大学物理实验指导书--5个项目

物理实验要求(电子专业)

请负责的同学将下列要求传达到每位同学！！

1.

2. 3. 4. 5.

请同学们按照实验分组表的顺序进行实验，实验地点见下表。 上课前请每位同学自己打印一份实验指导手册。

大学物理实验进入实验室要签名，请同学们一定按时到达实验地点。 实验地点在大学校区的物理实验楼（物理教学实验中心），高尔夫球场西侧。

实验全部完成后将个人的所有实验报告一起上交，以班级为单位由各班负责同学统一收齐后上交（注意按学号排序），截止时间为实验完成后一周内。

实验地点：

直流电桥测电阻 示波器 声速的测定 霍尔效应 RLC谐振特性

304室 307室 307室 414室 414室 目 录

实验一 利用直流电桥测量电阻 ............................................... 2 实验二 示波器的原理与使用 .................................................... 4 实验三 声速的测定 ................................................................ 7 实验四 霍尔效应实验 ............................................................... 8 实验五 RLC串联谐振电路的研究 .......................................... 10

实验一 利用直流电桥测量电阻

实验目的

1．掌握惠斯通电桥的原理，并通过它初步了解一般桥式线路的特点。 2．学会使用惠斯通电桥测量电阻。 IX Ib Rb I2 R2 D 实验仪器

QJ23型电桥，电阻箱，检流计，滑线变阻器，直

A 流稳压电源等。

RX I1 R1 B Ig G 实验原理

C E 惠斯通电桥（也称单臂电桥）的电路如图1所示，

四个电阻R1、R2、Rb、RX组成一个四边形的回路，每一边称作电桥的“桥臂”，在一对对角AD之间接入电源，

图1 而在另一对角BC之间接入检流计，构成所谓“桥路”。

所谓“桥”本身的意思就是指这条对角线BC而言。它的作用就是把“桥”的两端点联系起来，从而将这两点的电位直接进行比较。B、C两点的电位相等时称作电桥平衡。反之，称作电桥不平衡。检流计是为了检查电桥是否平衡而设的，平衡时检流计无电流通过。

当电桥平衡时，B和C两点的电位相等，故有

VAB?VAC VBD?VCD （1） 由于平衡时Ig?0，所以B、C间相当于断路，故有

I1?I2 IX?Ib （2） 所以 IXRX?I1R1 IbRb?I2R2

可得 R1Rb?R2RX （3） 或 RX?R1Rb

R2（4）

这个关系式是由“电桥平衡”推出的结论。反之，也可以由这个关系式推证出“电桥平衡”来。因此（3）式称为电桥平衡条件。

如果在四个电阻中的三个电阻值是已知的，即可利用（3）式求出另一个电阻的阻值。这就是应用惠斯通电桥测量电阻的原理。

RX Kg Rh G Rb R1 Kb R2 E 实验内容

1．用自组电桥测量电阻

用电阻箱连成桥路如图2所示，接到桥臂的导线应该比较短，与图1不同之处在于

1

图2

增加了保护电阻Rh、开关Kg和Kb，开始操作时，电桥一般处在很不平衡的状态，为了防止过大的电流通过检流计，应将Rh拔至最大。随着电桥逐步接近平衡，Rh也逐渐减小直至零。

为了保护检流计，开关的顺序应注意先合Kb、后合Kg，先断开Kg、后断开Kb，即电源Kb要先合后断。

在电桥接近平衡时，为了更好地判断检流计电流是否为零，应反复开合开关Kg（跃接法）细心观察检流计指针是否有摆动。

测量几十、几百、几千欧姆的电阻各一个，分别取R1/R2=500Ω/500Ω及50Ω/500Ω。每次更换RX前均要注意：（1）增大Rh；（2）切断Kg。

2．测量计算电桥的灵敏度。

公式RX＝R1Rb／R2是在电桥平衡的条件下推导出来的。而电桥是否平衡，实验上是看检流计有无偏转来判断的。当我们认为电桥已达到平衡时Ig＝0，而Ig不可能

绝对等于零，而仅是Ig小到无法用检流计检测而已。例如，有一惠斯通电桥上的检流计偏转一格所对应的电流大约为10－6安培，当通过它的电流为10－7安培，指针偏转1／10格，我们是可以察觉出来的，当通过它的电流小于10－7安培时，指针的偏转小于1／10格，我们就很难察觉出来了。为了定量地表示检流计不够灵敏带来的误差，可引入电桥灵敏度Si的概念，它的定义是

