表原理
万用表欧姆档的原理如图1-3所示，其中虚线框内部分为欧姆表，a 、b 为两接线柱（表笔插孔）。E 是电源（干电池），它与限流电阻R 0及微安表头相串联。测量时将待测电阻R x 接在a 、b 上。由欧姆定律可知回路中的电流为
图1—
1
图1—2
x
g E R r R r E
I +++=
)(0 （1）
式中E 为电池电动势，r E 为电池的内阻，r g 为表头内阻。由（1）式可以看出，对于给定的欧姆表电路，E 、r g 、R o 、r E 一定时，表头指针偏转大小（即电流表读数）与被测电阻R x 的阻值有一一对应的关系（虽然不是线性关系）。如果将电表的读数盘预先按（1）式的关系，即：
R x =E/I-(r g +R o +r E ) （2）
刻度，如图1—4所示，则可直接从表盘上读出阻值R x 。当图1—3中的a 、b 两端开路，即R x = ∞时，I=0，这时指针在零位；当a 、b 两点用表笔短接，R X =0
I=I gm =E/(r E +R 0+r g ) (3)
这时指针在满刻度。可见当被测电阻阻值由零变化到无穷大时，表头指针则由满刻度变化到零。所以欧姆表的标度和电流档、电压档相反。当R x = r E +R 0+r g 时，
2
)(20gm g E I r R r E
I =
++= （4） 可见当被测电阻R x = r E +R 0+r g 即欧姆表总内阻时，指针在刻度标尺中心位置，所以把 R 中= r E +R 0+r g
称为中值电阻。
2、调零电路
上述欧姆表的刻度是根据电池的电动势E 和内阻r E 不变的情况设计的。但是实际上，电池在使用过程中，内阻会不断增加，电动势也会逐渐减小。这时若将表笔短路，指针就不会满偏指在“0”欧姆处，这一现象称为电阻档的零点偏移，它给测量带来一定的系统误差。对此最简单的克服方法是调节限流电阻R 0，使指针满偏指零处。但这会改变欧姆表的内阻，使其偏离标度尺的中间刻度值，从而引起新的系统误差。
较合理的电路是在表头回路里接入对零点偏移起补偿作用的电位器R J ，如图1-5。电位器上的滑动触头把R J 分成两部分一部分与表头串联，其余部分于表头并联。不论因电动势增加或内阻增大，致使电路中的总电流偏大,可将滑动触头下移，以增加与表头串联的阻值，而减小与表头并联的阻值，使分流增加，以减少流经表头的电流。而当实际的电动势低于标称值，或内阻高于设计标准，致使总电流偏小时，可将滑动触头上移，以增加表头电流。总之，调节电位器R J 的滑动触头，可以使表笔短路时流经表头的电流保持满标度电流。电位器R J 称为调零电位器。仅管改变调零电位器R J
的滑动触头时，整个表头回路的
图
1-4
图1—
3
图1—5
等效电阻R g 随之改变。因而中值电阻R 中=R o +R g +r E 也会有变化。为了减小这个变化对测量结果带来的误差，通常在设计欧姆表时，都是先设计R ?1000Ω档，这一档的中值电阻约为104Ω，是一个很大的电阻，R g 变化对它的影响就可以忽略不计。对于R Ω?100、R Ω?10、R Ω?1各档，则采用给R ?1000Ω并联分流电阻的办法来实现。
四、 用万用表来检查电路
万用表常用来检查电路，发现故障。实验中遇到线路连接经检查无误，但合上开关不能正常工作的情况就需寻找故障。一般故障不外3种：（1）导线内部断线。（2）开关或接线柱接触不良。（3）电表或元件内部损坏。这些故障有的是可以根据发生的现象，如仪表指针的偏转，指示灯不亮等分析判断，有的则不能。这就需要用万用表来检查。方法有两种：
1、电压表法
首先要正确理解电路原理。了解它的电压正常分布。然后在接通电源的情况下，从电源两端开始沿（或逆）电流通向逐个检查各接点电压分布。出现电压反常之处，就是故障之所在。
2、欧姆表法
将电路逐段拆开，特别要注意将电源和电表断开，而且应使待测部分无其它分路。用欧姆表检查各部分电路的电阻分布，导线和接触点通或不通。
五、 万用表操作规程
万用表有很多种型号，以适应各种不同场合的用途。常见万用表都包含有直流电压档V ，直流毫安档mA ，欧姆档Ω，交流电压档V 等基本部分。有的万用
表还增添了一些其它功能档，使用时可参阅其说明书。
现以MF-47型万用表（见图1－6）为例。说明一般万用表的操作规程。
1.准备
认清所用万用表的面板和刻度。根据待测量的种类（交流或直流；电压，电流或电阻）及大小，将选择开关旋至合适位置（不知待测量的大小时，一般应选择最大量程试测）。接好表笔（万用表的正端应接红色表笔，负端应接黑色表笔）。
2.测量
（1） 用A 档测电流,必需串联在电路中.用V 档测电压,应以待测对象并联。 （2） 测直流电压和电流时，表笔正负不能接反。 （3） 执表笔时，手不能接触任何金属部分。
（4） 测试时应采用跃接法，即在用表笔接触测量点的同时，注视电表指针偏转情况，并随时准备在出现不正常现象（反转或超量限）时，使表笔离开测量点。
（5） 使用Ω档时应注意：①每次换档后都要调节欧姆表零点（即将两表笔短接，同时调节╭Ω╮旋钮，使指针到“0”Ω刻度）。 ②不得测带电的电阻；不得测如灵敏电流计内阻之类额定电流极小的电阻。
3.结束
使用完毕必须将选择开关拨到交流电压最大量程档。以防下次使用者不小心而损坏万用表。
实验内容 ：
1．测直流电流
根据图1-7
所示接好电路，选择合适电流量程，测出图 图
1-6
1-7电路中的电流。注明所选量程。
2．测直流电压
选择合适的电压量程，分别测出图1-7电路中的电压U ad 、U ab 、U bc 、U cd 。注明所选量程。
3．测电阻
断开图1-7电路中的电源，选择合适欧姆档分别测出三个电阻阻值R ab 、 R bc 、 R cd 和总电阻R ad （注明所选倍率）
4. 判断二极管的正、负极。 5．*查故障
如图1-8所示连接线路，当接通电压表有指示，电流表无指示时，用电压检查法查故障。
数据记录表举例
误差分析
实验为一次性测量,测量结果由B 类不确定度评价
()()3
仪?=
=I u I u B c ,
Δ仪=量程×准确度等级%
图1—8
()()3仪?==U u U u B c , Δ仪=量程×准确度等级% ()()3
仪?=
=R u R u B c , Δ仪=示值×准确度等级%
预习思考题
1. 用A 档测电流时，万用表应怎样接入电路中？用V 档测电压时，万用表应怎样接入电路中？使用欧姆档时，应注意什么？
2. 万用表上通常有两个调零器,分别说明它们的作用? 复习思考题
1. 用万用表的欧姆档为什么不能测带电的电阻？为什么不能测表头内阻？
2. 请你总结使用万用表时应注意哪些问题。
实验二 伏安法测电阻
实验目的
1． 掌握伏安法测电阻的方法
2． 学会正确使用电压表、电流表，了解电表接入误差 3． 了解二极管的伏安特性 实验仪器
伏安特性实验仪
实验原理
一、电学元件的I —U 特性
元件的伏安特性，即元件所加电压与元件上通过电流的关系。如果元件通过的电流与加在元件上的外电阻上的电压成正比，伏安特性曲线为一条直线，这类元件称为线性元件，线性元件两端电压与内部通过的电流之比称为该元件的电
