实验一 电磁学基本仪器识别

实验一电磁学常用仪器的识别

实验目的

1．了解电磁学实验基本仪器的性能和使用方法；

2．掌握电磁学实验的操作技能和安全知识；

3．能初步分析实验中存在的系统误差，并掌握误差处理的方法。

实验仪器

直流稳压电源，电流表，电压表，电阻箱，滑线变阻器，开关等。

实验仪器介绍

（一）直流稳压电源

大体上是由变压器、晶体管、电阻和电容等电子元件按一定的线路组装而成，它的优点是电压稳定性好，内阻较小，功率较大，而且使用方便，只要把它接到220伏的交流电源上，就能输出连续可调的直流电压。如常用的WYJ30型，最大输出电压为30伏，最大输出电流为3A。

使用电源时注意：

1．严防电源短路；

2．使用电流不得超过额定电流；

3．注意正“＋”、负“－”极，电流从正极流出，经外电路由负极流回。

（二）电表

1．电表的分类和符号

（1）按电表使用时要求通过的电流种类来分，有以下三种：直流电表（只能用于直流电路中）；交流电表（只能用于交流电路中）；交直流两用电表（可用于交流电路中，也可用于直流电路中）。

（2）按照电表所测量的电学量来分，有以下几种：

测量电流的电表，如电流计、安培计、毫安计、微安计。统称为电流表。

测量电压的电表，如伏特计、毫伏计等。统称为电压表。

测量电阻的仪表，如欧姆计、兆欧姆计等。

测量电能的电表，如千瓦时计（又称为电度表）。

测量功率的仪表，如瓦特计等。

测量频率的仪表。

（3）按照电表的工作原理来分，则有以下几种：

磁电式、电磁式、电动式和感应式等等。

对于一个电表，为了能让使用者很方便地了解其性能，在每一个电表的刻度盘上常标有一些符号，利用这些符号能说明电表的电源类别、工作原理、名称、误差和工作时如何放置等等，具体的符号和意义见表1－1和1－2所示：

表1－1表盘上的符号及其代表的意义

2．

几种常见的电表的规格和使用时的注意事项

（1）直流电流表 直流电流表串联在电路中，用以测量直流电路中电流的大

表1－2常用电器元件符号

小。磁电型电流表采用分流的方法来实现扩大量限的，图1－1中的R S即为在表头两端并联的一个分流电阻，分流电阻越小，电流表的量程越大。

主要规格：

量程――指针满度时的电流值。有多量程的电流表，如0～100mA，0～5mA，0～5A，－50～＋50μA。

内阻――内阻越小量程越大，一般安培计内阻在0.1Ω以下，毫安表一般为几欧姆至一二百欧姆，微安表一般为几百欧姆至一二千欧姆。

（2）直流电压表

直流电压表由小量程

直流电流表串联一电阻构成，串联不同的电阻构成不同量程的电压表，如图1－2所示，

它与电路两端并联，

测量电路两端电压的大小。

主要规格：

量程――指针满度时

的电压值。有多量程的电压

表，如0～1.5～3.0～7.5V

的电压表。

内阻――电压表的内阻越大，对被测对象的影响越小。电压表各量限的内阻与相应电压量程之比为一常量，这常量常在电压表标度盘上标明，它的单位为Ω/V，它是电压表的重要参量。

所以内阻＝量程×每伏欧姆数

例如：量程为100V的电压表，其每伏欧姆数为10000Ω/V，则内阻为1000

图1－2（a）伏特表结构示意图；（b）伏特表电路图

k Ω。

（3）使用电表应注意的事项

a ．量程的选择：应先估计被测量的大小，选择合适的量程，可先用大量程测试一下，再选更合适的量程。

b ．电表有二个端钮，直流电表均有标明“＋”、“－”的两个端钮，“＋”表示电流流入端，“－”表示电流的流出端，不能接反，否则电表指针反向偏转。

c ．电压表与电路中被测负载的两端并联，电流表与电路相串联。

d ．读数时视线必须垂直于刻度盘，若电表附有镜子，则必须在指针与镜中的象重合时读数，这样可减少由于视差引入的误差。

3．电表的误差

用电表进行测量，都会产生一定的误差。产生误差的原因，主要来自两个方面。一方面是外界因素，例如：温度、磁场和导线接触不良等等。另一方面是电表本身的结构不完善而引起的误差。下面我们就电表进行测量的误差问题做一个介绍：

（1）绝对误差

我们把多次测量的算术平均值N 近似地当成被测量的真值（实际值），则算术平均值与各次测量值的绝对误差用ΔN 表示。

11N N N -=∆叫做第一次测量的绝对误差，其中1N 是第一次测量值（即

电表的读数）。

22N N N -=∆叫做第二次测量的绝对误差。 k k N N N -=∆叫做第k 次测量的绝对误差。

（2）相对误差

绝对误差与被测量的真值的比值叫做相对误差，通常用百分数来表示

%100⨯-=

N N E k

E 是第k 次测量的相对误差。 （3）引用误差和电表的标称误差

引用误差是一个简便而实用的相对误差。它是绝对误差与电表的量程的比值，一般用百分数来表示。

%100⨯-=

m

k m N N N E

其中m N 是电表的量程，m E 是引用误差，如果在n 次测量中某次测量的绝对误差最大，则该次的引用误差叫做最大引用误差；即

％量程

最大绝对误差

最大引用误差＝100⨯

最大引用误差又叫做标称误差，电表的等级就是由最大引用误差来决定的。按准确度分，一般的电表可分为七个等级，分别是

0.1、 0.2、 0.5、 1.0、 1.5、 2.5、 和5.0等。各等级的电表与其最大引用误差的对应关系如表1.3所示

表1.3电表的等级与最大引用误差的关系

很显然电表的级数越小，电表的最大引用误差也越小，即电表的准确度越高；反之越低。如果在测量中得到电表在某量程的最大引用误差是1.2%，由于

1.0＜1.2＜1.5说明电表达不到1.0级，故该电表属于1.5级。