电磁学实验基本知识

图1 WYJ-15型直流稳压电源

附录一. 电磁学实验基础知识

Appendix1 Elementary Knowledge of Electromagnetic Experiment

电磁测量是现代生产和科学研究中应用很广的一种实验方法和实用技术。除了测量电磁量外，它还可通过换能器把非电量变为电量来进行测量。物理课程中电磁学实验的目的，是学习电磁学中常用的典型测量方法（如伏安法、电桥法、电位计法、冲击法等），进行实验方法和实验技能的训练，培养看图、正确连接线路和分析判断实验故障的能力；同时，通过实验的观测，深入认识和掌握电磁学理论的基本规律。

一、

电源Current power

电源是把其他形式的能量转变为电能的装置。电源分为直流和交流两类： 1． 直流电源Direct current power

常用的直流电源有干电池、晶体管直流稳压电源和铅蓄电池。直流稳压电源 的型号繁多，外形各异，但结构上都是由变压器、晶体管、电阻和电容等电子元件按一定的线路组装而成的。它的电压稳定性好，内阻小，功率较大，使用方便。只要接到交流220V 电源上，就能输出连续可调的直流电压（输出电压和电流的大小可由仪器上的电表读出）。使用时，要注意它的最大允许输

出电压和电流，切不可超过。我们实验室里常用的是WYJ-15型直流稳压电源，其面板如图1所示，最大允许输出电压为15V ，最大允许输出电流为3A 。每个铅蓄电池的正常电动势为2V ，额定供电电流约为2A ，多个并联可得较大电流，输出电压比较稳定。使用时要注意，当它的电动势降低到1.8V 时，应及时充电，蓄电池即使未用也需要每隔2~3星期充电一次。

2． 交流电源Alternate current power

常用的电网电源是交流电源。交流电的电压可通过变压器来调节。交流仪表的读数一般指有效值，例如交流220V 就是有效值，其峰值为2×220V ≈301V 。

使用交流或直流电源时，应特别注意不能使电源短路，即不能将电源两极直接接通，使外电路电阻等于零。

二、

电阻Resistance

为了改变电路中的电流和电压，或作为特定电路的组成部分，在电路中经常需要接入各种不同大小的电阻。电阻分为固定的和可变的两类，不论是固定电阻还是可变电阻，使用时除注意其阻值的大小外，还应注意其额定功率，即容许通过的电流⎪⎪⎭

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W I 。在额定功率下，固定电阻接于电路中比较简单，但可变电阻接法不同，其功用也不一样。下面着重介绍两种可变电阻——滑线变阻器和旋转式电阻箱的结构及用法。

1． 滑线变阻器Slide-wire rheostat

滑线变阻器的外形和结构示于图2。把电阻丝（如镍铬丝）绕在瓷筒上，然后将电阻丝两端和接线柱A 、B 相联，因此A 、B 之间的电阻即为总电阻。在瓷筒上方的滑动接头C 可在粗铜棒上移动，它的下端在移动时始终和瓷筒上的电阻丝接触。铜棒的一端（或两端）装有接线柱C ′、C ″，用来代表接头C 以利于连线。改变滑动接头C 的位置，就可以改变AC 之间和BC 之间的电阻。

图2 滑线变阻器

滑线变阻器在电路中有两种接法： （1） 交流接法（限流器）

用滑线变阻器改变电流的接法示于图3，即将变阻器中的任一个固定端A （或B ）与滑动端C 串联在电路中。当滑动接头C 向A 移动时，A 、C 间的电阻减小；当滑动接头C 向B 移动时，A 、C 间的电阻增大。可见，移动滑动接头C 就改变了A 、C 间的电阻，也就改变了电路中的总电阻，从而使电路中的电流发生变化。

（2） 分压接法（分压器）

用滑线变阻器改变电压的接法示于图4，即变阻器的两个固定端A 、B 分别与电源的两极相接，由滑动端C 和任一固定端B （或A ）将电压引出来。由于电流通过变阻器的全部电阻丝 ，故A 、B 之间任意两点都有电位差。当滑动接头C 向A 移动时，B 、C 间电压V BC 增大；当滑动头C 向B 移动时，B 、C 间的电压V BC 减小。可见，改变滑动接头C 的位置，就改变了B 、C （或A 、C ）间的电压。

应当注意的是，滑线变阻器用作改变电流的大小和用作分压两种接法是不相同的，一定不能弄混！同时还应记住，开始实验以前，在限流接法中，变阻器的滑动端应放在电阻最大的位置；在分压接法中，变阻器的滑动端应放在分出电压最小的位置。

2． 旋转式电阻箱Rotary type resistance box

电阻箱是由若干个准确的固定电阻元件，按照一定的组合方式接在特殊的变换开关装置上构成的。利用电阻箱可以在电路中准确调节电阻值。准确度级别高

图3滑线变阻器的限流接法

图4滑线变阻器的分压接法

的电阻箱还可作任意值的电阻标准量具。图5表示某一种电阻箱的内部电路和面板示意图。在箱面上有六个旋钮和四个接线柱，每个旋钮的边缘上都标有0，1，2，3，…9等数字，靠旋钮边缘的面板上刻有标志，并有×0.1，×1，…×10000等字样，也称倍率。当某个旋钮上的数字旋到对准其所示的倍率时，用倍率乘上旋钮上的数字，即为所对应的电阻。如图5中电阻箱面板上每个旋钮所对应的电阻分别为3×0.1，4×1，5×10，6×100，7×1000，8×10000，总电阻为3×0.1+4×1+5×10+6×100+7×1000+8×10000=87654.3Ω。四个接线柱上标有0Ω，0.9Ω，9.9Ω，99999.9Ω等字样，表示0与0.9Ω两接线柱的阻值调整范围为

0.1~9

图5旋转式变阻箱（a ）内部结构示意图(b)面板示意图

×0.1Ω；0与9.9Ω两接线柱的阻值调整范围为0.1~9（0.1+1）Ω；0与99999.9Ω两接线柱的阻值调整范围为0.1~9（0.1+1+10+100+1000+10000）Ω。在使用时，如只需要0.1~0.9Ω或9.9Ω的阻值变化，则将导线接到“0”和“0.9Ω”或“9.9Ω”两接线柱。这种接法，可以避免电阻箱其余部分的接触电阻和导线电阻对低阻值带来不可忽略的误差。电阻箱各挡电阻容许通过的电流是不同的。现以ZX21型电阻箱为例，列表如下：

在电气原理图里，常用不同的图形符号来代表各个元件，用线条表示它们之间的联系。表1列举了常用的电气元件符号。

表1 常用的电气元件符号