阻错误！未找到引用源。 。一般的金属导体的电阻就是线性电阻。在一定温度下，这类电阻阻值只决定予电阻的几何形状，而与外加电压的方向和大小无关。如图
2-1所示。
若元件通过的电流与加在元件上的外电阻上的电压不成固定比例，则伏安特性曲线为一条曲线，如图2-2所示。如仍以 错误！未找到引用源。 表示电阻，则元件阻值R 与元件所加电压大小和方向有关。这类元件称为非线性元件。
二．实验线路的比较与选择
在测量电阻的伏安特性线路中，常用的基本电路有以下两种：
1．电流表内接（内接法）
如图2-3所示，这种接法电流表测出的确实是元件所通过的电流，但电压读数不再是元件两端的电压，而是元件和电流表的电压之和，因而产生了电压测量误差。
2．电流表外接（外接法）
如图2-4所示，这种接法电压表测出的确实是元件所通过的电压，但电流读数不只是通过被测元件的电流，而是元件和电压表的电流之和，因而产生了电流测量误差。
电流表和电压表都有一定的内阻（分别记为R A 和R V ），简化处理时，直接用电压表读数U 除以电流表读数I 得到被测电阻R ，即错误！未找到引用源。 ，但这样做会引入一定的系统误差。
当电流表内接时，电压表读数比电阻端电压大，应有
错误！未找到引用源。 （1） 当电流表外接时，电流表读数比R 中流过的电流大，应有 错误！未找到引用源。 （2） 显然，如果简单地用U I
值作为被测电阻值，电流表内接时结果偏大，而电流表外接
时结果偏小，都有一定误差，在测量精度不高时，为了减少上述系统误差，可以选择下述测量电阻的方案，即比较lg
A
R
R 和lg V R R 的大小，比较时R 取粗略测量值或已知的约定值。
1. 若lg
A R
R 值大，采用电流表内接法； 2. 若lg V R
R
值大，采用电流表外接法。
如果测量的准确度高，线路参数选择应使电表读数尽可能接近满量程。当电压表（电流表）内阻R V （R A ）已知时，可用A U R R I =
-或111V
R U R =-,求出被测电阻值。 实验内容
1． 测金属膜电阻的伏安特性
⑴ 选择适合的接法测量电阻的伏安特性
电压表量程和对应的电压表内阻值，见表2-1
⑶ 以电压为横坐标、电流为纵坐标，绘出此金属电阻的伏安特性曲线 ⑷ 计算出金属电阻的阻值及不确定度.（用逐差法处理数据）
表2-3-1 ΩK 1电阻器伏安曲线测试数据表
电流表量程______ 电流表内阻______ 准确度等级______ 电压表量程______ 电压表内阻______ 准确度等级______
表2-3-2 ΩK 10电阻器伏安曲线测试数据表
电流表量程______ 电流表内阻______ 准确度等级______ 电压表量程______ 电压表内阻______ 准确度等级______
2．测量二极管伏安特性 ⑴ 测二极管的正向特性
① 选择适合的接法测量二极管的正向伏安特性
② 电压从零开始，每隔0.2V 记录一次(注意:曲线弯曲的地方,电压间隔还应该小些,
以便多测点,正确的描绘曲线),直到电流达到10mA 为止. ③ 数据记录在表2-4中
④ 以电压为横坐标、电流为纵坐标，绘出此二极管的正向伏安特性曲线
表2-4
电流表量程______ 电压表量程______
（2）测二极管的反向特性
① 选择适合的接法测量二极管的反向伏安特性
② 数据记录在表2-5中(注意电压不要超过二极管允许的反向电压)
③ 以电压为横坐标、电流为纵坐标，绘出此二极管的反向伏安特性曲线
表2-5
电流表量程______ 电压表量程______
数据处理:
用逐差法计金属电阻算R 及标准误差 S(R) 不确定度来源主要有：（1）重复测量()()A u R S R =,(2)电表的误差（电表内阻引入的不确定度未计入）
电压表引入的()B u U ?= 电流表引入的()B u I ?=
电表引入的()B u R =,
其中，U 、I 取测量的中点值。()
C u
R =
实验三 电表的改装
实验目的：
1. 学习扩大电表量程的方法
2. 学习电表的校准方法 实验仪器：
直流电源 表头（微安表） 电阻箱 标准电表 滑线变阻器 实验原理：
微安表（表头）只允许通过微安级电流，一般只能测量很小的电流和电压，如果要用它来测量较大的电流或电压，就必须进行改装，以扩大其量程。
一、 表头内阻的测定
将一给定的表头改装成符合需要的电流表或电压表，需确知它的两个参数：一是表头的内阻r g (包括线圈的直流电阻，引线电阻和接触电阻的总和)。二是满刻度电流值I g ，或相应的表头最大降压U gm =I gm r g 。
I gm 一般可由表盘上直接读出。r g 一般要在改装前实际测定。一般常采用的方法是替代法。替代法可分为串联替代法和并联替代法两种。现着重介绍串联替代法。
取一只与被测表头G 1量程相
近的表头G 2作为比较表头。将两者通过换向开关K 2并联起来，见
图3-1。因为表头允许通过的电流很小，所以要用滑线变阻器R E 限流。接通K E 后，先将K 2拨向G 1，调节R E ，使G 2的指针
偏转至接近满刻度的某一示值，记下它的读数。再断开K E ，调节电阻箱R 阻值为零。再将
图3—2
图3—1
K 2拨向R ，保持滑动变阻器位置不变。接通K E 后，调节R 使G 2的读数达到刚记下的数值，这时电阻箱的阻值就是G 1的内阻r g 。并联替代法的电路可参考图3-2。原理和步骤也请读者自己考虑。
二、 扩大电流表量程的方法
扩大电流表量程的方法是在表头(微安表)两端并联电阻R P ，如图3-3所示，使超过表头能承受的那部分电流从R P 流过。R P 称为分流电阻。由表头和分流电阻R P 组成的整体，就是一般的安培表或电流表。选用大小不同的R P 可得到不同量程的电流表。如要求改装后的电流表量程为I ，通过表头电流为I gm ，则通过R P 的电流为I-I gm ，根据欧姆定律
U gm =I gm r g =（I-I gm ）R P
得 g gm
gm P r I I I R -=
（1）
表头的规格I gm 实验室给出，r g 自己测出。根据需要的电流表量程，由（1）式就可算出应并联的电阻阻值。
三．扩大电压表量程的方法
表头（微安表）可用来测量很低的电压，例如电流量程为I gm =100μA ，内阻r g =1000Ω的微安表，如果用作毫伏表，则电压量程为U gm =I gm r g =100mV 。远小于常见待测电压值。为了扩大电压量程，可如图3-4所示，在表头上串联一个电阻R F ，使得它与表头内阻r g 按比例分担待测电压的电位降落。所以R F 称为分压电阻。
由于 U=I gm （r g +R F ）=U gm +I gm R F
则有 R F =（U-U gm ）/ I gm =)(gm gm
g U U U r - （2）
由（2）式不难求出要使表头量程由U gm 扩大到U 所需串联的电阻R F 。 四．电流表与电压表的校准与定级 （1） 校准电流表线路如图3-5所
示。
（2） 校准电压表线路如图3-6所
