大学物理实验教案

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23/4/1923/4/19 青岛科技大学物理实验室青岛科技大学物理实验室 22


第四章电磁学第四章电磁学

• 4.14.1 铁磁材料的磁滞回线铁磁材料的磁滞回线4.24.2 灵敏电流计的研究灵敏电流计的研究

• 4.34.3 霍尔效应测磁感应强度霍尔效应测磁感应强度

• 4.4 RLC4.4 RLC 电路特性的研究电路特性的研究



4.1 4.1 铁磁材料的磁滞回线铁磁材料的磁滞回线铁磁材料在磁化过程中，磁感应强度铁磁材料在磁化过程中，磁感应强度 BB 值的变化总是滞后值的变化总是滞后

于磁场强度于磁场强度 HH 的变化，这种现象叫磁滞现象。本仪器由振荡器的变化，这种现象叫磁滞现象。本仪器由振荡器产生的振荡电压信号使铁磁材料产生的振荡电压信号使铁磁材料 (( 样品样品 )) 磁化，经取样电阻取磁化，经取样电阻取样后，把正比于磁场强度样后，把正比于磁场强度 HH 的电压信号经移相后输入到示波器的电压信号经移相后输入到示波器的的 X X 轴轴 .. 。把正比于磁感应强度。把正比于磁感应强度 BB 的电压信号经积分后输入的电压信号经积分后输入到示波器的到示波器的 Y Y 轴。经适当的相位调节，幅度调节，这可以观轴。经适当的相位调节，幅度调节，这可以观察到待测样品的磁滞回线。察到待测样品的磁滞回线。

本实验共有两个样品材料都是硒钢片，一个为闭合回路测本实验共有两个样品材料都是硒钢片，一个为闭合回路测试（类似于变压器）样品，另一个为开磁路测试（条状硒钢试（类似于变压器）样品，另一个为开磁路测试（条状硒钢片）的样品，这正好反映了磁测试的两种方法。片）的样品，这正好反映了磁测试的两种方法。

。。

接下页


青岛科技大学物理实验室操作方法：操作方法：11 、、闭合磁路的测试。将四插头连接线路插入仪器后面对应插孔内，将另一端四个香蕉闭合磁路的测试。将四插头连接线路插入仪器后面对应插孔内，将另一端四个香蕉

插头插入样品对应插头（红对红，黑对黑），将三插头连接线插入仪器对应的插孔上，插头插入样品对应插头（红对红，黑对黑），将三插头连接线插入仪器对应的插孔上，另一侧绿色线的插头插入示波器另一侧绿色线的插头插入示波器 XX 输入上，黄色线插头插入示波器输入上，黄色线插头插入示波器 YY 输入上，黑色插输入上，黑色插头与头与 XX 轴，轴， YY 轴的另一端共接。然后接通电源，打开仪器开关，调节示波器，轴的另一端共接。然后接通电源，打开仪器开关，调节示波器， XX 、、 YY轴比例适中，调节仪器相位调节旋纽，幅度调节旋纽，使回线形状最佳，此时为硒钢轴比例适中，调节仪器相位调节旋纽，幅度调节旋纽，使回线形状最佳，此时为硒钢片的闭合磁路磁滞回线。片的闭合磁路磁滞回线。

22 、开磁路测试。把四插头连接线从闭路取下，对应插入线圈中，在线圈中放入条形硒、开磁路测试。把四插头连接线从闭路取下，对应插入线圈中，在线圈中放入条形硒钢片钢片

33 、其他方法同上，即可观察到开磁路的磁滞回线。、其他方法同上，即可观察到开磁路的磁滞回线。注意事项：注意事项：11 、示波器的、示波器的 XX 、、 YY 轴比例要调节好，最好用轴比例要调节好，最好用 XX 、、 YY 可连续调剂的示波器，否则回线形可连续调剂的示波器，否则回线形

状不理想。状不理想。22 、连接样品时，连接线的红、黑插头不要互换，否则磁化达不到饱和，回线形状同样、连接样品时，连接线的红、黑插头不要互换，否则磁化达不到饱和，回线形状同样