Si??n （5） ?RXRXΔRX是当电桥平衡后把RX改变一点的数量，而Δn是因为RX改变了ΔRX电桥略失平衡引起的检流计偏转格数。

从误差来源看，只要仪器选择合适，用电桥测电阻可以达到很高的精度。在测灵敏度时，由于RX是不可变的，故可以用改变Rb的办法来代替。计算表明

S??n??n??n??n

i?R1R1?RXRX?RbRb?R2R2可见，任意改变一臂测出的灵敏度，都是一样的。

3 数据处理（参考）

R1/R2=

Rb Rx △n △R

R1/R2=

Rb

S Rx △n △R S 2

实验二 示波器的原理与使用

实验目的

1．了解示波器的主要结构和显示波形的基本原理。 2．学会使用信号发生器。

3．学会用示波器观察波形以及测量电压、周期和频率。

实验原理

电子示波器（简称示波器）能够简便地显示各种电信号的波形，一切可以转化为电压的电学量和非电学量及它们随时间作周期性变化的过程都可以用示波器来观测，示波器是一种用途十分广泛的测量仪器。

一、示波器的基本结构

示波器的主要部分有示波管、带衰减器的Y轴放大器、带衰减器的X轴放大器、扫描发生器（锯齿波发生器）、触发同步和电源等，其结构方框图如图1所示。为了适应各种测量的要求，示波器的电路组成是多样而复杂的，这里仅就主要部分加以介绍。

实验内容

1．掌握示波器和信号发生器的基本使用方法 （1）将信号发生器的输出端接到示波器输入端。

（2）开启信号发生器，调节示波器（注意信号发生器频率与扫描频率），观察正弦波形，并使其稳定。

2．用示波器测量正弦波电压

在示波器上调节出大小适中、稳定的正弦波形，选择其中一个完整的波形，先测算出正弦波电压峰—峰值Up-p，即

Up-p＝（垂直距离DIV）×（档位V/DIV） 然后求出正弦波电压有效值U为

0.71?Up?p U?

2次数 档位 垂直距离 峰峰值电压 有效值电压

1 3

2 3

3．用示波器测量正弦波周期和频率

在示波器上调节出大小适中、稳定的正弦波形，选择其中一个完整的波形，先测算出正弦波的周期T，即

T＝（水平距离DIV）×（档位t/DIV） 然后求出正弦波的频率f?1。

T次数 档位 水平距离 周期T 频率（Hz） 4．利用李萨如图形测量频率

设将未知频率fy的电压Uy和已知频率fx的电压Ux（均为正弦电压），分别送到示波器的Y轴和X轴，则由于两个电压的频率、振幅和相位的不同，在荧光屏上将显示各种不同波形，一般得不到稳定的图形，但当两电压的频率成简单整数比时，将出现稳定的封闭曲线，称为李萨如图形。根据这个图形可以确定两电压的频率比，从而确定待测频率的大小。

图2列出各种不同的频率比在不同相位差时的李萨如图形，不难得出：

加在Y轴电压的频率fy加在X 轴电压的频率fxNxfx Ny1 2 3

?水平直线与图形相交的点数Nx 垂直直线与图形相交的点数Ny所以未知频率 fy?但应指出水平、垂直直线不应通过图形的交叉点。

测量方法如下：

（1）将一台信号发生器的输出端接到示波器Y轴输入端上，并调节信号发生器输出电

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