示。
（3） 在待校正电流表（或电压表）量程范围内，均匀取5－15个校正电流表。值I （或电压值U ）由待校准的电表直接读
出，用标准电流表（或电压表）测定它的准确值I p （或U p ）。
（4） 算出m
a
x
p I I -（或
m
a
x
p
U U -），根据关系式
δ100max
max
?-=
I I I p
图3—
3
图3—
4
图3—
5
图3—6
max
K δ≥得出待测电表的级别，式中I max （或I max ）为待校电流表（或电压表）量程的值。根据算出的δ值，取0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等7个数值中大于且最接近或等于δI （或δU ）的一个数就是该电表的级别K 。例如，算出δ为1.1,该电流表（或电压表）定级为1.5级。
（5）以I （或U ）为横坐标，I-I p （或U-U p ）为纵坐标，作误差曲线图。
（注意：误差曲线是将两相邻的误差点用直线连接起来，因此总的曲线是由许多折线组成的。这是因为各误差点之间没有一个确定的关系。）
实验
1.*测200μA 的表头的内阻。
2. 将200μA 的表头扩程为60mA 的毫安表，并校正改装后的电表。
3. 将200μA 的表头改装为2V 的电压表，并校正改装后的电表。 预习思考题
怎样计算改装电表的扩程电阻（分流电阻或分压电阻）？ 复习思考题
如果对改装电表校准时发现，改装表的读数都偏高（或偏低）于标准表，是什么原因？应该采取什么措施？
数据记录表举例 1．电流表的校准
实验四 用惠斯通电桥测电阻
实验目的
1、 掌握惠斯通电桥测电阻的原理
2、 学会用惠斯通电桥测电阻的方法
3、 学会测量电桥灵敏度的方法，并了解提高灵敏度的途径 实验仪器
3个电阻箱 箱式电桥 直流电源 滑线变阻器2个 检流计 待测电阻
实验原理
用伏安法测电阻时，除了因所用电流表和电压表准确度不高带来的误差外，还存在着与测量线路有关的电表接入误差。为避免伏安法带来的上述误差，可用比较电势的方法测量。由于电势的比较和检测在技术上容易达到很高的灵敏度，而标准电阻元件的制造也能够做得非常精确。所以在此基础上设计的电桥电路，不仅可用于电阻的精确测量，而且在电容、电感、频率、温度等多种物理量的检测以及自动控制技术中有着广泛应用。
惠斯通电桥的电路如图4-1所示，被测电阻R x 和标准电阻R 0及电阻R 1、R 2构成电桥的四个臂，在ac 两端加上直流电压，bd 间串接检流计G ，用来检测其间有无电流（b 、d 两点有无电势差）。“桥”指bd 这段线路，它的作用是将b 、d 两点电势直接进行比较。当b 、d 两点电势相等时，检流计中无电流通过，I G =0，1234,I I I I ∴==，称电桥达到平衡。
,ab ad bc dc U U U U ==
114x R I R I =，2203R I R I =
这时，电桥四个臂上电阻的关系为：
1100022
==(1)x x R R R R R KR R R R = 或 上式称为电桥平衡条件。若R 0的阻值和2
1
R R K =,已知，即可由上式求出R X 。
调节电桥平衡的方法有两种：一种是保持R 0不变，调节
2
1R R 的比值；另一种是保持21
R R 不变，调节电阻R 0。本实验采用后一种方法。
在实验中检流计指零即认为电桥平衡，（1）式成立，因检流计的灵敏度是有限的（实
验中使用的检流计灵敏度约为107
格／安以上），从而给测量带来误差。为此我们引入电桥灵敏度S 的概念
x
n
s R ?=
(2) 式中x R ?是电桥平衡后x R 的微小改变量，n 是由改变量x R ?而引起的检流计偏转格
数。灵敏度S 的物理意义是有电桥平衡后，改变待测电阻阻值大小引起检流计指针偏转的个数。S 越大，灵敏度越高。S 还可以写成
G
I L G x
I n S S S I R ?=
?=??? (3) 式中S I 为检流计的灵敏度。一般检流计灵敏度约为107格／安。S L 为线路灵敏度，它与电源电压、桥臂电阻及电阻位置有关。电源电压越高，电桥灵敏度越高；桥臂电阻越大，电桥灵敏度越低。定义相对灵敏度S 相为
x x
n
S R R =
?相
(4) 图4-1
012
12x x o
n n n n S R R R R R R R R =
===????相 (5)
上式表明，可以通过测相对于R 0的变化0R ?，测量电桥的相对灵敏度。在计算由灵敏度带来的不确定度时，通常假定检流计的0.2分度为难以分辨的界限，即取错误！未找到引用源。，由灵敏度带来的不确定度为
20.2()B X u R S =
相 (6)
仪器介绍
箱式电桥
工厂或实验室测量电阻常用的是箱式电桥。它是把3只电阻箱R 1、R 2、R 0，以及检流计和电池都装在一只箱子里，便于携带和使用。QJ-23型电桥是我国目前大量生产的系列产品之一，面板如图4-2。借助转换开关可调节倍率K=0.001、0.01、……1000的7个值。在面板的左上方有倍率值的调整盘。在它的下方是内附检流计，在检流计旁边有“内接”、
“G ”、“外接”3个接线柱。若用内附检流计
时，需将“G ”和“外接”两接线柱用连接片短接。若用灵敏度更高的检流计时，可以从“G ”和“外接”两接线柱接入，并将“G ”和“内接”两接线柱同连接片短接，使内附检流计短路。该电桥内附电源电压是4.5伏。如需增加电源电压来提高电桥灵敏度，可将外接电源从面板左上角E “+、-”两接线柱间接入，这样外接电源与内附是串联的。不用外接电源时，应用连接片将这两个接线柱短接。而板的下方有待测电阻R x 的两个接线柱和接通检流计及电源的按纽“K G ”和“K E ”。
使用箱式电桥时应注意： ⑴ 先把检流计“G ”和“外接”短路，将指针调到零点。使用完毕后应将“G ”和“内接”短路。
⑵ 估计待测电阻R x 的阻值。适当选择倍率，使比较臂能有4位读数。 ⑶ 测量时，应先按K E ，后按K G ，测量完后应先断开K G ，后断K E 。 实验内容
1．用自组惠斯通电桥分别测量两个待测电阻的阻值及灵敏度
按图4-1连接电路。注意调节保护电阻R G 和限流电阻R E 的滑动端。 （1） 选取倍率，调节电桥平衡。读出R 0的值, 算出待测电阻的值'
x R
（2） 测量电阻时采用交换法（即将R 1与R 2交换位置）调节电桥平衡。读出R 0的值. 算出待测电阻的值''
x R
（3） 测定电桥灵敏度，调节电桥平衡后，保持倍率不变。改变比较臂R 0的阻值，使检 流计指针偏转n =5格。记下R 0的改变量'0R ?，再使检流计朝相反方向偏转记下''
0R ?。求出'
0R ?和''
0R ?的平均值?R 0代入（2-4）式，算出电桥灵敏度相S 。
（4）算出待测电阻的值R X
()c x u R 。
图4—2
2.* 用箱式电桥测量电阻
测量方法按实验原理和仪器介绍中讲的做，内容与自装电桥相同。 预习思考题
1. 电桥平衡的条件是什么?
2. 电桥调节方法是什么? 复习思考题
如何用惠斯通电桥测表头内阻?