不理想。不理想。

接下页


4.2 4.2 灵敏电流计的研究灵敏电流计的研究



实验目的实验目的

1. 1. 了解灵敏电流计的结构和工作原理，观了解灵敏电流计的结构和工作原理，观察灵敏电流计的三种运动状态，学会正察灵敏电流计的三种运动状态，学会正确使用灵敏电流计，学习物理学原理在确使用灵敏电流计，学习物理学原理在仪器设计方面的应用。仪器设计方面的应用。2. 2. 学习测定灵敏电流计的电流常数及内电学习测定灵敏电流计的电流常数及内电阻的方法。阻的方法。3. 3. 学习一种获得微小电压的线路，并能正学习一种获得微小电压的线路，并能正确分析和接线。确分析和接线。



基本要求基本要求观察灵敏电流计的三种运动状态，会正观察灵敏电流计的三种运动状态，会正

确测量外临界电阻。确测量外临界电阻。明确灵敏电流计的电流常数和电流灵敏明确灵敏电流计的电流常数和电流灵敏

度的意义及测量方法。度的意义及测量方法。掌握“分流器”的作用和使用方法。掌握“分流器”的作用和使用方法。熟悉获得微小电压的电路，明确二次分熟悉获得微小电压的电路，明确二次分

压的电路结构及作用。压的电路结构及作用。



R0

μA

G

R1

R2

图 2-5-1 灵敏电流计参数测量线路

R 外

E

K

K1

K′

实验原理实验原理

)(2 外RRIU ggR

gg

RII

RR 2

外

gII I

d

CS 01



复射式灵敏电流计、滑线变阻器、复射式灵敏电流计、滑线变阻器、电阻箱、微安表、直流电源、电阻箱、微安表、直流电源、单刀单掷开关、阻尼电键等。单刀单掷开关、阻尼电键等。

实验仪器实验仪器



观察电流计的三种运动状态，并测观察电流计的三种运动状态，并测量外临界电阻量外临界电阻 RcRc 。。测量电流计的电流常数及内阻。测量电流计的电流常数及内阻。

实验步骤实验步骤



参考数据参考数据

RR11=20k=20kΩΩ 外临界电阻外临界电阻 RRCC =420 =420 RR22 =1.9 =1.9ΩΩ 电流计偏转电流计偏转=50 =50

RR 外外（（）） 120120 220220 320320 420420 520520 620620 720720 820820

II （（ µµAA ）） 1212 1818 2626 3434 3939 4747 5353 6060

Rg=20Ω

CI=2.8×10-9A/mm



图 2-5-2 I ～ R 外曲线

I (μA)

R 外 (Ω )

ΔI

ΔR 外

A

Rg

o


4.3 4.3 霍尔效应测磁感应强度霍尔效应测磁感应强度



实验目的实验目的

1.1. 了解霍尔效应的物理原理。了解霍尔效应的物理原理。

2.2. 掌握用磁电传感器掌握用磁电传感器————霍尔元件测量磁场的基本方霍尔元件测量磁场的基本方法。法。

3.3. 学习用异号法消除不等位电压产生的系统误差。学习用异号法消除不等位电压产生的系统误差。4.4. 了解了解 UJ-31UJ-31 型电位差计的结构，掌握其使用方法。型电位差计的结构，掌握其使用方法。



基本要求基本要求

1.1. 霍尔效应原理。霍尔效应原理。2.2. UJ-31UJ-31 型电位差计结构、原理、使用方法。型电位差计结构、原理、使用方法。3.3. 用霍尔元件测量磁感应强度测量系统电路。用霍尔元件测量磁感应强度测量系统电路。4.4. 复习灵敏电流计的使用法。复习灵敏电流计的使用法。5.5. 系统误差的消除方法。系统误差的消除方法。



实验原理实验原理

H

H

IK

UB

＋＋＋＋＋＋＋＋＋

――――――――

－

＋＋＋＋＋＋＋＋＋

――――――――

＋

f f

u u

A A

A′ A′

II

× × × × × × × ×

× × × × × × × ×

× × × × × × × ×

× × × × × × × ×

× × × × × × × ×

× × × × × × × ×

× × × × × × × ×

× × × × × × × ×

B B

nedd

RK H

H

1



（（ 11 ）不等位电压）不等位电压（（ 22 ）厄廷豪森）厄廷豪森 (Etinghausen)(Etinghausen) 效应效应（（ 33 ）能斯特）能斯特 (Nernst)(Nernst) 效应效应

