物理电学设计性实验.ppt

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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，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。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。预习报告、实验报告的撰写。【难点】方案设计、误差分析。方案设计、误差分析。【课题】物理电学设计性实验（3学时）学时）【背景知识】一、测量与误差：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，通过误差分析的目的就是评定实验数据的精确或误差，通过误差分析，可以认清误差的来源及其

2、影响，并设法排除数误差分析，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。义。误差：测量值与真值之间的差值，真值即物理量所具有误差：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。的客观真实值。误差分类：误差分类：（1 1）系统误差：在

3、同一实验条件（实验方法、仪器、环境）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、叫系统误差。包括：仪器误差、方法误差、个人误差、环境误差。环境误差。（2 2）偶然误差：在同一条件下，对某一量进行测量时，即）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，仍然会出现绝对值和使排除了产生系统误差的原因，仍然会出现绝对值和 符号都以不

4、可预测的方式变化的误差。符号都以不可预测的方式变化的误差。（3 3）过失误差：实验人员人为过失造成的、完全可以避免）过失误差：实验人员人为过失造成的、完全可以避免 的误差。的误差。二、常用电表的使用二、常用电表的使用 查看新编大学物理实验查看新编大学物理实验2-6 2-6 电磁测量仪器电磁测量仪器【实验提供仪器】1.直流稳压电源直流稳压电源 0 15 V可调可调2.万用表万用表3.电流表电流表 量程量程 5、7.5、10、15、20、30(毫安毫安)4.电压表电压表 量程量程 1.5、3、5、7.5、10、20(伏伏)5.直流检流计直流检流计 6.双踪示波器双踪示波器7.信号发生器信号发生器8

5、.秒表秒表 9.实验箱成套设置实验箱成套设置 其中含有其中含有 固定电阻：固定电阻：1、10、51、100（2个）、个）、200、1K、2K、10K（2个）、个）、1M(欧欧)滑线变阻滑线变阻:1K、10K、100K（欧）（欧）电容：电容：0.022 F、0.1 F、1 F、10 F、470 F（2个）个）电感线圈：电感线圈：10mH二极管（二极管（4个）、稳压二极管（个）、稳压二极管（6.2V）灯泡：灯泡：12V/0.5A微安表：（微安表：（0100uA）电位器电位器短接桥和连线导线短接桥和连线导线实验用实验用9孔插件方块孔插件方块【可做相关实验】电路元件伏安特性的测绘电路元件伏安特性的测绘

6、 基本电路的测量基本电路的测量 基本仪器的使用基本仪器的使用 电桥电路测电阻电桥电路测电阻 电表的改装电表的改装 稳压电路稳压电路 整流滤波电路整流滤波电路 RC、RL、RLC暂态电路的研究暂态电路的研究 原件参数的测量原件参数的测量 电路混沌效应电路混沌效应 电路元件伏安特性的测绘一、仪器的选择 图1-1 图1-2 级别选择：根据基本误差的大小，可把电表分为不同的准确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。目前已有七级。目前已有0.05级电表出级电表出 现。现。0.1级和级和0.2

7、级表多用来作标准表校准其它电级表多用来作标准表校准其它电 表，表，0.5级多用于精确度较高的测量中。电表准确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，所以应根据实验误差要求选择合适的级别。所以应根据实验误差要求选择合适的级别。量程的选择：电表的相对误差公式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表实际指示值要达到满偏刻度的2/3

8、以上以此来减少以上以此来减少 电表带来的误差，但要注意不要超出所选量程。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，一定要了解元件的要测绘各种元件的伏安特性曲线，一定要了解元件的 特性，才能选择正确的实验方法，适合的监测电路，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的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的 直线，如图直线，如图1-1中中a所示，该直线的斜率等于该电阻器的所示，该直线的斜率等于该电阻器的 电阻值。电阻值。

9、2.一般的白炽灯在工作时灯丝处于高温状态时，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，阻值也越大，一般灯泡的电流越大，其温度越高，阻值也越大，一般灯泡的 “冷电阻冷电阻”与与“热电阻热电阻”的阻值可相差几倍至十几倍，的阻值可相差几倍至十几倍，所以它的伏安特性如图所以它的伏安特性如图1-11-1中中b b曲线所示。曲线所示。3.一般的半导体二极管是一个非线性电阻元件，其特是一个非线性电阻元件，其特 性如图性如图1-1中中c曲线。正向压降很小（一般的锗管约为曲线。正向压降很小（一般的锗管约为 0.20

10、.3 V，硅管约为，硅管约为0.50.7V)，正向电流随正向，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压降的升高而急骤上升，而反向电压从零一直增加到 十多至几十伏时，其反向电流增加很小，粗略地可视十多至几十伏时，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。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，向特性与普通二极管类似，

11、但其反向特性较特别，如图如图1-1中中d曲线。在反向电压开始增加时，其反曲线。在反向电压开始增加时，其反 向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时向电流几乎为零，但当电压增加到某一数值时(称称 为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管为管子的稳压值，有各种不同稳压值的稳压管)电流电流 将突然增加，以后它的端电压将维持恒定，不再随将突然增加，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。外加的反向电压升高而增大。图图1-3 元件伏安特性曲线元件伏安特性曲线 实验数据表格：实验数据表格：1.测定线性电阻器的伏安特性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测定非线性白

12、炽灯泡的伏安特性 3.测定半导体二极管的伏安特性测定半导体二极管的伏安特性 正向特性实验数据正向特性实验数据反向特性实验数据反向特性实验数据4.测定稳压二极管的伏安特性测定稳压二极管的伏安特性正向特性实验：正向特性实验：反向特性实验：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测二极管正向特性时，稳压电源输出应由小至大逐 渐增加，渐增加，应时刻注意电流表读数不得超过应时刻注意电流表读数不得超过35mA。2.如果要测定如果要测定2AP9的伏安特性，则正向特性的电压的伏安特性，则正向特性的电压 值应取值应取0，0.10，0.13，0.15，0.17，0.19，0.2

13、1，0.24，0.30（V），反向特性的电压值取），反向特性的电压值取0，2，4，10(V)。3.进行不同实验时，应先估算电压和电流值，合理选进行不同实验时，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，仪表的极性亦不择仪表的量程，勿使仪表超量程，仪表的极性亦不 可接错。可接错。实验报告 1.根据各实验数据，根据各实验数据，分别在方格纸上绘制出光滑分别在方格纸上绘制出光滑 的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压的伏安特性曲线。（其中二极管和稳压 管的正、管的正、反向特性均要求画在同一张图中，正、反向电压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）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。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。必要的误差分析。4.心得体会及其他。心得体会及其他。