a) 数据记录表格举例
1x R 、2x R 分别为待测的两个电阻。
2. 误差分析
实验为一次性测量,测量结果由B 类不确定度评价 ① 电阻箱引入的合成不确定度为：
1()B x u R R =R =② 电桥灵敏度引入不确定度为：
20.2()B X u R S =
相合成标准不确定度为：
()c X u R =
大学物理实验（I I）实验讲义 华中科技大学物理学院实验教学中心
目录 实验1：偏振光实验 (1) 实验2：迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪 (5) 实验3：振动力学综合实验 (13) 实验4：RLC电路和滤波器 (22)
实验1：偏振光实验 【实验目的】 1.观察光的偏振现象，加深对其规律认识。 2.了解产生和检验偏振光的光学元件及光电探测器的工作原理。 3.掌握一些光的偏振态（自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光）的鉴别方 法以及相互的转化。 【课前预习】 1.光的波动方程以及麦克斯韦方程组。 2.电磁波的偏振性及波片的性质。 【实验原理】 1、自然光与偏振光 麦克斯韦指出光波是一种电磁波，电磁波是横波。由于光与物质相互作用过程中反应比较明显的是电矢量E，故此，常用E表征光波振动矢量，简称光矢量。一般光源发射的光波，其光矢量在垂直于传播方向上的各向分布几率相等，这种光就称为自然光。光矢量在垂直于传播方向上有规则变化则体现了光波的偏振特性。如果光矢量方向不变，大小随相位变化，这时在垂直于光波传播方向的平面上光矢量端点轨迹是一直线，则称此光为线偏振光（平面偏振光），光矢量与传播方向构成的平面叫振动面如图1（a）。图1(b)是线偏振光的图示法，其中短线表示光矢量平行于纸面，圆点表示光矢量与纸面垂直。如果其光矢量是随时间作有规律的改变，光矢量的末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是圆或者椭圆，这样的光相应的被称为圆偏振光或者椭圆偏振光，如图1（c）。介于偏振光和自然光之间的还有一种叫部分偏振光，其光矢量在某一确定方向上最强，亦即有更多的光矢量趋于该方向，如图1（d）。任一偏振光都可以用两个振动方向互相垂直，相位有关联的线偏振光来表示。 2、双折射现象 当一束光入射到光学各向异性的介质时，折射光往往有两束，这种现象称为双折射。冰洲石（方解石）就是典型的双折射晶体，如通过它观察物体可以看到两个像。当一束激光正入射于冰洲石时，若表面已抛光则将有两束光出射，其中一束光不偏折，即o光，它遵守通常的折射定律，称为寻常光。另一束发生了偏折，即e光，它不遵守通常的折射定律，称为非常光。用偏振片检查可以发现，这两束光都是线偏振光，但其振动方向不同，其两束光的光矢量近于垂直。晶体中可以找到一个特殊方向，在这个方向上无双折射现象，这个方向称为晶体的光轴，也就是说在光轴方向o光和e光的传播速度、折射率是相等的。此处特别强调光轴是一个方向，不是一条直线。只有一个光轴的晶体称为单轴晶体，如冰洲石，石英，红宝石，冰等，其中又分为负晶体（o光折射率大于e光折射率，即n o>n e）和正晶体（n o 大学物理实验讲义(密度测定) 不规则物体密度的测定 【实验目的】 1、学习物理天平的使用方法； 2、掌握用流体静力称衡法测定不规则固体 密度的原理和方法； 3、掌握用助沉法测定不规则固体密度（比 水的密度小）的原理和方法； 4、掌握用密度瓶测定碎小固体密度的原理 和方法 。 【实验仪器和用品】 物理天平（500g 、50mg ）、密度瓶（50ml ）、烧杯（500ml ）、不规则金属块（被测物）、石蜡块（被测物）、碎小石子（被测物）、清水、细线。 密 游码 平衡螺母 边刀托 杯托盘 底座 度盘 指针 中刀托 手轮 调平螺母 挂钩 吊耳 水准泡 托盘 托盘 横梁 物理天 1 m 图3 静力 【实验原理】 某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。对一密度均匀的物体，若其质量为m,体积为V ，则该物体的密度： V m =ρ （ 1 ） 实验中，测出物体的质量m 和体积V ，由上式可求出样品的密度。 1、用流体静力称衡法测定不规则固体的密度（比水的密度大） 设被测物在空气中的质量为m 物 （空气浮力忽略不计），全部 浸没在水中（悬吊，不接触 烧杯壁和底）的表观质量为 m 1（如图3示），体积为V ， 水的密度为ρ水 。根据阿基米德定律，有： 1()Vg m m g ρ=-水 1m m V ρ-=水 被测物密度： 1m m V m m ρρ==-水 （2） 2、流体静力称衡法和助沉法相结合测定密度小于水的不规则固体的密度 设被测物在空气中的质量为m ，用细线将被测物与另一助沉物串系起来：被测物在上，助沉物在下。设仅将助沉物没入水中而被测物在水面上时系统的表观质量为1 m ，二者均没入水中（注意悬吊，不接触烧杯壁和底）时的表观质量为2m ，如图4所示： 根据阿基米德定律，被测物受到的浮力为：1m 图4 静力称衡法和助待 测物块m 大学物理实验复习资料 复习要求 1．第一章实验基本知识； 2．所做的十二个实验原理、所用的仪器（准确的名称、使用方法、分度值、准确度）、实验操作步骤及其目的、思考题。 第一章练习题（答案）1．指出下列情况导致的误差属于偶然误差还是系统误 差？ ⑴读数时视线与刻度尺面不垂直。——————————该误差属于偶然误差。 ⑵将待测物体放在米尺的不同位置测得的长度稍有不同。——该误差属于系统误差。 ⑶天平平衡时指针的停点重复几次都不同。——————该误差属于偶然误差。 ⑷水银温度计毛细管不均匀。——————该误差属于系统误差。 ⑸伏安法测电阻实验中，根据欧姆定律R x=U/I，电流表内接或外接法所测得电阻的阻值与实际值不相等。———————————————该误差属于系统误差。 2．指出下列各量为几位有效数字，再将各量改取成三位有效数字，并写成标准式。 测量值的尾数舍入规则：四舍六入、五之后非零则入、五之后为零则凑偶 ⑴63.74 cm ——四位有效数字，6.37 ×10cm 。 ⑵ 1.0850 cm ——五位有效数字，1.08cm ， ⑶0.01000 kg ——四位有效数字， 1.00 ×10－2kg ， ⑷0.86249m ——五位有效数字，8.62 ×10－1m ， ⑸ 1.0000 kg ——五位有效数字，1.00kg ， ⑹ 2575.0 g ——五位有效数字，2.58×103g ， ⑺ 102.6 s；——四位有效数字，1.03 ×102s ， ⑻0.2020 s ——四位有效数字， 2.02 ×10－1s ， ⑼ 1.530×10－3 m. ——四位有效数字，1.53 ×10－3m ⑽15.35℃——四位有效数字，1.54×10℃3．实验结果表示 ⑴精密天平称一物体质量，共称五次，测量数据分别为：3.6127g，3.6122g，3.6121g，3.6120g，3.6125g， 试求 ①计算其算术平均值、算术平均误差和相对误差并写 出测量结果。 ②计算其测量列的标准误差、平均值标准误差和相对 误差并写出测量结果。 解：算术平均值 = m3 612 3 5 15 1 . ≈ ∑ =i i m （g） 算术平均误差m ? = - =∑ = 5 1 5 1 i i m m 0.00024 = 00003（g） 相对误差 m m E m ? = =0.0003/3.6123=0.000083≈0.009% 用算术平均误差表示测量结果：m = 3.6123±0.0003（g） 测量列的标准误差 ()()()( 1 5 3 2 6123 3 6121 3 2 6123 3 6122 3 2 6123 3 6127 3 - + - + - + - =. . . . . . =0.0003（g） 经检查，各次测量的偏差约小于3σ，故各测量值均 有效。 平均值的标准误差 5 0003 0. = = n m σ σ ≈0.00014（g） 相对误差 % . % . . 0004 100 6123 3 00014 ≈ ? = = m E m m σ 用标准误差表示的测量结果= m 3.61230±0.00014（g） ⑵有甲、乙、丙、丁四人，用螺旋测微器测量一铜球 的直径，各人所得的结果是： 甲：(1.3452±0.0004)cm；乙：(1.345±0.0004)cm 丙：(1.34±0.0004)cm；丁：(1.3±0.0004)cm 问哪个表示得正确？其他人的结果表达式错在哪里？ 参考答案：甲：正确。 测量结果的最后一 其他三个的错误是测量结果的最后一位没有与误差所 在位对齐。 ⑶用级别为0.5、量程为10mA的电流表对某电路的 电流作10次等精度测量，测量数据如下表所示。试计 实验09用牛顿环测曲率半径 光的干涉现象证实了光在传播过程中具有波动性。光的干涉现象在工程技术和科学研究方面有着广 泛的应用。