（（ 44 ）里纪）里纪————勒杜克勒杜克 (Righi-Leduc)(Righi-Leduc) 效应效应

系统误差的消除



测量系统电路图

未知 1

G稳压源

5.7-6.4V

工作电流霍尔电压激磁电流

mA

甲电池K4

R0

+ + + +

K1 K2 K3

霍耳电压螺线管磁场测量仪激磁电路

A

稳流源

Es

标准电池检流计未知 2

UJ31 型低电势直流电位差计

工作电流电路

P

霍尔电压测量电路

+



• UJ31UJ31 型低电势直流型低电势直流电位差计电位差计 • 复射式灵敏电流计复射式灵敏电流计 • 稳流稳压双路电源稳流稳压双路电源 • 滑线变阻器甲电池标准电池毫安表安培表滑线变阻器甲电池标准电池毫安表安培表 • 霍尔电压螺线管磁场测量仪霍尔电压螺线管磁场测量仪

实验仪器实验仪器



1.1. 线路连接线路连接

2.2. 测量螺线管中心轴线上的磁感应强度测量螺线管中心轴线上的磁感应强度3.3. 测量螺线管中心轴线上磁感应强度与激磁电流的关系测量螺线管中心轴线上磁感应强度与激磁电流的关系

实验步骤实验步骤



参考数据1 ．霍尔元件灵敏度 KH = 20.50mV/ mA·T

2 ．测螺线管中心处的磁感应强度原始数据记录表（测量条件： i =0.9 A ， I = 4mA ）

测量次数测量次数 11 22 33 44 55

UU11 (mV) (mV) 0.77460.7746 0.79200.7920 0.78710.7871 0.78220.7822 0.77000.7700

UU22 (mV) (mV) 0.78450.7845 0.79530.7953 0.76900.7690 0.79780.7978 0.78800.7880

UUHH (mV)(mV) 0.77950.7795 0.79370.7937 0.77810.7781 0.78500.7850 0.77900.7790



0.7831U mV

52

1

11.14 ( ) 0.003

5 4 ii

S U U mv

30.78319.55 10

4 20.50H

H

UB T

I K

-30.0030.000036=0.036 10

4 20.50BU T

TB 310)04.055.9(

0.42%E



3．测激磁电流与磁感应强度的关系原始数据记录表（测量条件： I =4.6 mA k=20.39mv/mA·T）

序号序号 11 22 33 44 55 66 77

i i (( A)A) 1.001.00 0.950.95 0.900.90 0.800.80 0.700.70 0.600.60 0.500.50

UU11( mV)( mV) 0.81020.8102 0.76230.7623 0.72080.7208 0.63820.6382 0.55700.5570 0.47360.4736 0.39370.3937

UU22 (mV) (mV) 0.82890.8289 0.78150.7815 0.74180.7418 0.65980.6598 0.57830.5783 0.49520.4952 0.41360.4136

UUHH (mV) (mV) 0.81950.8195 0.77190.7719 0.73130.7313 0.64900.6490 0.56770.5677 0.48440.4844 0.40370.4037

