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大学物理实验教案

多媒体电子教材. 大学物理实验教案. 青岛科技大学物理实验室. 第四章 电磁学. 4.1 铁磁材料的磁滞回线 4.2 灵敏电流计的研究 4.3 霍尔效应测磁感应强度 4.4 RLC 电路特性的研究. 4.1 铁磁材料的磁滞回线.

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Presentation Transcript

  1. 多媒体电子教材 大学物理实验教案 青岛科技大学物理实验室

  2. 第四章 电磁学 • 4.1铁磁材料的磁滞回线4.2灵敏电流计的研究 • 4.3霍尔效应测磁感应强度 • 4.4 RLC电路特性的研究 青岛科技大学物理实验室

  3. 4.1 铁磁材料的磁滞回线 铁磁材料在磁化过程中，磁感应强度B值的变化总是滞后于磁场强度H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(样品)磁化，经取样电阻取样后，把正比于磁场强度H的电压信号经移相后输入到示波器的X 轴.。把正比于磁感应强度B的电压信号经积分后输入到示波器的Y 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。 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

  4. 操作方法： 1、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，另一侧绿色线的插头插入示波器X输入上，黄色线插头插入示波器Y输入上，黑色插头与X轴，Y轴的另一端共接。然后接通电源，打开仪器开关，调节示波器，X、Y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。 2、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 3、其他方法同上，即可观察到开磁路的磁滞回线。 注意事项： 1、示波器的X、Y轴比例要调节好，最好用X、Y可连续调剂的示波器，否则回线 形状不理想。 2、 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。 接下页 青岛科技大学物理实验室

  5. 青岛科技大学物理实验室

  6. 4.2 灵敏电流计的研究

  7. 实验目的 1. 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 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。 2. 学习测定灵敏电流计的电流常数及内电 阻的方 法。 3. 学习一种获得微小电压的线路，并能正 确分析和接线。 青岛科技大学物理实验室

  8. 基本要求 • 观察灵敏电流计的三种运动状态，会正确测量外临界电阻。 • 明确灵敏电流计的电流常数和电流灵敏度的意义及测量方法。 • 掌握“分流器”的作用和使用方法。 • 熟悉获得微小电压的电路，明确二次分压的电路结构及作用。 青岛科技大学物理实验室

  9. R1 R0 R2 G μA 图2-5-1灵敏电流计参数测量线路 实验原理 K1 R外 K E K′ 青岛科技大学物理实验室

  10. 实验仪器 复射式灵敏电流计、滑线变阻器、 电阻箱、微安表、直流电源、 单刀单掷开关、阻尼电键等。 青岛科技大学物理实验室

  11. 实验步骤 • 观察电流计的三种运动状态，并测 量外临界电阻Rc。 • 测量电流计的电流常数及内阻。 青岛科技大学物理实验室

  12. 参考数据 Rg=20Ω CI=2.8×10-9A/mm 青岛科技大学物理实验室

  13. R外(Ω ) ΔR外 ΔI I (μA) A 图2-5-2 I ～R外曲线 o Rg 青岛科技大学物理实验室

  14. 4.3 霍尔效应测磁感应强度

  15. 实验目的 1.了解霍尔效应的物理原理。 2.掌握用磁电传感器——霍尔元件测量磁场的基本方法。 3.学习用异号法消除不等位电压产生的系统误差。 4.了解UJ-31型电位差计的结构，掌握其使用方法。 青岛科技大学物理实验室

  16. 基本要求 • 霍尔效应原理。 • UJ-31型电位差计结构、原理、使用方法。 • 用霍尔元件测量磁感应强度测量系统电路。 • 复习灵敏电流计的使用法。 • 系统误差的消除方法。 青岛科技大学物理实验室

  17. A A × × × × × × × × × × × × × × × × B B ―――――――― ＋＋＋＋＋＋＋＋＋ f f × × × × × × × × × × × × × × × × I I u － ＋ u × × × × × × × × × × × × × × × × ＋＋＋＋＋＋＋＋＋ ―――――――― × × × × × × × × × × × × × × × × A′ A′ 实验原理 青岛科技大学物理实验室

  18. 系统误差的消除 （1）不等位电压 （2）厄廷豪森(Etinghausen)效应 （3）能斯特(Nernst)效应 （4）里纪——勒杜克(Righi-Leduc)效应 青岛科技大学物理实验室

  19. 霍耳电压螺线管磁场测量仪 激 磁 电 路 P A K2 K3 K1 稳流源 激磁电流 工作电流 霍尔电压 G Es mA 稳压源 - + - + - + - + - + 检流计 未知1 未知2 标准电池 5.7-6.4V R0 K4 UJ31型低电势直流电位差计 甲电池 霍尔电压测量电路 工作电流电路 测量系统电路图 青岛科技大学物理实验室

  20. 实验仪器 • UJ31型低电势直流电位差计 • 复射式灵敏电流计 • 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 • 霍尔电压螺线管磁场测量仪 青岛科技大学物理实验室

  21. 实验步骤 1.线路连接 2.测量螺线管中心轴线上的磁感应强度 3.测量螺线管中心轴线上磁感应强度与激磁电流的关系 青岛科技大学物理实验室

  22. 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 ） 青岛科技大学物理实验室

  23. 青岛科技大学物理实验室

  24. 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） 青岛科技大学物理实验室

  25. 4.4 RLC电路特性的研究

  26. 一、实验内容 • 1、RC串联电路的暂态特性 • 2、RLC串联电路的稳态特性：幅频特性、相频特性 青岛科技大学物理实验室

  27. 二、实验仪器 • FB318型RLC电路实验仪、双踪示波器 青岛科技大学物理实验室

  28. 三、实验原理 • 1. RC串联电路的暂态 1）充电方程 2）放电方程： 令 ，称为RC电路的时间常数。 RC串联电路 青岛科技大学物理实验室

  29. 2. RLC串联电路 1）RLC串联谐振 谐振频率 ： 2）RLC串联电路的幅频特性曲线 3）回路的品质因数 青岛科技大学物理实验室

  30. 4）RLC回路的通频带 • 5）电路谐振时，电感、电容的电压与品质因数Q的关系 • 6）RLC串联电路的相频特性 青岛科技大学物理实验室

  31. 四、实验步骤 • 1. RC串联电路的暂态特性 选择方波作为信号源进行实验，以便用普通示波器进行观测。由于采用了功率信号输出，故应防止短路。 1）选择合适的R和C值，根据时间常数τ，选择合适的方波频率，一般要求方波的周期T＞10τ，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。 2）改变R值或C值，观测UR或UC的变化规律，记录下不同 RC值时的波形情况，并分别测量时间常数τ。 3）改变方波频率，观察波形的变化情况，分析相同的τ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

  32. 2. RLC串联电路的稳态特性 自选合适的L值、C值和R值，用示波器的两个通道测信号源电压U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，否则会造成短路。 1、幅频特性 保持信号源电压U不变(可取Upp=5V),根据所选的L、C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，当的电压为最大时的频率即为谐振频率，记录下不同频率时的大小。 2、相频特性 用示波的双通道观测U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化，记录下相应的相位差值。 青岛科技大学物理实验室

  33. 五、注意事项 • 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，否则会引起部分电路短路。 • 测量RLC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。 青岛科技大学物理实验室

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