获得相干光的方法有两种：分波阵面法（例如杨氏双缝干涉、菲涅尔双棱镜干涉等）和 分振幅法（例如牛顿环等厚干涉、迈克尔逊干涉仪干涉等）。本实验主要研究光的等厚干涉中的两个典型 干涉现象，即牛顿环和劈尖干涉，它们都是用分振幅方法产生的干涉，其特点是同一条干涉条纹 处两反射面间的厚度相等，故牛顿环和劈尖都属于等厚干涉。在实际工作中，通常利用牛顿环来测量 光波波长，检查光学元件表面的光洁度、平整度和加工精度，利用劈尖来测量微小长度、薄膜的厚度 和固体的热膨胀系数等。 【实验目的】 1.观察光的干涉现象及其特点。 2.学习使用读数显微镜。 3.利用牛顿环干涉测量平凸透镜的曲率半径R 。入射光 4.利用劈尖干涉测量微小厚度。 【仪器用具】 R 读数显微镜、钠光灯、牛顿环装置、劈尖 r K d K 【实验原理】O (a) 1.牛顿环 牛顿环干涉现象是 1675 年牛顿在制作天文望远镜时，偶 然地将一个望远镜的物镜放在平面玻璃上而发现的。 如图 8-1 所示，将一个曲率半径为R（R很大）的平凸 透镜的凸面放在一块平面玻璃板上，即组成了一个牛 顿环装置。在透镜的凸面与平面玻璃板上表面间，构成了 一个空气薄层，其厚度从中心触点O （该处厚度为零） 向外逐渐增加，在以中心触点O 为圆心的任一圆周上的各点，薄空气层的厚度都相等。因此，当波长为的单色 光垂直入射时，经空气薄层上、下表面反射的两束相干光 形成的干涉图象应是中心为暗斑的宽窄不等的明暗相间 的同心圆环。此圆环即被称之为牛顿环。由于这种干涉条 纹的特点是在空气薄层同一厚度处形成同一级干涉条纹，因 此牛顿环干涉属于等厚干涉。 D 1 X (左)X(右 ) 11 D 4 X 4(左)X 4(右 ) (b) 图8-1 牛顿环的产生 设距离中心触点O 半径为 r K的圆周上某处，对应的空气薄层厚度为 d K，则由空气薄层上、下表面反射的两束相干光的光程差为 K 2d K 2 （ 8-1） 实验16用霍尔效应法测量磁场 在工业生产和科学研究中，经常需要对一些磁性系统或磁性材料进行测量，被测磁场的范 围可从~10 15-3 10T （特斯拉），测量所用的原理涉及到电磁感应、磁光效应、热磁效应等。常用的磁场测量方法有核磁共振法、电磁感应法、霍尔效应法、磁光效应法、超导量子干涉器件法等近十种。 一般地，霍尔效应法用于测量10~104 -T 的磁场。此法结构较简单，灵敏度高，探头体积小、测量方便、在霍尔器件的温度范围内有较好的稳定性。但霍尔电压和内阻存在一定的温度系数，并受输入电流的影响，所以测量精度较低。 用半导体材料制成的霍尔器件，在磁场作用下会出现显着的霍尔效应，可用来测量磁场、霍尔系数、判断半导体材料的导电类型（N 型或P 型）、确定载流子（作定向运动的带电粒子）浓度和迁移率等参数。如今，霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量电测、自动控制和信息处理等方面，如测量强电流、压力、转速等，在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更为广阔的应用前景。了解这一富有实用性的实验，对于日后的工作将有益处。 【实验目的】 1. 了解霍尔效应产生的机理。 2. 掌握用霍尔器件测量磁场的原理和基本方法。 3. 学习消除伴随霍尔效应的几种副效应对测量结果影响的方法。 4. 研究通电长直螺线管内轴向磁场的分布。 【仪器用具】 TH-H/S 型霍尔效应/螺线管磁场测试仪、TH-S 型螺线管磁场实验仪。 【实验原理】 1. 霍尔效应产生的机理 置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场方向垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，载流体的两侧会产生一电位差，这个现象是美国霍普斯金大学二年级研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应，所产生的电位差称为霍尔电压。特别是在半导体样品中，霍尔效应更加明显。 霍尔电压从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子和空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的积累，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。对于图1-1（a ）所示的N 型半导体试样，若在X 方向通以电流S I ，在Z 方向加磁场B ，试样中载流子（电子）将受到洛仑兹力大小为： evB F g =（1-1） 则在Y 方向，在试样A 、A '电极两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场——霍尔电场。电场的指向取决于试样的导电类型，对N 型半导体试样，霍尔电场逆Y 方向，P 型半导体试样，霍尔电场则沿Y 方向，即有： 当S I 沿X 轴正向、B 沿Z 轴正向、H E 逆Y 正方向的试样是N 型半导体。 大学物理实验讲义 普通物理教研室编 班级： 学号： 姓名： 学生实验守则 1、进实验室前，必须根据每个实验的预习要求，阅读有关资料。 2、按时进入实验室，保持安静和整洁，独立完成实验。 3、实验开始前，应仔细检查仪器、设备是否齐备和完好。若有不全或损坏情况，应及时报告指导教师。 4、爱护公物，正确使用实验仪器和设备，不得随意动用与本实验无关的仪器和设备。 5、接线完毕，先自行检查，再请指导教师检查，确认无误后，方可接通电源。 6、在实验过程中必须服从教师指导，严格遵守操作规程，精力高度集中，操作认真，要有严格的科学态度。 7、实验进行中，严禁用手触摸线路中带电部分，严禁在未切断电源的情况下改接线路；若有分工合作的情况，必须要分工明确，责任分明，操作要有序，以确保人身安全和设备安全。 8、实验中若出现事故或发现异常情况，应立即关断电源，报告指导教师，共同分析事故原因。 9、实验完毕，应报请指导教师检查实验报告，认为达到要求后，方可切断电源。并整理好实验装置，经指导教师检查后才能离开实验室。 目录 序言 (1) 绪论 (2) 测量误差与实验数据处理基础知识 (4) 实验一长度的测量 (15) 实验二牛顿第二定律的验证 (20) 实验三固体和液体密度的测量 (23) 实验四测量比热容 (25) 4-1 混合法测固体比热容 (25) 4-2 冷却法测液体比热容 (26) 实验五测量冰的熔解热 (28) 实验六测量线胀系数 (30) 实验七万用电表的使用 (32) 实验八磁场的描绘 (36) 实验九惠斯登电桥测中值电阻 (40) 实验十伏安法测电阻 (43) 实验十一电位差计测电池的电动势和内阻 (45) 实验十二示波器的使用 (48) 实验十三静电场的描绘 (52) 实验十四测量薄透镜焦距 (55) 实验十五等厚干涉现象的研究 (58) 【参考文献】 (60) 图3 静力称衡法测密度 不规则物体密度的测定 【实验目的】 1、学习物理天平的使用方法； 2、掌握用流体静力称衡法测定不规则固体密度的原理和方法； 3、掌握用助沉法测定不规则固体密度（比水的密度小）的原理和方法； 4、掌握用密度瓶测定碎小固体密度的原理和方法 。 【实验仪器和用品】 物理天平（500g 、50mg ）、密度瓶（50ml ）、烧杯（500ml ）、不规则金属块（被测物）、石蜡块（被测物）、碎小石子（被测物）、清水、细线。 【实验原理】 某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。对一密度均匀的物体，若其质量为m,体积为V ，则该物体的密度： V m = ρ （1） 实验中，测出物体的质量m 和体积V ，由上式可求出样品的密度。 1、用流体静力称衡法测定不规则固体的密度（比水的密度大） 设被测物在空气中的质量为m （空气浮力忽略不计），吊，不接触烧杯壁和底）的表观质量为m 1（如图3示），体积为水的密度为ρ水。根据阿基米德定律，有： 1()Vg m m g ρ=-水 1 m m V ρ-= 水 密度瓶 游码 平衡螺母 边刀托 杯托盘 底座 度盘 指针 中刀托 手轮 调平螺母 挂钩 吊耳 水准泡 托盘 托盘 横梁 物理天平 被测物密度： 1 m m V m m ρρ= = -水 （2） 2、流体静力称衡法和助沉法相结合测定密度小于水的不规则固体的密度 设被测物在空气中的质量为m ，用细线将被测物与另一助沉物串系起来：被测物在上，助沉物在下。设仅将助沉物没入水中而被测物在水面上时系统的表观质量为1m ，二者均没入水中（注意悬吊，不接触烧杯壁和底）时的表观质量为2m ，如图4所示： 根据阿基米德定律，被测物受到的浮力为：12()Vg m m g ρ=-水，则被测物体积为： 12 m m V ρ-= 水 被测物密度为： 12 m m V m m ρρ= = -水 （3） 3、用密度瓶测定碎小固体（小石子）的密度 假设密度瓶的质量为1m ，将瓶内装满待测的小石子后的质量为2m ，则待测小石子的质量：21m m m =-。 