BB××1010-3-3TT 8.73788.7378 8.22978.2297 7.79697.7969 6.91946.9194 6.05266.0526 5.16455.1645 4.30414.3041


4.4 RLC4.4 RLC 电路特性的研究电路特性的研究



一、实验内容一、实验内容

• 11 、、 RCRC 串联电路的暂态特性串联电路的暂态特性

• 22 、、 RLCRLC 串联电路的稳态特性：幅频特性、串联电路的稳态特性：幅频特性、相频特性相频特性



二、实验仪器二、实验仪器 • FB318FB318 型型 RLCRLC 电路实验仪、双踪示波器电路实验仪、双踪示波器


青岛科技大学物理实验室三、实验原理三、实验原理 • 1. 1. RCRC 串联电路的暂态串联电路的暂态

11 ）充电方程）充电方程

22 ）放电方程：）放电方程：

令，称为令，称为 RCRC 电路的时间常数。电路的时间常数。

RC 串联电路

RC

EU

RCdt

dUC

C 1

)1( RC

t

C eEU

RC

t

R eEU

01

CC U

RCdt

dURC

t

C eEU

RC

t

R eEU

RC


青岛科技大学物理实验室• 2. 2. RLCRLC 串联电路串联电路11 ）） RLCRLC 串联谐振串联谐振谐振频率谐振频率：：

22 ）） RLCRLC 串联电路的幅串联电路的幅频特性曲线频特性曲线

33 ）回路的品质因数）回路的品质因数

LCf

2

10

R

LQ 0

CR

Q0

1


青岛科技大学物理实验室• 44 ）） RLCRLC 回路的通频带回路的通频带

• 55 ）电路谐振时，电感、电容的电压与品质因数）电路谐振时，电感、电容的电压与品质因数QQ 的关系的关系

• 66 ）） RLCRLC 串联电路的相频特性串联电路的相频特性

Q

ffff 0127.0

SS

L QULR

ULIU 0000 S

SC QU

CR

U

CIU

0000

1


青岛科技大学物理实验室四、实验步骤四、实验步骤 • 1. RC1. RC 串联电路的暂态特性串联电路的暂态特性选择方波作为信号源进行实验，以便用普通示波选择方波作为信号源进行实验，以便用普通示波

器进行观测。由于采用了功率信号输出，故应防器进行观测。由于采用了功率信号输出，故应防止短路。止短路。

11 ）选择合适的）选择合适的 RR 和和 CC 值，根据时间常数值，根据时间常数 ττ ，选择，选择合适的方波频率，一般要求方波的周期合适的方波频率，一般要求方波的周期 TT＞＞ 10τ10τ ，，这样能较完整地反映暂态过程，并且选用合适的这样能较完整地反映暂态过程，并且选用合适的示波器扫描速度，以完整地显示暂态过程。示波器扫描速度，以完整地显示暂态过程。

22 ）改变）改变 RR 值或值或 CC 值，观测值，观测 URUR 或或 UCUC 的变化规律，的变化规律，记录下不同记录下不同 RCRC 值时的波形情况，并分别测量时值时的波形情况，并分别测量时间常数间常数 ττ 。。

33 ）改变方波频率，观察波形的变化情况，分析相）改变方波频率，观察波形的变化情况，分析相同的同的 ττ 值在不同频率时的波形变化情况。值在不同频率时的波形变化情况。


青岛科技大学物理实验室• 2. RLC2. RLC 串联电路的稳态特性串联电路的稳态特性自选合适的自选合适的 LL 值、值、 CC 值和值和 RR 值，用示波器的两个值，用示波器的两个

通道测信号源电压通道测信号源电压 UU 和电阻电压，必须注意两通和电阻电压，必须注意两通道的公共线是相通的，接入电路中应在同一点上，道的公共线是相通的，接入电路中应在同一点上，否则会造成短路。否则会造成短路。

11 、幅频特性、幅频特性保持信号源电压保持信号源电压 UU 不变不变 (( 可取可取 Upp=5V),Upp=5V),根据所根据所选的选的 LL 、、 CC 值，估算谐振频率，以选择合适的正值，估算谐振频率，以选择合适的正弦波频率范围。从低到高调节频率，当的电压为弦波频率范围。从低到高调节频率，当的电压为最大时的频率即为谐振频率，记录下不同频率时最大时的频率即为谐振频率，记录下不同频率时的大小。的大小。

22 、相频特性、相频特性用示波的双通道观测用示波的双通道观测 UU 的相位差，的相位与电路的相位差，的相位与电路

中电流的相位相同，观测在不同频率上的相位变中电流的相位相同，观测在不同频率上的相位变化，记录下相应的相位差值。化，记录下相应的相位差值。



五、注意事项五、注意事项

• 使用双踪示波器要正确接线，注意两通道使用双踪示波器要正确接线，注意两通道的接地点应该位于线路的同一点，否则会的接地点应该位于线路的同一点，否则会引起部分电路短路。引起部分电路短路。

• 测量测量 RLCRLC 串联特性改变频率时，注意随时串联特性改变频率时，注意随时调整输出幅度，要保证输出幅度的恒定。调整输出幅度，要保证输出幅度的恒定。

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