然后将装有小石子的密度瓶加满水，再称其总质量3m ，为了得到小石子排开水的体积，还需要将密度瓶里的小石子倒出，再加满水称得其质量为4m 。 这样可得小石子排开水的质量为：43214321(())m m m m m m m m ---=-+- 图5 密度瓶法测小石子的密度 123 4图4 静力称衡法和助沉法测石蜡块的密度 待测物块（石蜡块） 2 大学物理实验讲义 （） 目录 实验1 复摆 (4) 预习报告 (8) 实验2 弦振动的研究 (9) 预习报告 (13) 实验3 速度和加速度的测量 (14) 预习报告 (21) 实验4 动量守恒定律的验证 (22) 预习报告 (27) 实验5 空气中声速的测量 (28) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验6 RLC电路的稳态特性 (24) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验报告.. (34) 实验7 油滴法测定基元电荷 (46) 预习报告 (53) 实验8 用双臂电桥测量低值电阻 (54) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验9 牛顿环. (60) 预习报告 (67) 实验10 光电效应及普朗克常数的测定 (68) 预习报告 (73) 实验11 单缝衍射 (60) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。实验12 多缝的夫琅和费衍射. (79) 预习报告...................................................... 错误!未定义书签。 实验报告——速度和加速度的测量 (83) 实验报告——牛顿环 (88) 光纤通信实验 光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，主要通过在发送端把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。 因此构成光纤通信的基本要素是光源、光纤和光检测器。 半导体激光器可以作为光纤通信的主要光源，其具有超小型、高效率和高速工作的优异特点，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham 首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。光检测器:把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号的器件。 【实验目的】 1. 了解和掌握半导体激光器的电光特性和测量阈值电流 2. 了解和掌握光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。 3. 对光纤本身的光学特性进行初步的研究，对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。 4. 了解光纤通信的基本原理。 【实验仪器】 导轨，半导体激光器+二维调整，三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架，专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。 【实验原理】 一、半导体激光器的电光特性 实验采用的光源是半导体激光器，由于它的体积小、重量 轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。 因此对半导体激光器的了解和使用就显得十分重要。本实验 对半导体激光器进行一些基本的实验研究，以掌握半导体激 实验一用天平测量质量 本实验介绍测量固体和液体密度的两种方法，流体静力称衡法和比重瓶法，通过实验除了要掌握这两种方法外，还要熟练地掌握物理天平的调整和使用方法。 实验仪器 物理天平(附砝码)、烧杯、温度计、酒精、蒸馏水、待测物。 仪器介绍 物理天平的构造如实图2-2所示，在横梁的中央和两端各有一个刀口(图中2)，中间的刀口安放在支柱顶端的刀垫上，刀垫用玛瑙或硬质合金钢制造，两端的刀口用于悬挂称盘，横梁上装有可以移动的游码(图中5)，用于称量1克以下的质量，(游码从横梁的左端移到右端相当于在右盘中加了1克的砝码)，横梁等分为10大格，每大格又分为5小格，因此，游码每移动一小格相当于在右盘中加20毫克的砝码，即这种天平的分度值为20毫克。常见物理于平的最大称量为0.5千克(即500克)。横梁中部还装有竖直向下的指针(图中7) ，与支柱上的指针标尺(图中8)相对应，用以指示天平的平稳位置及灵敏度，指针的中间有一重心螺丝，它的位置在出厂时已经调整好了，不得任意去旋动它；横梁两侧还有用 来调整零点的螺杆、螺母(图中9)，支柱后面装有水平仪，可通过调节底座上的调节螺丝(图中12)来调 节天平底板水平、支柱铅直，天平的底座上，在左侧称盘的上方还有一个可以放置物品的托架(图中15)。 标志天平规格性能的除了“最大称量”以外，还有游标的分度值以及“感量”或“灵敏度”。“感量”是指，使指针在指针标尺上偏转一格时在称盘中所加的质量值，感量的倒数叫“灵敏度”，即称盘中每加1克(或0.1克)时，指针的偏转格数，利用灵敏度可以很快判断需要把游码移动几格就能使天平达到平衡，从而提高测量的效率。 物理天平的操作步骤如下： 1、调节底座螺丝，直到水平仪中的气泡位于水平仪中间，则说明天平座位水平了、支柱铅直和刀垫水平 了。 2、调节零点，把称盘挂在横梁两侧的刀口上，并把游码放在零位，然后将止动旋钮(图中16)顺时针方向 旋转支起横梁，用水平调节螺丝调好天平的平衡，调整后即把止动旋钮逆时针转动复位，放下横梁。 3、称衡时，物体放在左盘，砝码放在右盘，进行称衡，注意，砝码应用镊子取放，不准用手拿取砝码！ 每次增加或减少砝码，均需先放下横梁，要判断天平是否平衡的时候，才支起横梁称衡，平时的大部分时间都要放下横梁！紧记！以保护好天平刀口不受磨损， 保证天平有足够的灵敏度。 4、完成全部称衡后，用止动旋钮放下横梁，并把称盘摘离刀口，游码复零，砝码归盒盖好。 实验原理 设物体的质量为m ，体积为V ，则其密度ρ为 1.横梁 2.刀口 3.支柱 4.刀垫 5.游码 6.游码标尺 7.指针 8.指针标尺 9.平衡螺丝 10.水平仪 11.底盘 12.调节螺丝 13.秤盘 14.挂钩 15托架 16.重心螺丝 17.止动旋钮 实图2-2 实验02 波尔共振实验 因受迫振动而导致的共振现象具有相当的重要性和普遍性。在声学、光学、电学、原子核物理及各种工程技术领域中，都会遇到各种各样的共振现象。共振现象既有破坏作用，也有许多实用价值。许多仪器和装置的原理也基于各种各样的共振现象，如超声发生器、无线电接收机、交流电的频率计等。在微观科学研究中共振现象也是一种重要的研究手段，例如利用核磁共振和顺磁共振研究物质结构等。 表征受迫振动的性质是受迫振动的振幅频率特性和相位频率特性（简称幅频和相频特性）。本实验中，用波尔共振仪定量测定机械受迫振动的幅频特性和相频特性，并利用频闪方法来测定动态物理量——相位差。 【实验目的】 1．研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。 2．研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响，观察共振现象。 3．学习用频闪法测定运动物体的某些量，例相位差。 【仪器用具】 ZKY-BG波尔共振实验仪 【实验原理】 物体在周期外力的持续作用下发生的振动称为受迫振动，这种周期性的外力称为强迫 力。如果外力是按简谐振动规律变化，那么稳定状态时的受迫振动也是简谐振动，此时，振幅保持恒定，振幅的大小与强迫力的频率和原振动系统无阻尼时的固有振动频率以及阻尼系数有关。在受迫振动状态下，系统除了受到强迫力的作用外，同时还受到回复力和阻尼力的作用。所以在稳定状态时物体的位移、速度变化与强迫力变化不是同相位的，存在一个相位差。当强迫力频率与系统的固有频率相同时产生共振，此时速度振幅最大，相位差为90°。 实验采用摆轮在弹性力矩作用下自由摆动，在电磁阻尼力矩作用下作受迫振动来研究受迫振动特性，可直观地显示机械振动中的一些物理现象。 当摆轮受到周期性强迫外力矩t cos M M 0ω=的作用，并在有空气阻尼和电磁阻尼的媒质中运动时（阻尼力矩为dt d b θ-）其运动方程为 t cos M dt d b k dt d J 022ω+θ-θ-=θ （1） 式中，J 为摆轮的转动惯量，θ-k 为弹性力矩，0M 为强迫力矩的幅值，ω为强迫力的圆频率。 令 J k 20=ω，J b 2=β，J m m 0= 则式（1）变为 t cos m dt d 2dt d 2022ω=θω+θβ+θ （2） 当0t cos m =ω时，式（2）即为阻尼振动方程。 大学物理实验讲义实验示波器原理和使用 实验5 示波器原理和使用 示波器是利用示波管内电子射线的偏转，在荧光屏上显示出电信号波形的仪器。用它能直接观察电信号的波形，也能测定电信号的幅度、周期、频率和相位，凡能转化为电压信号的其它电学量（电流、电功率、阻抗等）和非电学量（温度、位移、速度、压力、声强、光强、磁场等），其随时间的变化都能用示波器来观测。由于电子射线的惯性小，示波器扫描发生器的频率较高（可达几百兆赫），Y轴和X轴放大器的增益很大，输入阻抗高，所以示波器特别适合于观测瞬时变化的过程，并可测量微伏级的电压，而对被测试系统的影响很小。因此示波器是一种应用广泛的综合性电信号测试仪器。 示波器按用途和特点可以分为： 通用示波器。它是根据波形显示基本原理而构成的示波器。 取样示波器，它是先将高频信号取样，变为波形与原始信号相似的低频信号，再应用基本原理显示波形的示波器。与通用示波器相比，取样示波器具有频带极宽的优点。 记忆与存储示波器。这两种示波器均有存储信号的功能，前者是采用记忆示波管，后者是采用数字存储器来存储信息。 专用示波器。为满足特殊需要而设计的示波器，如电视示波器、高压示波器等。 智能示波器。这种示波器内采用了微处理器，具有自动操作、数字化处理、存储及显示等功能。它是当前发展起来的新型示波器。也是示波器发展的方向。 本实验以SS—7802型通用示波器为例，说明示波器的原理和使用方法，并介绍GFG—8016G型数字式函数信号发生器的使用方法。 【实验目的】 1．了解示波器显示图象的原理。 2．较熟练地掌握示波器的调整和使用方法。 3．掌握函数信号发生器的使用方法。 4．学习用示波器观察电信号的波形，测量电信号的电压幅度和频率。 【仪器用具】 SS—7802型示波器（或DS-5000型存储示波器）、GFG—8016G型数字式函数信号发生器(或SPF05A型数字合成函数信号发生器)。 【实验原理】 1.示波器的基本结构和工作原理 示波器内部结构复杂，型号很多，但从功能上看，大致可分为示波管、电压放大装置（包括Y轴放大和X轴放大两部分）、扫描与整步装置和电源四个部分。如图5-1所示。 （1）示波管：它包括电子枪、偏转板和荧光屏三部分。 图5-1 示波器结构方框图 实验14 液晶电光效应实验 液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的特性。当光通过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应。液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用下，偶极子会按电场方向取向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称为液晶的电光效应。 1888年，奥地利植物学家Reinitzer在做有机物溶解实验时，在一定的温度范围内观察到液晶。1961年美国RCA公司的Heimeier发现了液晶的一系列电光效应，并制成了显示器件。从70年代开始，日本公司将液晶与集成电路技术结合，制成了一系列的液晶显示器件，至今在这一领域保持领先地位。液晶显示器件由于具有驱动电压低（一般为几伏），功耗极小，体积小，寿命长，无辐射等优点，在当今各种显示器件的竞争中有独领风骚之势。 【实验目的】 1．在学习液晶光开关的基本原理，测量液晶光开关的电光特性曲线，并由电光特性曲线得到液晶的阈值电压和关断电压。 2．测量驱动电压周期变化时，液晶光开关的时间响应曲线，并由时间响应曲线得到液晶的上升时间和下降时间。 3．测量液晶光开关的视角特性。 4．了解液晶光开关构成矩阵式图像显示的原理。 【仪器用具】 ZKY-LCDEO型液晶光开关电光特性综合实验仪、数字示波器 【实验原理】 1．液晶光开关的工作原理 液晶的种类很多，仅以常用的扭曲向列型液晶为例，说明其工作原理。光开关的结构如图1所示。在两块玻璃板之间夹有液晶，液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。棍的长度 在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。上下电极之间的那些液晶分子趋向于平行排列。然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直，所以从俯视方向看，液晶分子的排列从上电极的沿－45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿＋45度方向排列，整个扭曲了90度。如图1左图所示。 理论和实验都证明，上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时，偏振方向会旋转90度。 取两张偏振片贴在玻璃的两面，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。 在未加驱动电压的情况下，来自光源的自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了90°。这时光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。 在施加足够电压情况下，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构，如图1右图所示。从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。 由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关，又叫做常白模式。若P1和P2的透光轴相互平行，则构成常黑模式。 入射的自然光 偏振片P1 偏振片P2 出射光 扭曲排列的液晶分子具有光波导效应 光波导已被电场拉伸 图1. 液晶光开关的工作原理 大学物理实验复习 测量误差与数据处理p5 1．绝对误差表达式（自我感觉就是全微分） 例如的绝对误差表达式为 2．相对误差：相对误差=绝对误差被测量。例如： 3．算术平均偏差：对一固定量进行多次测量所得各偏差绝对值的算术平均值称为算术平均偏差，公式略，在p10页 4． 分光镜的调整和折射率的测定 1．测量三棱镜顶角的方法：自准法和劈尖干涉法。 自准直法测三棱镜顶角α原理： 平行光线分别垂直入射到三棱镜的AB，AC两个反射面，由原路返回的两反射线的方位为T1，T2则： ф=|T2-T1| 或ф=360°-|T2-T1| 顶角α=180°-ф 对劈尖干涉法存在疑问！！ 刚体转动惯量的研究 1．扭摆的垂直轴上装上载物圆盘，，测出它的转动周期为，将圆柱体放在载物圆盘上，测出此系统的转动周期为，则圆柱体自身转动周期T为 导热系数实验p81 1．改变样品形状，采取一些措施，能否利用本实验装置测量良导体的导热系数？ 为什么？ 2．测A,B的厚度使用游标卡尺，只有三位有效数字，为何不用千分尺？ 3．试根据计算式中各实验测得值的有效数字的位数，指出产生误差的主要因素是什么？ 4．室温不同测得的值相同吗？为什么？哪个大? 5．在测量不良导体的导热系数时，若上下表面热电偶电动势接近稳定但均在缓慢上升，为了缩短系统达到稳定温度的时间，若用红外灯加热，则红外灯的电压应微微降低。反之应微微升高。 惠斯通电桥测电阻 1．比率选择：千欧级选“1”，百欧级选“0.1”，以此类推。 2．电桥的组成部分是哪些？什么是电桥的平衡条件？ 密立根油滴实验p216 1．本书采用统计方法或统计直方图和最大公约数法两种数据处理方法来得出电荷的量子性和电子电荷的。 2．在实验过程中，平行极板加上某一电压值，有些油滴向上运动，有些油滴向下运动，且运动越来越快，还有些油滴运动状况与未加电压时一样，这是什么原因？ 3．密立根油滴实验平衡测量法要求油滴做匀速运动。识别是否满足这一条件的简单办法是测油滴通过中央水平刻线上、下两等间距刻线所需的时间是否 大学物理演示实验讲义 （草稿） 何豪、侯晓强 2010.8 实验室功能介绍 本实验室将全面支持同学们的大学物理课学习； 本实验室为同学们提供了数十个定性或半定量实验。 本实验室还为同学们提供了大量的趣味物理展品。 实验和资料将帮助你理解物理概念,帮助你体会实验构思的巧妙,帮助你把理论与实践更好地结合起来,帮助你开阔知识视野。总之是为了帮助你早日成才！ 本实验室采取互动方式教学，除了观察教师为你做的演示实验以外，你还可以选择自己最感兴趣的项目亲自动手做实验；你可以利用导学系统去学习,去思考,去探索；你还可以在课外参加创新实践活动,参加实验室建设,发展自己的个性与特长。 兴趣是最好的老师，在这个实验室的经历将会使你终生难忘! 锥体上滚 【实验目的】： 1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨道上滚的现象，使学生加深了解在重力场中物体总是以降低重心，趋于稳定的运动规律。 2．说明物体具有从势能高的位置向势能低的位置运动的趋势，同时说明物体势能和动能的相互转换。 【实验仪器】：锥体上滚演示仪 图1，锥体上滚演示仪 【实验原理】： 能量最低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。本实验中在低端的两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了；相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。实验现象仍然符合能量最低原理。 【实验步骤】： 1．将双锥体置于导轨的高端，双锥体并不下滚； 2．将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去； 3．重复第2步操作，仔细观察双锥体上滚的情况。 【注意事项】： 1．移动锥体时要轻拿轻放，切勿将锥体掉落在地上。 2．锥体启动时位置要正，防止它滚动时摔下来造成变形或损坏。 陀螺进动 【实验目的】： 演示旋转刚体（车轮）在外力矩作用下的进动。 【实验仪器】：陀螺进动仪 图2陀螺进动仪 【实验原理】： 陀螺转动起来具有角动量L,当其倾斜时受到一个垂直纸面向里的重力矩(r×mg)作用,根据角动量原理, 其方向也垂直纸面向里。 实验07 光的偏振实验 光波是特定频率范围内的电磁波。在自由空间中传播的电磁波是一种横波，光波的偏振特性清楚地显示了光的横波性，是光的电磁理论的一个有力证明。本实验研究光的一些基本的偏振特性，通过实验深入学习有关光的偏振理论。 【实验目的】 1、 理解偏振光的基本概念，偏振光的起偏与检偏方法； 2、 学习偏振片与波片的工作原理与使用方法。 【仪器用具】 SGP-2A 型偏振光实验系统 【实验原理】 1、 光波偏振态的描述 一般用光波的电矢量（又称光矢量）的振动状态来描述光波的偏振。按光矢量的振动状态可把光波偏振态大体分成五种：自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。这里重点讨论偏振光的描述。 一个单色偏振光可分解为两个偏振方向互相垂直的线偏振光的叠加，即 ?? ?+==)cos(cos 21δωωt a E t a E y x （1） 式中δ为x 方向偏振分量相对于y 方向偏振分量的位相延迟量，1a 、2a 分别是两偏振分量的振幅，ω为光波的圆频率。 对于单色光，参数1a 、2a 、δ就完全确定了光波的偏振状态。 以下讨论中，取021>a a 、，πδπ≤<-。 当πδ，0=时，式（1）描述的是一个线偏振光，偏振方向与x 轴的夹角 )c o s a rc t a n (1 2 δαa a =称为线偏振光的方位角（如图1所示）。 图 1 线偏振光 图 2 圆偏振光 当2/2/ππδ-=，且21a a =时，式（1）描述的 是一个圆偏振光，其特点是光矢量为角速度ω旋转，光矢量的端点的轨迹为一圆。δ的正负决定了光矢量的旋向，2/πδ=时为右旋圆偏振光，2/πδ-=时为左旋圆偏振光（迎着光的方向观察，如图2所示）。 除了上述特殊情况，式（1）表示的是椭圆偏振光（如图3所示）。 偏振的一个重要应用是研究光波通过某个光学系统后偏振状态的变化来了解此系统的一些性质。 2、 偏振片和马吕斯定律 偏振片有一个透射轴（即偏振化方向）和一个与之垂直的消光轴，对于理想的偏振片，只有光矢量振动方向与透射轴方向平行的光波分量才能通过偏振片。因此光波通过偏振片后，将变成光矢量沿透射轴方向振动的线偏振光，因此利用偏振片可以产生线偏振光。 图 4 线偏振光的产生和检测 2 实验5 示波器原理和使用 示波器是利用示波管内电子射线的偏转，在荧光屏上显示出电信号波形的仪器。用它能直接观察电信号的波形，也能测定电信号的幅度、周期、频率和相位，凡能转化为电压信号的其它电学量（电流、电功率、阻抗等）和非电学量（温度、位移、速度、压力、声强、光强、磁场等），其随时间的变化都能用示波器来观测。由于电子射线的惯性小，示波器扫描发生器的频率较高（可达几百兆赫），Y轴和X轴放大器的增益很大，输入阻抗高，所以示波器特别适合于观测瞬时变化的过程，并可测量微伏级的电压，而对被测试系统的影响很小。因此示波器是一种应用广泛的综合性电信号测试仪器。 示波器按用途和特点可以分为： 通用示波器。它是根据波形显示基本原理而构成的示波器。 取样示波器，它是先将高频信号取样，变为波形与原始信号相似的低频信号，再应用基本原理显示波形的示波器。与通用示波器相比，取样示波器具有频带极宽的优点。记忆与存储示波器。这两种示波器均有存储信号的功能，前者是采用记忆示波管，后者是采用数字存储器来存储信息。 专用示波器。为满足特殊需要而设计的示波器，如电视示波器、高压示波器等。 智能示波器。这种示波器内采用了微处理器，具有自动操作、数字化处理、存储及显示等功能。它是当前发展起来的新型示波器。也是示波器发展的方向。 本实验以SS—7802型通用示波器为例，说明示波器的原理和使用方法，并介绍GFG—8016G型数字式函数信号发生器的使用方法。 【实验目的】 1．了解示波器显示图象的原理。 2．较熟练地掌握示波器的调整和使用方法。 3．掌握函数信号发生器的使用方法。 4．学习用示波器观察电信号的波形，测量电信号的电压幅度和频率。 【仪器用具】 SS—7802型示波器（或DS-5000型存储示波器）、GFG—8016G型数字式函数信号发生器(或SPF05A型数字合成函数信号发生器)。 【实验原理】 1.示波器的基本结构和工作原理 示波器内部结构复杂，型号很多，但从功能上看，大致可分为示波管、电压放大装置（包括Y轴放大和X轴放大两部分）、扫描与整步装置和电源四个部分。如图5-1所示。 （1）示波管：它包括电子枪、偏转板和荧光屏三部分。 图5-1 示波器结构方框图 示波管是示波器的核心，它的构造如图5-2所示，左端为一电子枪，电子枪又包括旁热式阴极、加热阴极的灯丝、控制栅极和第一、第二阳极等，阴极经灯丝加热后发出一束电子，电子被第一和第二阳极电场加速及聚焦后，形成一束很细的高速电子流打在右端的荧光屏上，屏上的荧光物 1.横梁 2.刀口 3.支柱 4.刀垫 5.游码 6.游码标尺 7.指针 8.指针标尺 9.平衡螺丝 10.水平仪 11.底盘 12.调节螺丝 13.秤盘 14.挂钩 15托架 16.重心螺丝 17.止动旋钮 实验 一 密度的测量 实验目的 实验介绍测量固体和液体密度的两种方法，流体静力称衡法和比重瓶法，通过实验除了要掌握这两种方法外，还要熟练地掌握物理天平的调整和使用方法。 实验仪器 物理天平(附砝码)、烧杯、温度计、酒精、蒸馏水、待测物。 仪器介绍 物理天平的构造如实图1所示，在横梁的中央和两端各有一个刀口(图中2)，中间的刀口安放在支柱顶端的刀垫上，刀垫用玛瑙或硬质合金钢制造，两端的刀口用于悬挂称盘，横梁上装有可以移动的游码(图中5)，用于称量1克以下的质量，(游码从横梁的左端移到右端相当于在右盘中加了1克的砝码)，横梁等分为20大格，每大格又分为5小格，因此，游码每移动一小格相当于在右盘中加10毫克的砝码，即这种天平的分度值10毫克。常见物理于平的最大称量为0.5千克(即500克)。横梁 中部还装有竖直向下的指针(图中7) ，与支柱上的指针标尺(图中8)相对应，用以指示天平的平稳位置及灵敏度，指针的中间有一重心螺丝，它的位置在出厂时已经调整好了，不得任意去旋动它；横梁两侧还有用来调整零点的螺杆、螺母(图中9)，支柱后面装有水平仪，可通过调节底座上的调节螺丝(图中12)来调节天平底板水平、支柱铅直，在天平的底座上，左侧称盘的上方还有一个可以放置物品的托架(图中15)。 标志天平规格性能的除了“最大称量”以外，还有游标的分度值以及“感量”或“灵敏度”。“感量”是指使指针在指针标尺上偏转一格时在称盘中所加的质量值，感量的倒数叫“灵敏度”，即称盘中每加1克(或0.1克)时，指针的偏转格数，利用灵敏度可以很快判断需要把游码移动几格就能使天平达到平衡，从而提高测量的效率。 物理天平的操作步骤如下： 1、调节底座螺丝，直到水平仪中的气泡位于水平仪中间，则说明天平座位水平了、支柱铅 直和刀垫水平了。 2、调节零点，把称盘挂在横梁两侧的刀口上，并把游码放在零位，然后将止动旋钮(图中 16)顺时针方向旋转支起横梁，用水平调节螺丝调好天平的平衡，调整后即把止动旋钮逆时针转动复位，放下横梁。 3、称衡时，物体放在左盘，砝码放在右盘，进行称衡，注意，加减砝码和移动砝码，都必 须使用镊子，严禁用手！选用砝码时，应遵循：“由大至小，逐个试用，逐次逼近”的原则，直至最后利用游码使天平平衡。每次增减砝码，均需先放下横梁，要判断天平是否平衡的时候，才支起横梁称衡，平时的大部分时间都要放下横梁！切记！以保护好天 图1 物理天平的构造大学物理实验讲义(密度测定)
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